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《低軌衛(wèi)星通信接入和切換策略地研究》由會員上傳分享,免費在線閱讀,更多相關(guān)內(nèi)容在學術(shù)論文-天天文庫。
1、摘要衛(wèi)星通信系統(tǒng)是實現(xiàn)全球個人通信的重要組成部分,其中低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)以其全球覆蓋、低傳輸時延、低功耗、抗毀性強等優(yōu)點而具有廣闊的發(fā)展前景,并將在未來的個人通信領(lǐng)域中發(fā)揮重要作用。然而,為促進低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的全面應(yīng)用,依然還存在一些關(guān)鍵問題需要研究。首先,在低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)中存在著多星覆蓋情況,按照何種準則選定接入衛(wèi)星是接入策略要解決的重要問題。接入策略的好壞直接影響到呼叫阻塞率、切換開銷以及系統(tǒng)信道利用率等系統(tǒng)性能。其次,低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)大都采用多波束天線,通常存在著十分頻繁的波束間切換。這種切換
2、過程引發(fā)的突然掉話讓人不能接受,因此這需要系統(tǒng)采用某種切換策略以優(yōu)化系統(tǒng)性能。再次,隨著Interact中交互式多媒體業(yè)務(wù)量迅速增加,人們對低軌衛(wèi)星多媒體通信的需求日益迫切。然而目前的策略大多針對單一的話音業(yè)務(wù),還很難適應(yīng)多媒體通信的需求。本文針對上述問題,開展了如下研究:第一章回顧了衛(wèi)星通信的發(fā)展概況和關(guān)鍵技術(shù),著重分析了低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)接入和切換策略國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,并引出本文的主要動機和工作亮點。第二章對低軌衛(wèi)星通信接入和切換做了系統(tǒng)闡述和建模。本章引入低軌衛(wèi)星通信覆蓋模型和低軌衛(wèi)星通信用戶多媒體
3、業(yè)務(wù)量模型,給出低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要參數(shù),討論了低軌衛(wèi)星通信的切換過程,比較了低軌衛(wèi)星通信的信道分配方式以及低軌衛(wèi)星通信主要的三種接入和切換策略。特別地,本章對低軌衛(wèi)星通信接入與切換進行了深入分析,為后續(xù)章節(jié)的系統(tǒng)研究提供了理論基礎(chǔ)。第三章討論了低軌衛(wèi)星通信多星覆蓋下衛(wèi)星接入和切換策略。本章首先提出了綜合加權(quán)策略,在以往的研究中大都僅考慮全球話務(wù)均勻分布時多星覆蓋下的衛(wèi)星接入系統(tǒng)性能,然而均勻模型無法客觀地反映出真實的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,因為實際全球業(yè)務(wù)差異很大,分布并非均勻。為了更好地描述實際的全球業(yè)務(wù),研
4、究了非均勻分布全球話務(wù)密度模型下綜合加權(quán)策略的系統(tǒng)性能,并在簡單綜合加權(quán)策略的基礎(chǔ)上建立模型分析了各個地區(qū)具有不同最小仰角時綜合加權(quán)策略對低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的影響,提出在不同的區(qū)域中設(shè)置不同的衛(wèi)星仰角來改善綜合加權(quán)策略。我們討論了綜合加權(quán)策略中加權(quán)系數(shù)對新呼叫阻塞率和強制中斷率的影響,及其對強制中斷率、切換請求到達率和平均仰角這三項系統(tǒng)性能的綜合影響,并根據(jù)l摘要系統(tǒng)設(shè)計需要利用遺傳算方法對綜合加權(quán)策略中加權(quán)系數(shù)進行優(yōu)化,以達到系統(tǒng)總體性能最優(yōu)。最后,我們根據(jù)衛(wèi)星多媒體通信的業(yè)務(wù)特點,針對實時和非實時業(yè)
5、務(wù)分別采用不同的接入策略,對這兩種降低強制中斷率的方法在非均勻分布全球話務(wù)密度模型下進行了仿真分析。結(jié)果表明在高負載情況下,較小的信道預留(如1%1不但對新呼叫阻塞率的影響較小,而且還能較大地降低實時業(yè)務(wù)的強制中斷率,同時非實時業(yè)務(wù)也可通過暫時等待然后再選擇衛(wèi)星的方式降低其強制中斷率。第四章研究了低軌衛(wèi)星通信動態(tài)預留接入策略與自適應(yīng)動態(tài)信道分配問題。目前已有的低軌衛(wèi)星動態(tài)預留接入策略多數(shù)只適用于單一的話音業(yè)務(wù),同時它們還要求掌握用戶的位置信息導致較大的系統(tǒng)開銷。為了更好地支持低軌衛(wèi)星多媒體通信波束間接
6、入,我們提出了基于概率自適應(yīng)動態(tài)預留接入策略,其特點包括:(1)對實時業(yè)務(wù)切換請求以概率進行信道預留,同時這種預留概率隨用戶的剩余切換時間和切換概率自適應(yīng)變化;(2)對新呼叫以一定概率接入系統(tǒng),接入概率隨用戶移動性和系統(tǒng)信道使用率自適應(yīng)調(diào)整,同時用戶接入系統(tǒng)時所分配的信道數(shù)根據(jù)系統(tǒng)信道使用率進行自適應(yīng)分配。(3)引入計時器機制使系統(tǒng)決策不再需要獲知用戶的位置信息,從而降低開銷。仿真結(jié)果表明基于概率自適應(yīng)動態(tài)預留策略,能降低實時業(yè)務(wù)切換失敗率,并能獲得較高的信道利用率。此外,我們還提出了自適應(yīng)動態(tài)信道分
7、配策略,在動態(tài)信道分配的代價函數(shù)計算中考慮了鄰區(qū)信道負荷和終端移動性對代價函數(shù)的影響,因此獲得了更高信道資源使用效率。仿真結(jié)果表明自適應(yīng)動態(tài)信道分配策略的系統(tǒng)性能優(yōu)于業(yè)務(wù)量相關(guān)動態(tài)信道分配和預留策略。第五章討論了低軌衛(wèi)星多媒體通信信道借用接入和切換策略。在低軌衛(wèi)星多媒體通信中,非實時業(yè)務(wù)(特別是數(shù)據(jù)業(yè)務(wù))對最小帶寬和傳輸時延的要求并不嚴格。因此,可以通過減少非實時業(yè)務(wù)所占信道數(shù),增加其傳輸時延,來降低實時業(yè)務(wù)切換失敗率。在這種思想引導下,提出了信道借用接入和切換策略,并參照典型低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的參數(shù)對
8、新呼叫阻塞率、切換失敗率和信道利用率進行仿真分析,然后討論了信道借用接入策略對非實時業(yè)務(wù)的公平性影響。仿真結(jié)果表明信道借用策略中選取最小剩余逗留時間策略,一方面最大程度地保證了非實時業(yè)務(wù)的公平性,另一方面也獲得了優(yōu)異的系統(tǒng)性能。我們還引入效用來衡量不同用戶對帶寬需求的滿意程度,提出基于效用函數(shù)的信道借用接入和切換策略。這種策略以效用函數(shù)斜率和點波束內(nèi)剩余逗留時間的乘積作為信道借用的依據(jù),在處理實時業(yè)務(wù)和非實時業(yè)務(wù)時分別采用不同的效用函數(shù)來滿足兩類業(yè)務(wù)對服