航空光通信与网络技术仿真和结果分析

本小节讨论OSPF和EIGRP的性能及参数的设置，结果将侧重于图5.6所示的“航天器”场景中，其中链路特性稳定不变，并假定天气晴朗不变。虽然链路表现出频繁的中断和重建，通过网络的路径是始终可用的。在这两种情况下，整改网络被构造为一个单独的管理子网，模拟了一个非常轻载的IP网络来进行端到端节点之间的文件传输协议（FTP）通信。

1）OSPF仿真结果

OSPF的参数不断变化，用以确定在场景中提供了什么样的最佳运行点。可以认为，影响链路可用性和吞吐量的最关键的参数是问候分组间隔。因此，将其设置为1 s的最小值，以让所有的路由器获得最大的网络连通性和路径可用性。同时进行其他参数设定，以最大限度地提高性能和响应。在航空器场景中，当链路故障以及事件恢复产生的流量为13 000字节时，HELLO数据包的长度为44个字节，路由更新速率在每秒500～1 200字节之间。路由表中每个表平均约有12个接入口（反映仿真的小型网络规模）。图5.9～图5.11分别代表了随仿真时间变化的OSPF路由协议流量每秒的发送量、IP流量每秒的数据包丢失量以及FTP流量每秒的数据包接收量。

图5.9　随仿真时间变化的OSPF流量发送量

图5.10　随仿真时间变化的IP流量丢失量

图5.11　随仿真时间变化的FTP流量接收量

研究中发现，尽管在链路可用性上没有缺陷，路由的变化也会导致在数秒钟时间顺序内路径可用性上的缺陷。这可以追溯到每秒内最小的HELLO间隔，同样也是IP流量丢失的反映。当OSPF在起点与终点之间没有有效的路径时，IP流量的峰值经常会下降。此外，随着路径恢复而即时产生的路由变化以及额外产生的重要路由更新相结合，使FTP接收流量到达峰值。图5.10与图5.11的对称性均归咎于轨道的同步。数量相对较少的IP数据包丢失与接收FTP流量的高峰均是因为网络负载较小造成的。现实中更需要特别大的缓冲区以确保路由变化没有严重影响网络在延时以及数据包丢失方面的性能，而这些延时以及数据包丢失会造成在TCP运行时应用程序的拥堵。

根据这些结果可以看到，OSPF标准存在着路径可用性的问题，而这些问题使它无法作为一个合适的路由算法的选择。如果出现理想中的次秒级HELLO间隔，将会有进一步的测试来比较它与其他路由算法的性能。考虑到每个路由更新会传送整个路由表，因此，虽然路由流量所需要的带宽不大，但在相对响应特性上可能大于其他算法。此外，网络可能会被细分为使用AS参数来提高潜在性能的各层。这将使传输的路由表变小，会提高路由的效率。(www.xing528.com)

2）EIGRP结果

在OSPF环境下，通过对EIGRP参数的改变来决定对网络性能的影响。关键参数为HELLO再次间隔时间。下述结果为所有路由器在HELLO间隔设置为0.1 s时的情况。图5.12和图5.13分别为EIGRP的收敛时间及EIGRP流量接收量。在仿真过程中，没有因为路由变化而出现IP流量丢失的情况。同时，由于流量的及时重路由，主机中的FTP流量在没有破坏的情况下得到连续的接收。

图5.12　随仿真时间变化的EIGRP收敛时间

图5.13　随仿真时间变化的EIGRP流量接收量

可以看出，最重要的路由参数响应为路由收敛时间。通过运行不同的实验可以确定，实验结果与链路最大延时时间成正比，且比最大延时时间大一个数量级。收敛时间通常为链路故障时间的两倍而非故障时间，且收敛时间比仅包含运行过程中链路故障及／或恢复信息的路由更新而引起的更为复杂的路径变化时间要长。此外，更为庞大的网络将增加路由收敛时间。收敛时间性能可以通过采用不同的AS参数来进行提高，而AS参数的多样性表现为每个局部区域（在端点）拥有其“本地”AS参数及其骨干AS参数。这将在一些程度上提高网络性能，包括收敛时间随端到端网络延时时间变化以及每个AS参数设置会造成更少的网络故障。

通过观察发现，每个路由器在一个HELLO间隔内会产生2～3个数据包，且取决于路由器的连通性。每个HELLO数据包为8字节长，且在网络中的全部链路流量的故障／恢复会产生3 000～16 000个字节。同时，HELLO的再次间隔与路径可用性的间隔直接相关。

在设定的时间分辨率中，任何时间内均在起点到端点间存在有效的路由。因此，与OSPF不同的是，在恒定速率内没有IP流量丢失及FTP流量接收。即时模拟量比OSPF小1个数量级，路由变化的数据也能达到峰值（取决于网络流量负荷）。

EIGRP在空间环境中可以得到运行。与OSPF相同，路由流量占用的带宽在允许范围内。由上述结果可以得到，在小型网络中，HELLO间隔的选择应该与链路可用性的可接受间隔相匹配。此外，由于大部分的链路扰动存在短距离与短延时链路中，且路由收敛时间与最大链路延时时间成正比，因此采用AS参数对网络进行重构能使路由收敛时间变短并提高其扩展性。

为了了解路由流量的交叉与路由收敛时间，需要进行进一步的研究。这对将相互交叉运用到数据包而非路由包具有一定的意义，因为错误概率较低且相对于较大时延的链路具有明显的性能损耗。最后，需对更大型网络进行分析。对于单个起点或端点的网络，考虑到由于天气限制而设想的多种状况，需要构建3层无人机网络，且每一层拥有多台无人机。同时仍需考虑在合理流量负载情况下以及一个用于合适的测试路由协议及其应用性能的流量结构等方面的性能。最后，仍需对在该环境下多起点／端点配对的扩展性与潜在性等性能进行测试。