在商業和國防工業中，衛星正成為全球通信的一個日益重要的組成部分。目前有超過2，500顆衛星在地球軌道上運行，為互聯網連接，視頻會議和視頻流，災難恢復以及與國防相關的通信等中繼數據。

但是，衛星網絡帶來了獨特的技術挑戰，尤其是在確保應用程序性能和維護良好用戶體驗方面。

延遲、數據包丟失、鏈路抖動和帶寬不對稱等網絡損害在衛星網絡上被放大，這可能導致應用程序速度變慢或完全無響應。此外，衛星不斷移動，鏈路經常從一個衛星"切換"到另一個衛星，這可能會導致中斷。

那么，您如何確保您的關鍵防御系統或多媒體應用程序在衛星網絡的不良條件下仍將繼續以盡可能高的質量運行？

某些優化技術可以幫助減輕網絡質量差的影響，但最終需要測試和驗證任何新系統、策略或設備，以確保最佳性能。

衛星網絡優化技術

解決網絡質量差并確保更好性能的一種方法是通過流量管理和衛星負載測試。當網絡負載增加到超過臨界點時，網絡緩沖區溢出，數據包開始丟失。這種擁塞可能會導致嚴重的延遲甚至應用程序故障。

使用資源預留、擁塞控制、流量整形和緩沖區管理等流量管理功能可以幫助維護良好的連接。這些功能的目標是通過有效地分配資源來確保公平。

某些衛星調制解調器還具有 QoS 功能。QoS 機制通過確定應優先處理哪些流量來緩解擁塞。根據管理員或服務協議設置的策略，某些流量被視為關鍵流量，并且比其他類型的流量具有更高的優先級。通過識別目標、使用的協議、數據包大小和其他因素，衛星調制解調器可以確定應通過哪些路徑發送哪些流量。

這些技術旨在消除瓶頸并最大限度地減少隊列延遲，但了解實現是否成功的唯一方法是通過適當的測試，如丟棄的數據包測試。然而，在衛星上進行測試也帶來了一系列挑戰。

是否應該通過實時衛星鏈路進行測試？

有時有必要通過實時衛星鏈路進行測試，但通過衛星網絡進行測試可能具有挑戰性。您不僅受到可用性有限和高成本的阻礙，還因為測試環境無法控制。

衛星在不斷移動，網絡條件根據包括大氣和地面天氣在內的多種因素而不斷變化。大雨、大雪和雷暴都會干擾衛星信號的發送或接收，并造成不同程度的干擾。

使用實時鏈接意味著您的測試受當前條件的影響，因此您無法輕松測試最壞情況或隔離單個網絡障礙。

為了保證確定性，可重復的結果，在實驗室中模擬網絡會更有效。但是，在實驗室環境中復制衛星網絡的不穩定行為也被證明非常困難。

衛星網絡測試組件

那么，您如何衡量性能，最終了解網絡如何為商業或國防相關應用程序提供最佳體驗質量？

通過將網絡仿真器和流量生成器等設備引入您的實驗室，以提高測試結果的可靠性。

設置衛星性能測試時，有兩個相關的測試領域：

1.使用流量生成器來模擬實際的應用程序流量并衡量網絡性能

2.使用網絡仿真器模擬衛星網絡的動態特征

它們也可以相互結合使用。帶寬限制、延遲和數據包丟失等衛星特征都可以使用網絡仿真進行復制。即使是影響連通性的隨機天氣模式也可以使用"Gilbert Elliot"模型進行模擬，以隨時間動態改變網絡條件。然后，流量生成器復制遍歷網絡的流量流，例如 Web 瀏覽、視頻流或大量專用應用程序，以幫助分析網絡和應用程序性能。

衛星網絡測試配置

衛星調制解調器的隔離

為了隔離衛星調制解調器或其他網絡設備（如防火墻、路由器和交換機）的性能，必須將網絡仿真器和流量生成器合并到測試設置中，如下圖所示。流量生成器模擬通過網絡發送的預期流量類型。然后，網絡仿真器模仿實時衛星鏈路的動態條件，以便您可以準確地測量調制解調器或其他被測設備 （DUT） 的性能。

