单位代码密级公开硕士学位论文论文题目面向低轨卫星的多业务接入控制关键技术研究张涛孙力娟教授计算机应用技术计算机在通信中的应用工学硕士二零四年二月学号姓名导师学科专业研究方向申请学位类别论文提交日期万方数据.万方数据南京邮电大学学位论文原创性声明本人声明所呈交的学位论文是我个人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京邮电大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。本人学位论文及涉及相关资料若有不实，愿意承担切相关的法律责任。南京邮电大学学位论文使用授权声明本人授权南京邮电大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档允许论文被查阅和借阅可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索可以采用影印缩印或扫描等复制手段保存汇编本学位论文。本文电子文档的内容和纸质论文的内容相致。论文的公布包括刊登授权南京邮电大学研究生院办理。涉密学位论文在解密后适用本授权书。研究生签名日期研究生签名导师签名日期万方数据摘要随着卫星通信的全面发展，无线资源管理在全球通信中的作用也越来越突出，而接入控制技术作为无线资源管理的个重要方面直接影响着卫星通信的质量用户的满意度。因此，设计合理的接入控制策略成为了当前研究的热点。本文考虑低轨卫星切换频繁星上资源稀缺的特点，针对越来越庞大的用户群体越来越丰富的业务种类，研究面向低轨卫星的多业务接入控制技术。用户对服务质量要求不断提高的同时，也逐渐关注资源使用的公平性，因而新的接入控制技术需要提高信道利用率的同时提高用户满意度，兼顾资源使用的公平性。首先，通过文献调研，归纳总结了现有的解决卫星接入控制方面的策略，分析现有策略在系统中应用的不足。其次，针对低轨卫星中的不同用户不同业务，进行优先级划分，通过升降级操作来提高高优先级用户以及高优先级业务的接入概率，仿真结果表明，该策略提高了用户接入概率和信道利用率。最后，为了兼顾在不同信道负载条件下，不同用户不同业务之间信道资源使用的公平性，以用户整体满意度为标准，采用效用函数构造博弈模型，采用信道与用户进行博弈的方式决定是否对信道中的用户进行降级操作以及降级的带宽大小。仿真结果表明，提出的基于博弈论的接入控制策略能够较好地保证高优先级用户的接入概率，提高用户整体满意度。关键词低轨卫星网络，接入控制，降级操作，效用，博弈论，用户满意度万方数据,.,.,.,.,.,.,.,.,.,万方数据目录专用术语注释表.第章绪论课题背景.课题来源及本人工作.论文结构和安排第二章低轨卫星通信系统概述卫星通信系统卫星移动通信系统的分类.卫星移动通信系统的组成.卫星移动通信系统的发展现状.低轨卫星通信系统低轨卫星通信系统结构.低轨卫星通信系统特点.主要低轨卫星通信系统低轨卫星通信系统关键技术接入控制技术.星座设计技术.星际链路技术.切换管理技术波束小区及卫星切换波束小区的分类不同的切换情形.本章小结.第三章面向低轨卫星的接入控制研究现状分析.卫星间接入控制策略分析波束间接入控制策略分析.信道预留策略分析动态信道分配策略分析.研究现状总结本章小结.第四章基于升降级操作的信道接入控制策略研究.业务特征及分类用户优先级和业务等级划分.用户优先级划分业务等级划分.策略的升降级操作.升降级模型升降级过程.策略的核心思想.带宽分配带宽预留.策略的具体流程.新呼叫用户接入控制流程万方数据切换用户接入控制流程用户离开小区后信道管理总的多业务接入控制流程.实验结果及分析.实验仿真环境与参数实验结果及分析.本章小结.第五章基于博弈论的信道接入控制策略研究.博弈论的思想博弈论与经济学.博弈论的分类介绍博弈的解纳什均衡策略中博弈论的效用策略中的纳什均衡.基于博弈论的接入控制过程.接入控制策略的具体流程.实验结果及分析.本章小结第六章总结与展望.参考文献.附录攻读硕士学位期间申请的专利附录攻读硕士学位期间参加的科研项目致谢.万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文专用术语注释表专用术语注释表缩略词说明缩略词英文全称译文高轨卫星系统中轨卫星系统低轨卫星系统频分多址时分多址码分多址美国联邦通信委员会服务质量星际链路关口站系统控制中心中圆轨道系统时延容忍网络星际间通信移动交换中心网络控制中心拜访位置寄存器归属位置寄存器移动终端无线资源管理预留信道基于时间的信道预留算法动态信道预留策略自适应的信道预留策略基于用户位置信息的信道分配策略固定速率实时变化速率非实时变化速率可用速率卫星固定小区系统万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文专用术语注释表地球固定小区系统信道保护甚小口径卫星终端站全球定位系统稳定的动态呼叫接入控制弹性信道锁机制基于时间的自适应信道预留先进先出策略最后有用时刻切换排队策略半马尔可夫决策过程马尔可夫决策过程实时尽力而为第三代移动通信技术万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论第章绪论.课题背景随着卫星通信技术网络以及地面光纤材料等方面的飞速发展，国内外广大用户对通信服务质量的需求越来越高。国内卫星通信技术的发展显得有些滞后，主要表现在设计以及实现周期较长，通信服务质量可靠性不足等。