单位代码密级硕士学位论文论文题目面向低轨卫星系统的信道分配技术研究潘勇叶晓国副教授计算机应用技术计算机网络工学硕士二零四年三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科技的不断进步，卫星网络成为种必不可少的通信网络。就目前而言，多媒体业务成为卫星通信系统的主要业务。单业务的信道预留策略已经不能满足当前需要，于是针对多业务的信道预留成为个热点研究方向。另外在特殊环境应用中，体现用户区别对待的这样种方式也成为个研究热点。本文首先对低轨卫星系统相关知识背景做了深入的调研，在深入分析相关背景的基础上，着重研究了低轨卫星系统中信道分配关键技术。以此为出发点，分析了当前关于信道分配策略的相关文献内容，建立了基于低轨卫星系统环境下的信道分配模型，依据信道分配模型，考虑不同优先级用户与不同类型业务的需求，进行相关信道分配策略的设计。通过相关模型的分析，在此基础上分别提出适用于低轨卫星系统的基于多业务的动态信道预留分配策略以及针对用户类型的多等级动态信道预留分配策略。并通过仿真实验对所提出策略的有效性进行验证，仿真证明了上述策略在降低高优先级业务和降低高优先级用户切换阻塞率方面有较好的表现。最终达到降低切换阻塞率和新呼叫阻塞率的首要目的，进而增加信道利用率，均衡大容量用户接入信道所造成的压力。关键词低轨卫星系统，信道分配，动态预留策略，新呼叫阻塞率，切换阻塞率万方数据,.,.,.,.,.,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.第二章低轨卫星系统概述.低轨卫星系统特点经典低轨卫星系统.铱星系统全球星系统.低轨卫星系统关键技术.接入控制技术无线资源管理信道分配技术切换管理技术.本章小结.第三章低轨卫星系统信道分配策略分析.引言传统信道分配策略概述.信道排队策略信道借用策略信道预留策略.基于多业务的信道分配策略传统信道分配策略分析经典动态信道预留策略概述.基于时间的信道预留策略自适应信道预留策略结合排队策略的信道预留策略基于地理位置的动态信道预留策略基于门限的信道分配策略.经典动态预留策略分析本章小结.第四章基于多业务的动态信道预留策略.引言信道预留策略分析.信道分配模型介绍基于的模型分析.模型参数分析.信道预留策略具体过程.信道预留控制过程信道分配具体过程策略流程.仿真分析.概述万方数据环境配置仿真参数仿真结果分析.本章小结.第五章基于用户类型的多等级动态信道预留策略.引言基于低轨卫星移动性的业务量预测多等级动态信道预留策略分析基于的信道分配模型.基于遗传算法的门限参数求解仿真分析.仿真参数仿真结果分析.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切换呼叫排队码分多址先进先出策略时分多址最后有用时刻移动终端基于度量的优先策略固定门限预留信道保护信道自适应的信道分配策略基于用户位置信息的信道分配策略基于时间的信道预留算法全球定位系统动态信道预留策略固定速率业务实时变速业务非实时变速业务可用速率业务弹性信道锁机制异步传输模式半马尔可夫决策过程自适应动态信道分配策略动态信道分配基于多业务的动态信道预留策略服务等级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网络仿真模拟器固定信道分配基于时间的动态信道预留基于用户类型的多等级动态信道预留策略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.课题背景进入世纪后，计算机网络发展迅速，使得人们的日常工作，学习和生活都离不开计算机网络。而卫星网络的应用也变得更加突出。卫星通信拥有众多优点，比如其较为灵活的组网方式拥有较为广阔的覆盖空间实现远距离通信费用与通信距离无关受自然条件影响较小等特点，在全球移动通信领域发挥着非常重要的作用。近几年来，卫星通信技术得到了迅猛的发展和进步。在世界范围内各个国家争相提出不同的卫星系统方案，这些方案的提出对全球信息高速公路的建设起到了非常积极的促进作用，它们将为实现全球无缝隙个人通讯提供必不可少的技术支持。卫星通信系统的划分最主要的是按照其运行轨道，由此分成高轨道卫星系统中轨道卫星系统和低轨道卫星系统三种。