【虹科白皮书】通过卫星网络测试应用程序性能的最佳做法

在商业和国防工业中，卫星正成为全球通信的一个日益重要的组成部分。目前有超过2，500颗卫星在地球轨道上运行，为互联网连接，视频会议和视频流，灾难恢复以及与国防相关的通信等中继数据。

但是，卫星网络带来了独特的技术挑战，尤其是在确保应用程序性能和维护良好用户体验方面。

延迟、数据包丢失、链路抖动和带宽不对称等网络损害在卫星网络上被放大，这可能导致应用程序速度变慢或完全无响应。此外，卫星不断移动，链路经常从一个卫星"切换"到另一个卫星，这可能会导致中断。

那么，您如何确保您的关键防御系统或多媒体应用程序在卫星网络的不良条件下仍将继续以尽可能高的质量运行？

某些优化技术可以帮助减轻网络质量差的影响，但最终需要测试和验证任何新系统、策略或设备，以确保最佳性能。

卫星网络优化技术

解决网络质量差并确保更好性能的一种方法是通过流量管理和卫星负载测试。当网络负载增加到超过临界点时，网络缓冲区溢出，数据包开始丢失。这种拥塞可能会导致严重的延迟甚至应用程序故障。

使用资源预留、拥塞控制、流量整形和缓冲区管理等流量管理功能可以帮助维护良好的连接。这些功能的目标是通过有效地分配资源来确保公平。

某些卫星调制解调器还具有 QoS 功能。QoS 机制通过确定应优先处理哪些流量来缓解拥塞。根据管理员或服务协议设置的策略，某些流量被视为关键流量，并且比其他类型的流量具有更高的优先级。通过识别目标、使用的协议、数据包大小和其他因素，卫星调制解调器可以确定应通过哪些路径发送哪些流量。

这些技术旨在消除瓶颈并最大限度地减少队列延迟，但了解实现是否成功的唯一方法是通过适当的测试，如丢弃的数据包测试。然而，在卫星上进行测试也带来了一系列挑战。

是否应该通过实时卫星链路进行测试？

有时有必要通过实时卫星链路进行测试，但通过卫星网络进行测试可能具有挑战性。您不仅受到可用性有限和高成本的阻碍，还因为测试环境无法控制。

卫星在不断移动，网络条件根据包括大气和地面天气在内的多种因素而不断变化。大雨、大雪和雷暴都会干扰卫星信号的发送或接收，并造成不同程度的干扰。

使用实时链接意味着您的测试受当前条件的影响，因此您无法轻松测试最坏情况或隔离单个网络障碍。

为了保证确定性，可重复的结果，在实验室中模拟网络会更有效。但是，在实验室环境中复制卫星网络的不稳定行为也被证明非常困难。

卫星网络测试组件

那么，您如何衡量性能，最终了解网络如何为商业或国防相关应用程序提供最佳体验质量？

通过将网络仿真器和流量生成器等设备引入您的实验室，以提高测试结果的可靠性。

设置卫星性能测试时，有两个相关的测试领域：

1.使用流量生成器来模拟实际的应用程序流量并衡量网络性能

2.使用网络仿真器模拟卫星网络的动态特征

它们也可以相互结合使用。带宽限制、延迟和数据包丢失等卫星特征都可以使用网络仿真进行复制。即使是影响连通性的随机天气模式也可以使用"Gilbert Elliot"模型进行模拟，以随时间动态改变网络条件。然后，流量生成器复制遍历网络的流量流，例如 Web 浏览、视频流或大量专用应用程序，以帮助分析网络和应用程序性能。

卫星网络测试配置

卫星调制解调器的隔离

为了隔离卫星调制解调器或其他网络设备（如防火墙、路由器和交换机）的性能，必须将网络仿真器和流量生成器合并到测试设置中，如下图所示。流量生成器模拟通过网络发送的预期流量类型。然后，网络仿真器模仿实时卫星链路的动态条件，以便您可以准确地测量调制解调器或其他被测设备 （DUT） 的性能。