目前，移动通信网络应用范围逐渐扩大，移动电话平板电脑等新兴的通信终端开始走进大家的生活。在移动用户终端数量剧增的情况下，地面蜂窝网络仅覆盖了地球陆地的极小部分，这种程度上限制了信息社会的发展，卫星通信可以为广大用户提供天地体多层次可靠性高的通信服务，因此，建立以卫星通信为主体的通信网变得越来越紧迫。从性能上面来看，卫星通信网之所以被委以“实现全球无缝个人通信”的重任，主要是卫星通信网的设计具有普通蜂窝网络不具备的优点。首先，卫星通信的覆盖范围很大，并且只要在其范围内的任何两个基站或者终端均可以实现信息交流其次，通信的可靠性高，在发生自然灾害尤其是陆地灾害时，对通信的影响小最后，能够多址通信，通过广播进行信息共享，能在信道内可进行多方向多区域的通信连接。作为推动信息通信向前发展的中坚力量，近年来卫星通信技术的发展得到广泛关注与投入，已经取得定进展。自二十世纪六十年代卫星被用于提供无线通信服务以来，卫星通信在通信领域中的地位不断提高，卫星通信系统中的关键技术也在飞速发展。时至七十年代中期，国际上已经出现了多种卫星通信系统。我国对卫星通信技术的研究开始于七十年代中期，年月成功发射并投入使用的第颗同步通信卫星标志着我国的卫星通信成为现实。八十年代初系统的出现，使卫星通信的概念进步得到了扩展，卫星电视的出现使得卫星通信开始成为人们的口常生活的部分。九十年代，卫星个人通信和卫星宽带通信概念的提出，加速推动了卫星通信技术的发展，卫星通信成为了个人移动通信的部分。早期的卫星通信主要提供简单的数据和语音业务，时至今日，卫星通信开始向宽带业务多媒体业务方向发展。卫星通信以其覆盖范围广通信距离远不受地理因素限制组网灵活通信线路稳定等特点，在无线通信领域发挥着越来越重要的作用。卫星通信技术与地面蜂窝网络相结合，也使得人们真正能够实现在任何时间，处于任何地方与任何人进行通信。不难预测，在二十世纪卫星通信在社会进步和人类文明方面将发挥其更加重要的作用。作为新代卫星移动通信系统的关键部分，卫星系统向着多业务通信方向发展。这万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论些业务有传统的话音业务，也有占有比例越来越大的视频和流媒体业务，这些新型的业务本身所需的带宽远远大于普通话音业务，而且对服务质量的需求也不尽相同，主要表现在丢包率传输时延实时占用的带宽大小等方面。在考虑不同业务服务满意度的同时，还需要考虑低轨卫星由于高速运行带来的波束间频繁切换的问题，因此，必须设计合理的信道接入控制策略以确保卫星网络支持广泛业务类型的同时，能适应不同类型的用户对于信道资源的需求，以满足不同的要求。在多业务信道接入控制策略中，需要针对不同类型的业务进行信道分配。单纯的信道预留策略，能够在定程度上保证切换用户或者高优先级用户的接入概率，但是容易造成信道闲置，导致信道利用率不高动态的信道预留策略或者基于参数预测的信道分配策略，能在定程度上保证高优先级用户的接入概率，相对单纯的固定信道预留，其信道利用率也有所提高，但是策略的设计和实现难度较大，不易于操作。现有的策略在支持的业务类型上也显得不够，因此，需要研究出新型的面向低轨卫星的多业务信道接入控制策略。该策略能够利用稀缺的信道资源，接纳更多的用户，同时提高整体用户的服务满意度，提高信道利用率。.课题来源及本人工作论文选题来源国家计划。在所选课题的研究过程中，本人对课题所涉及的相关背景材料专业知识技能以及国内外研究和发展现状等进行了深入调研和分析，在此基础上提出自己的解决策略并实现策略，通过与现有策略的对比分析，找出并改进不足之处，最后认真撰写形成本文。本文首先介绍了卫星网络系统的发展背景和研究意义，接着本文较为详细地分析了现有的卫星网络系统的结构和特点，介绍了接入控制的概念然后，本文详细阐述了卫星通信系统中接入控制的研究现状，分析了已有策略的局限性和问题。针对已有策略的不足之处，本文提出了新的接入控制策略。通过与现有策略的对比仿真实验，验证了策略的有效性和高效性。本文的创新点如下通过调研文献，归纳总结了现有的解决卫星接入控制方面的策略，根据现有的多用户多业务的应用场景，找出其中的不足。将不同用户不同业务进行等级划分，高优先级用户有权限对低优先级用户进行降级操作，根据升降级模型，以实时带宽和服务时间为参数，在同类型用户中选择可以降级的用户进行降级，让出部分带宽，以保证高优先级用户的接入概率。该策略能够有效提高高优先级万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论用户的接入概率以及信道的利用率。在第四章的基础上，兼顾信道资源使用的公平性，提出了基于博弈论的信道接入控制策略。通过信道与用户之间的博弈，计算整体效用，衡量用户接入与否，并给出用户降级带宽的大小，解决信道接入控制问题。该策略能够提高用户的接入概率，提高信道利用率，同时，提高了整体用户的满意度。.论文结构和安排本文分为六章，主要的组织结构如下第章阐述了本论文的研究背景课题背景以及本文的创新点，并描述了本文的主要内容与组织结构。第二章主要从卫星移动通信系统的分类卫星移动通信系统的组成以及卫星移动通信系统的发展现状等方面对低轨卫星通信系统进行介绍。第三章通过文献调研，总结了现有的几种基本的接入控制策略，并针对项目中应用场景的实际需要分析了现有策略的不足。第四章重点介绍了基于升降级操作的信道接入控制策略研究。首先介绍了升降级操作的基本思想