CN104158609A - 卫星通信网系性能评估方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星通信网系性能评估方法，属于卫星通信技术领域。根据待评估的卫星通信网系确定性能评估指标及其对应的数据；对各个整数型评估指标依次进行归一化处理，与百分比指标共同组成{0-1}的集合；根据每个评估指标的权重等级，分别计算各评估指标对应的权重值；以得到的各评估指标的权重值，建立形成卫星通信网系性能评估模型，计算得出卫星通信网系性能的评估结果。本发明可以全面准确地得到卫星通信网系性能评估结果，为卫星通信网系的稳定运行，提高了卫星通信网通信质量奠定了重要基础，其步骤简单，易于实现；同时，具备较强的扩展性，通过适当修改和调整，能方便地应用到其他卫星通信领域进行评估。

Description

卫星通信网系性能评估方法

技术领域

本发明涉及一种通信网系性能评估方法，具体讲是一种卫星通信网系性能评估方法，属于卫星通信技术领域。

背景技术

卫星通信是指地球上的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信，卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。伴随着卫星通信技术的飞速发展，作为卫星通信环节中的地面组网系统，卫星通信网系的运行状况直接影响着卫星通信的正常进行。因此，对卫星通信网系的性能状况进行评估在卫星通信系统的研究、建设与使用日显重要。通过量化评估，可有助于对卫星通信网系进行进一步的管理和优化。

当前，对国内外对于卫星通信网系的性能进行评估的研究尚处于起步阶段，如何对现有的卫星通信网系的性能进行全面评估，建立准确的评估模型是当前和未来一段时间内卫星通信发展一个迫切需要解决的问题。当前卫星通信网系评估主要存在如下几个问题：(1)、当前网系评估通常以一段时间内的故障数替代，若故障多，则网系评估差，若故障少，则网系评估好；其很少结合呼通率、呼叫数、通信数、通信成功率等多个参数进行综合考虑，结果缺乏科学性；(2)、不能将整数型评估指标和百分比评估指标不能有效结合在一起，进行综合评估分析，导致评估不全面；(3)、评估方法不具备扩展性，只能保证一种评估方法应用到一种场合。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术缺陷，提供步骤简单、评估全面、易于实现的卫星通信网系性能评估方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供的卫星通信网系性能评估方法，包括以下步骤：

1)、根据待评估的卫星通信网系确定性能评估指标模型及其对应的数据，所述评估指标分为整数型评估指标和百分比评估指标；

2)、对步骤1)中各个整数型评估指标依次进行归一化处理，与百分比指标共同组成{0-1}的集合；

3)、根据步骤2)中归一化处理后的每个评估指标的权重等级，分别计算各评估指标对应的权重值；

4)、以步骤3)得到的各评估指标的权重值，建立形成卫星通信网系性能评估模型，计算得出卫星通信网系性能的评估结果。

本发明中，步骤1)所述性能评估指标模型为：

PFs＝{cnt,ftc,commc,commp,callc,callp}   (2)

式(2)中，PFs为性能评估指标模型，cnt为入网数，ftc为故障数，commc为通信数，commp为通信成功率，callc为呼叫数，callp为呼通率,所述入网数、故障数、通信数和呼叫数为整数型评估指标，所述故障率、通信成功率和呼通率为百分比评估指标。

本发明中，步骤2)所述整数型评估指标归一化处理过程为：

Arr＝{a_i|i＝1,…,n}   (3)

式(3)中，a_i为整数型评估指标的具体值；

设置一个最大阈值max，然后与式(3)的数值进行对比，如果a_i大于最大阈值max，则其为1，否则用a_i除以最大阈值max，得出归一化后的值；

或设置一个最大阈值max，所述最大阈值max为a_i中的最大值，然后用a_i除以最大阈值max，得出归一化后的值；

或求得a_i的之和作为最大阈值max，然后用a_i除以最大阈值max，得出归一化后的值。

本发明中，所述步骤3)的具体过程为：

31)、设各性能评估指标的权重等级：

Grad＝{G_c,G_fc,G_cmc,G_commp,G_cac,G_callp}   (8)