通過實時衛星鏈路對衛星系統進行全面的端到端測試

另一種情況涉及使用實時衛星網絡進行測試。如下圖所示，流量生成器用于模擬在網絡兩端發送和接收信號的設備。流量生成器通過實時衛星鏈路發送各種流量流組合，以幫助分析網絡的性能。

衛星測試用例方案

轉發速率

轉發速率是設備可以處理和轉發數據包的最大速率。衛星必須像路由器或交換機一樣處理數據包，但它們通常更喜歡較小的數據包，因為通過衛星鏈路發送的數據往往是最小的。太大的數據包會占用帶寬，但發送過多的小數據包可能會淹沒網絡，在傳輸過程中丟失和/或使設備不堪重負。

測試轉發速率有助于確定理想的數據包大小，以確保最佳性能。使用流量生成器，您可以通過網絡發送各種數據包大小，從僅 64 字節發送到高達 9K 的巨型幀，并對吞吐量、延遲和數據包丟失等經典性能測量進行基準測試。您還可以一次發送不同數據包大小的組合，以模擬實際流量。特別是IMIX，它是模仿典型互聯網流量的數據包大小的特定組合。這一行業標準可用于對衛星互聯網的性能進行基準測試。

QoS策略驗證

例如，如果要驗證 QoS 機制是否正常工作，則可以通過將網絡仿真器和流量生成器引入測試實驗室來隔離衛星調制解調器的性能。

網絡仿真器允許您以比使用實時鏈路更可控、更可重復的方式模仿衛星網絡的特征。流量生成器允許您創建多個流，包括 Web 瀏覽、視頻流和 VoIP 流量。然后，您可以分析每個流的測量值，以確定每個流正在經歷的數據包丟失和延遲程度。如果您的流量管理正常運行，您的VoIP呼叫應該優先處理，并經歷更少的網絡損害，但公平性也應該傳遞給其他不太重要的流量。

彈性和鏈路中斷

彈性是指在發生網絡中斷（如惡劣天氣、硬件故障或鏈路中斷）時保持可接受的服務級別。由于衛星網絡是出了名的易失性，因此測試設備和應用程序以確保彈性非常重要。許多衛星被安排為星座網絡的一部分。在這種情況下，如果鏈路斷開，它可能會重新連接到另一個衛星，而不僅僅是緩沖，直到它可以重新連接。新鏈路的條件可能與初始連接不同 - 類似于從各種手機信號塔反彈。

使用網絡仿真，可以重新創建網絡中斷方案，并構建具有不同網絡損傷的路徑以測試復原能力。引入流量生成允許您發送應用程序流量的組合，以驗證流量是否到達其目標，并且 DUT 將在中斷后按預期執行。您甚至可以通過觀察在連接受到威脅時是否為關鍵流量提供了更高的優先級來驗證是否滿足 QoS 和 ToS。

波束間衛星切換

一些衛星以高速繞地球旋轉，與衛星通信的船只通常也在移動。當一顆衛星移出射程時，通信需要從一顆衛星切換到另一顆衛星并不罕見，這種變化被稱為波束間切換。隨著連接切換，即使平穩過渡也可能導致數據包丟失高峰，但您也可能遇到小的中斷，并且鏈路很少會完全斷開。使用網絡仿真，可以在上線之前在測試實驗室中重新創建切換條件，例如數據包丟失和間歇性中斷。通過添加流量生成，您可以將網絡流量拆分為多個流，以便您可以觀察每個特定流的性能，以了解出現任何問題的位置。您可以確定哪些鏈接的恢復時間過長，以及這些鏈接如何影響性能和最終用戶的體驗。

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無論您是要確保任務關鍵型系統的性能還是企業應用程序的性能，通過衛星網絡進行測試都可能帶來一些獨特而復雜的挑戰。

實施適當的測試工具可以幫助減輕與通過真實衛星鏈路進行測試相關的一些困難，或者有助于為實驗室環境提供真實感，以確保確定性結果。使用網絡仿真器和流量生成器等設備來測試和分析應用程序性能，有助于最大限度地減少性能下降、提高體驗質量、降低測試成本并加快部署。

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• 延遲
• 抖動（不規則的延遲）；
• 丟包；
• 突發擁塞；
• 亂序；
• 重復報文；
• 隊列深度；
• 附加背景流；
• 報文識別和過濾

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