通过实时卫星链路对卫星系统进行全面的端到端测试

另一种情况涉及使用实时卫星网络进行测试。如下图所示，流量生成器用于模拟在网络两端发送和接收信号的设备。流量生成器通过实时卫星链路发送各种流量流组合，以帮助分析网络的性能。

卫星测试用例方案

转发速率

转发速率是设备可以处理和转发数据包的最大速率。卫星必须像路由器或交换机一样处理数据包，但它们通常更喜欢较小的数据包，因为通过卫星链路发送的数据往往是最小的。太大的数据包会占用带宽，但发送过多的小数据包可能会淹没网络，在传输过程中丢失和/或使设备不堪重负。

测试转发速率有助于确定理想的数据包大小，以确保最佳性能。使用流量生成器，您可以通过网络发送各种数据包大小，从仅 64 字节发送到高达 9K 的巨型帧，并对吞吐量、延迟和数据包丢失等经典性能测量进行基准测试。您还可以一次发送不同数据包大小的组合，以模拟实际流量。特别是IMIX，它是模仿典型互联网流量的数据包大小的特定组合。这一行业标准可用于对卫星互联网的性能进行基准测试。

QoS策略验证

例如，如果要验证 QoS 机制是否正常工作，则可以通过将网络仿真器和流量生成器引入测试实验室来隔离卫星调制解调器的性能。

网络仿真器允许您以比使用实时链路更可控、更可重复的方式模仿卫星网络的特征。流量生成器允许您创建多个流，包括 Web 浏览、视频流和 VoIP 流量。然后，您可以分析每个流的测量值，以确定每个流正在经历的数据包丢失和延迟程度。如果您的流量管理正常运行，您的VoIP呼叫应该优先处理，并经历更少的网络损害，但公平性也应该传递给其他不太重要的流量。

弹性和链路中断

弹性是指在发生网络中断（如恶劣天气、硬件故障或链路中断）时保持可接受的服务级别。由于卫星网络是出了名的易失性，因此测试设备和应用程序以确保弹性非常重要。许多卫星被安排为星座网络的一部分。在这种情况下，如果链路断开，它可能会重新连接到另一个卫星，而不仅仅是缓冲，直到它可以重新连接。新链路的条件可能与初始连接不同 - 类似于从各种手机信号塔反弹。

使用网络仿真，可以重新创建网络中断方案，并构建具有不同网络损伤的路径以测试复原能力。引入流量生成允许您发送应用程序流量的组合，以验证流量是否到达其目标，并且 DUT 将在中断后按预期执行。您甚至可以通过观察在连接受到威胁时是否为关键流量提供了更高的优先级来验证是否满足 QoS 和 ToS。

波束间卫星切换

一些卫星以高速绕地球旋转，与卫星通信的船只通常也在移动。当一颗卫星移出射程时，通信需要从一颗卫星切换到另一颗卫星并不罕见，这种变化被称为波束间切换。随着连接切换，即使平稳过渡也可能导致数据包丢失高峰，但您也可能遇到小的中断，并且链路很少会完全断开。使用网络仿真，可以在上线之前在测试实验室中重新创建切换条件，例如数据包丢失和间歇性中断。通过添加流量生成，您可以将网络流量拆分为多个流，以便您可以观察每个特定流的性能，以了解出现任何问题的位置。您可以确定哪些链接的恢复时间过长，以及这些链接如何影响性能和最终用户的体验。

信任虹科Apposite的卫星性能测试

无论您是要确保任务关键型系统的性能还是企业应用程序的性能，通过卫星网络进行测试都可能带来一些独特而复杂的挑战。

实施适当的测试工具可以帮助减轻与通过真实卫星链路进行测试相关的一些困难，或者有助于为实验室环境提供真实感，以确保确定性结果。使用网络仿真器和流量生成器等设备来测试和分析应用程序性能，有助于最大限度地减少性能下降、提高体验质量、降低测试成本并加快部署。

Apposite拥有十多年的经验，帮助企业和国防机构通过卫星成功部署应用程序。请联系我们获取更多信息。

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