式(8)中，G_c，G_fc，G_cmc，Gc_ommp，G_cac，G_callp分别为入网数、故障数、通信数、通信成功率、呼叫数、呼叫成功率对应的权重等级。

32)、根据步骤31)中各评估指标的权重等级，分别计算各评估指标对应的权重值W_i：

W_i＝(W₀–G_i*K)/W₀   (9)

式(9)中，G_i分别为入网数、故障数、通信数、通信成功率、呼叫数、呼叫成功率对应的数据，W₀为权重等级上限，K为权重等级倍数；计算得到各评估指标的权重值W_c,W_fc,W_cmc,W_commp,W_cac,W_callp，其分别对应为入网数、故障数、通信数、通信成功率、呼叫数、呼叫成功率的权重值。

本发明中，所述步骤4)中卫星通信网系性能评估模型为：

res＝{c,fc,cmc,commp,cac,callp}*{W_c,W_fc,W_cmc,W_commp,W_cac,W_callp}^T   (11)

式(11)中：res为评估结果、c为归一化后的入网数、fc为归一化后的故障数、cmc为归一化后的通信数、cac为归一化后的通呼叫数，{W_c,W_fc,W_cmc,W_commp,W_cac,W_callp}^T为转置运算，分别为对应各自变量的权重值。

本发明的有益效果在于：(1)、本发明通过卫星通信网系中能相关性能评估指标模型进行归一化后再分别性能评估指标设置不同的权重比例建立评估模型，可以全面准确地得到卫星通信网系性能评估结果，为卫星通信网系的稳定运行，提高了卫星通信网通信质量奠定了重要基础，其步骤简单，易于实现；(2)、由于本发明同时对一组网系数据进行评估，所以当待评估网系为正在同时运行的网系，则可以对比每个网系的运行及排名状况，当待评估网系为同一个网系的不同阶段时，则可以如实反映一个网系运行质量的趋势；(3)、本发明建立的卫星通信网系评估模型具备较强的扩展性，通过适当修改和调整，能方便地应用到其他卫星通信领域进行评估。

附图说明

图1为本发明卫星通信网系性能评估方法的整体架构图；

图2是本发明中生成网系性能评估模型的流程图；

图3是本发明中生成新的评估模型流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。

本发明卫星通信网系性能评估方法中，卫星通信网系是指卫星系统中，将地球站(向卫星发送和接收信息的地面设备)及其隶属单位组成一个具有层次关系、便于管理的虚拟网络系统。

如图2所示，本发明卫星通信网系性能评估方法具体包括以下步骤：

设有如下一组网系运行状况数据：

表1

网系名称

入网数

故障数

通信数

通信成功率

呼叫数

呼通率

A网系

100

50

350

97％

700

93％

B网系

990

20

5000

91％

2000

99％

C网系	1	0	2	100％	9	99％
							D网系	2000	30	190	98％	500	92％
E网系	1500	10	350	89％	970	97％

表1中入网数、故障数、通信数、通信成功率、呼叫数、呼通率既可以是同时在运行的网系，也可以是同一个网系的不同阶段所产生的性能指标。

步骤1、选择需要待评估的卫星通信网系，然后确定卫星通信网系的性能评估指标及其对应的数据,在此以选择A网系为例；如图1所示，卫星通信网系的性能评估指标可以表示为一个四元组：

PFs₄＝{Cnt,Ft,Comm,Call}   (1)

式(1)中：

PFs₄为通信网系四元组性能指标集合；

Cnt为网系中包含的地球站数量，即入网数；

Ft为一段时间内网系发生的故障数；

Comm卫星通信网系故障指标集合，Comm＝{comm_i<c,p>|i＝1,…,n}，<c,p>为卫星通信网系通信属性组，comm_i.c和comm_i.p分别为一段时间内网系发生的通信数和通信成功率；

Call卫星通信网系故障指标集合，Call＝{call_i<c,p>|i＝1,…,n}，<c,p>为卫星通信网系呼叫属性组，call_i.c和call_i.p分别为一段时间内网系发生的呼叫数和呼叫成功率(简称呼通率)；

由于Comm卫星通信网系通信指标集合、Call卫星通信网系故障指标集合均由两个参数组合而成，通信网系的性能指标又可以表示为一个六元组：

PFs＝{Cnt,Ft,Commc,Commp,Callc,Callp}   (2)

＝{100,50,350,97％,700,93％}

式(2)中：PFs表示通信网系六元组性能指标集合、Cnt为入网数、Ftc为故障数、Ftp为故障率、Commc为通信数、Commp为通信成功率、Callc为呼叫数、Callp为呼通率，其中入网数、故障数、通信数和呼叫数为整数型性能评估指标，通信成功率和呼通率为百分比性能评估指标。因此，根据表1和式(2)，A网系的性能指标六元组为{100,50,350,97％,700,93％}。

步骤2、由于入网数、故障数、通信数、呼叫数均为整数型数值，而故障率、通信成功率、呼通率为0-1之间的百分比，则需要将入网数、故障数、通信数、呼叫数4个评估指标进行归一化处理，将各个整数型评估指标数量调整到0-1之间，与百分比评估指标共同组成{0-1}的集合；其具体过程为：

假设有一个数组Arr，共有n个元素，每个元素用a_i表示，该数组可以表示为：

Arr＝{a_i|i＝1,…,n}   (3)

式(3)中：a_i为数值中的每个元素，即各个性能评估指标的具体值；假设表1中A、B、C、D、E网系为正在同时运行的5个网系，式(3)为入网数的数组，则式(3)可以具体表示为：

Arr_cnt＝{100,990,1,2000,1500}   (4)

针对式(3)和(4)的数组，本发明的归一化算法分别为：

1)、最大阈值法

先设置一个最大阈值max，然后与式(3)中的性能评估指标的具体值a_i进行对比，如果a_i大于max，则其为1，否则用a_i除以max，得出的结果就是归一化后的值；

式(4)中，假设采用最大阈值法，令max为1000，由于Arr_cnt[4]、Arr_cnt[5]分别为2000和1500，均大于max(1000)，因此Arr_cnt[4]＝Arr_cnt[5]＝1；于是，式(4)归一化的结果为：

Arr_c＝{100/1000,990/1000,1/1000,1,1}＝{0.1,0.99,0.001,1,1}   (5)

2)、最大比例法

以式(3)中的性能评估指标的具体值a_i中的最大值作为最大阈值max，然后用a_i除以max，得出的结果就是归一化后的值；

式(4)中，假设采用最大比例法，最大阈值max为Arr_cnt[4]，即2000，于是，式(4)归一化的结果为：

Arr_c＝{100/2000,990/2000,1/2000,2000/2000,1500/2000}

＝{0.05,0.495,0.0005,1,0.75}   (6)

3)、和商法

首先累加式(3)中的的具体值a_i，得到a_i之和，并将a_i之和作为最大阈值max，然后用a_i除以max，得出的结果就是归一化后的值。

式(4)中，假设采用和商法，所有数值之和max＝100+990+1+2000+1500＝4591，于是，式(4)归一化的结果为：

Arr_c＝{100/4591,990/4591,1/4591,2000/4591,1500/4591}

＝{0.021781747,0.215639294,0.000217817,0.435634938,0.326726203}   (7)

步骤2得到{0-1}集合中每个性能评估指标后，形成了六元组的百分比的性能评估指标。以用和商法为例，六元组的百分比的性能评估指标的值如表2所示：

表2

网系名称	入网数	故障数	通信数	通信成功率	呼叫数	呼通率
							A网系	0.021782	0.454545	0.059403	0.97	0.167504	0.93
B网系	0.215639	0.181818	0.848608	0.91	0.478583	0.99
							C网系	0.000218	0	0.000339	1	0.002154	0.99
D网系	0.435635	0.272727	0.032247	0.98	0.119646	0.92
							E网系	0.326726	0.090909	0.059403	0.89	0.232113	0.97

步骤3、设步骤2中六元组的百分比的性能评估指标的权重等级Grad表示为：

Grad＝{G_c,G_fc,G_cmc,G_commp,G_cac,G_callp}   (8)

式(8)中，G_c，G_fc，G_cmc，G_commp，G_cac，G_callp分别为入网数、故障数、通信数、通信成功率、呼叫数、呼叫成功率对应的权重等级。

初始化如下权重等级：

表3

指标名称	符号	权重等级Grad
			归一化的入网数	c	3
归一化的故障数	fc	1
			归一化的通信数	cmc	2
通信成功数	commp	2
			归一化的呼叫数	cac	2
呼通率	callp	1

根据表3中各评估指标的权重等级Grad，分别计算各指标对应的权重值Weight：

W_i＝(W₀–G_i*K)/W₀   (9)

式(9)中，G_i分别为入网数、故障数、通信数、通信成功率、呼叫数、呼叫成功率对应的数据，其中入网数、故障数、通信数、呼叫数为归一化后的数据。W₀为权重等级上限，一般可以取10、50、100等值，K为权重等级倍数，一般可以取2、10、20等值；表3中，假设等级上限W₀取10，权重等级倍数K取2，得到表3的各评估指标的权重值分别为：

W_c＝(10-3*2)/10＝0.4

W_fc＝(10-1*2)/10＝0.8

W_cmc＝(10-2*2)/10＝0.6

W_commp＝(10-2*2)/10＝0.6

W_cac＝(10-2*2)/10＝0.6

W_callp＝(10-1*2)/10＝0.8

即：

{W_c,W_fc,W_cmc,W_commp,W_cac,W_callp}＝{0.4,0.8,0.6,0.6,0.6,0.8}   (10)

式(10)中，W_c,W_fc,W_cmc,W_cac,W_commp,W_callp分别为经过归一化后的入网数、故障数、通信数、呼叫数以及通信成功率、呼叫成功率的权重值。

步骤4，以步骤3得到的各评估指标的权重值，建立形成卫星通信网系性能评估模型：

res＝{c,fc,cmc,commp,cac,callp}*{W_c,W_fc,W_cmc,W_commp,W_cac,W_callp}^T   (11)

式(11)中：res为评估结果、c为归一化后的入网数、fc为归一化后的故障数、cmc为归一化后的通信数、cac为归一化后的呼叫数，{W_c,W_fc,W_cmc,W_commp,W_cac,W_callp}^T为转置运算，分别为对应各自变量的权重值。此处的转置运算沿用矩阵的概念，表示将m*n阶的A矩阵转置成n*m阶的B矩阵，且满足B_ij＝A_ji，所以{W_c,W_fc,W_cmc,W_commp,W_cac,W_callp}^-T可以用如下公式体现：

${\left|\begin{array}{cccccc}{W}_c& W_{\mathrm{fc}}& W_{\mathrm{cmc}}& W_{\mathrm{commp}}& W_{\mathrm{cac}}& W_{\mathrm{callp}}\end{array}\right|}^T=\left|\begin{array}{c}{W}_c\\ W_{\mathrm{fc}}\\ W_{\mathrm{cmc}}\\ W_{\mathrm{commp}}\\ W_{\mathrm{cac}}\\ W_{\mathrm{callp}}\end{array}\right|---\left(12\right)$

根据式(12)，式(11)又可以表示为：

res＝{c*W_c+fc*W_fc+cmc*W_cmc+comp*W_commp+cac*W_cac+callp*W_callp}   (13)

根据表2和式(10)、式(11)和式(13)，各网系的评估结果为：

表4

网系名称

入网数

故障数

通信数

通信成功率

呼叫数

呼通率

res

A网系

0.021782*0.4

0.454545*0.8

0.059403*0.6

0.97*0.6

0.167504*0.6

0.93*0.8

1.83449

B网系

0.215639*0.4

0.181818*0.8

0.848608*0.6

0.91*0.6

0.478583*0.6

0.99*0.8

2.36602

C网系

0.000218*0.4

0

0.000339*0.6

1*0.6

0.002154*0.6

0.99*0.8

1.39358

D网系

0.435635*0.4

0.272727*0.8

0.032247*0.6

0.98*0.6

0.119646*0.6

0.92*0.8

1.80757

E网系

0.326726*0.4

0.090909*0.8

0.059403*0.6

0.89*0.6

0.232113*0.6

0.97*0.8

1.68833

表4为本发明卫星通信网系性能评估方法得到的结果：

1)、本结果可以为各网系提供一个可供量化评价的结果；

2)、因为评估的结果为具体数值，因此可以直接对网系的性能进行排名；

3)、由于表中的数据可以为同一个网系的不同阶段的测试结果，因此利用本评估可以反映一个网系的运行趋势；

4)、采用本发明的方法对网系进行评估，可以为建立、评价网系提供决策支持；

5)、由于本发明重复利用现有的成熟技术，且配置和使用灵活，所以本方法可以扩展到卫星通信系统中转发器、波束、地球站等设备的评估。

如图3所示，本发明卫星通信网系性能评估方法通过修改指标参数、调整归一化算法和权重分配模型，可以应用到转发器、波束、天线、地球站等卫星通信领域的评估。

本发明充分利用成熟的归一化、权重分配等技术，并应用到具体的评估模型中，解决了卫星通信网系的量化评估问题，可以全面准确地得到卫星通信网系性能评估结果，为卫星通信网系的稳定运行，提高了卫星通信网通信质量奠定了重要基础；本发明的评估模型可以充分弹性扩展，适当变换参数和指标，可以应用到其他卫星通信领域进行评估。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以做出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种卫星通信网系性能评估方法，其特征在于包括以下步骤：

1）、根据待评估的卫星通信网系确定性能评估指标模型及其对应的数据，所述评估指标分为整数型评估指标和百分比评估指标；

2）、对步骤1）中各个整数型评估指标依次进行归一化处理，与百分比指标共同组成{0-1}的集合；

3）、根据步骤2）中归一化处理后的每个评估指标的权重等级，分别计算各评估指标对应的权重值；

4）、以步骤3）得到的各评估指标的权重值，建立形成卫星通信网系性能评估模型，计算得出卫星通信网系性能的评估结果。

2.根据权利要求1所述的卫星通信网系性能评估方法，其特征在于步骤1）所述性能评估指标模型为：

PFs={cnt,ftc,commc,commp,callc,callp}           （2）

式（2）中，PFs为性能评估指标模型，cnt为入网数，ftc为故障数，commc为通信数，commp为通信成功率，callc为呼叫数，callp为呼通率,所述入网数、故障数、通信数和呼叫数为整数型评估指标，所述故障率、通信成功率和呼通率为百分比评估指标。

3.根据权利要求2所述的卫星通信网系性能评估方法，其特征在于步骤2）所述整数型评估指标归一化处理过程为：

      Arr={a_i|i=1,…,n}                        （3）

式（3）中，a_i为整数型评估指标的具体值；

设置一个最大阈值max，然后与式（3）的数值进行对比，如果a_i大于最大阈值max，则其为1，否则用a_i除以最大阈值max，得出归一化后的值；

或设置一个最大阈值max，所述最大阈值max为a_i中的最大值，然后用a_i除以最大阈值max，得出归一化后的值；

或求得a_i的之和作为最大阈值max，然后用a_i除以最大阈值max，得出归一化后的值。

4.根据权利要求1、2或3所述的卫星通信网系性能评估方法，其特征在于所述步骤3）的具体过程为：

31）、设各性能评估指标的权重等级：

     Grad={G_c,G_fc,G_cmc,G_commp,G_cac,G_callp}                     （8）

式（8）中，G_c，G_fc，G_cmc，G_commp，G_cac，G_callp分别为入网数、故障数、通信数、通信成功率、呼叫数、呼叫成功率对应的权重等级；

 32）、根据步骤31）中各评估指标的权重等级，分别计算各评估指标对应的权重值W_i：

                           W_i=(W₀–G_i*K)/W₀                       （9）

式（9）中，G_i分别为入网数、故障数、通信数、通信成功率、呼叫数、呼叫成功率对应的数据，W₀为权重等级上限，K为权重等级倍数；计算得到各评估指标的权重值W_c,W_fc,W_cmc,W_commp,W_cac,W_callp，其分别对应为入网数、故障数、通信数、通信成功率、呼叫数、呼叫成功率的权重值。

5.根据权利要求4所述的卫星通信网系性能评估方法，其特征在于所述步骤4）中卫星通信网系性能评估模型为：

    res={c,fc,cmc,commp,cac,callp}*{W_c,W_fc,W_cmc,W_commp,W_cac,W_callp}^T                     （11）

式（11）中：res为评估结果、c为归一化后的入网数、fc为归一化后的故障数、cmc为归一化后的通信数、cac为归一化后的通呼叫数，{W_c,W_fc,W_cmc,W_commp,W_cac,W_callp}^T为转置运算，分别为对应各自变量的权重值。