低轨卫星系统的距离地面高度大致是在五百千米到三千千米左右，就目前的科技条件下绝大多数的低轨卫星都处于距离地面千五百千米之内。上述分类中的这三个轨道的卫星系统都有其各自不同的特点高轨卫星系统的发展较早，技术较为成熟，星下覆盖范围较广，从理论上讲三个高轨卫星系统足以覆盖全球，该系统主要存在的缺点是覆盖区域低纬度地区较好但是纬度较高地区较差，时延对远距离信号传送影响突出，由此可以看出高轨卫星适用于纬度较低地区的通信应用。中轨道和低轨道的卫星系统也有着较为突出的特点这两种系统的终端设备较为简单，能够实现无缝全球覆盖，信号传输时延短等特点，所以它们比较适用于个人移动卫星通信，基于此种突出的优点，卫星通信成为种发展的趋势，也是种必然。美中不足的是中低轨道卫星系统存在有明显的多普勒频移效应，其技术要求较高。低轨卫星系统是当前较为突出的研究方向。卫星通信系统主要分为三个部分，分别为空间系统，地面系统和用户系统。空间系统主要包括各类卫星系统。地面系统中包含地球站，监控站，遥测站等主要系统，用户系统主要包含地面用户终端，比如各类用户通讯设备，车载系统等。卫星结构模型如图.所示万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论图.卫星网络系统卫星系统中的无线资源是有限的。随着卫星通信的广泛应用，终端用户数量的不断增加以及用户业务量的持续增长，有限的卫星系统无线资源也在慢慢耗尽，于是人们面临个重要问题寻求何种方式对有限的无线资源进行管理和分配才能达到最为有效。卫星系统资源管理的最终目的可以概括为在有限的卫星系统资源环境下，为无线终端用户提供尽可能满意的服务质量保证。资源管理的立足点是基于话务量不均匀分布的情况下，同时考虑信道的不断变化，进而考虑如何灵活分配或调整无线可用资源，确保无线网稳定，进而提高资源利用率。卫星无线资源管理中信道分配技术是个重要的方面。信道分配指在当前的移动通信系统中，以采用复用技术的方式进行合理的频谱利用，最终达到以更加有效的方式给终端分配小区信道或者是给小区分配系统信道。当前使用移动通信的用户数目在不断增多，信道分配对有限的系统资源的合理利用起到了非常关键的作用。对无线通信系统中的信道分配问题进行讨论需要我们在能够充分理解当前业务的特性和用户服务需求的情况下进行。我们所掌握的信道分配关键技术的根本依据是依据业务模型和系统模型来进行设计的。最后得到的信道分配机制的性能不仅与设计的相关模型有关，还与所设计模型是否精准有关。所以信道分配机制是为了提高无线信道利用率以及达到最大满足用户需求的目的。针对信道分配关键技术，科研工作者们自上世纪末开始便进行了深入研究。科研工作者们通过选用不同的模型选择不同的角度，深入研究信道分配策略，并且提出了许多具有实际应用价值的信道分配策略和算法。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第章绪论.课题来源及本人工作本论文的选题源自国家计划。在整个课题的研究期间，本人对课题所涉及的相关背景专业知识以及研究现状等进行了深入研究。本文首先介绍了卫星网络系统关键技术的基本概念和研究现状，其次针对项目中本人负责的研究部分，对于信道分配部分进行了详细调研阐述，其中重点介绍了信道预留机制，并针对不同业务类型和不同用户等级进行预留信道策略的分析，提出基于多业务的动态信道预留策略和基于用户类型的多等级动态信道预留策略然后通过仿真平台验证了所提出策略在卫星网络系统中的有效性。除此之外，在论文中还简单介绍了仿真平台。.论文结构和安排本文共包含六章，主要的结构和安排如下第章介绍了课题背景，然后说明了本文的选题来源和本人工作，并描述了论文的组织结构和安排。第二章介绍了本文的研究背景，主要分析说明了低轨卫星网络的主要关键技术，为本文所研究的问题的分析做好准备。第三章分析了传统低轨卫星的信道分配策略研究现状，对经典策略进行了分类并比较了各种策略之间的差异，对信道预留策略进行了深入分析，简单分析了各类预留策略。并且以此为依据详细介绍了策略中存在的问题和可以改进的地方。第四章建立了基于多业务的信道预留分配模型，通过对模型的详细分析，提出了基于多业务的信道预留分配策略，然后简单介绍了仿真工具，在仿真工具中通过对该策略的仿真对比，验证了该策略的有效性以及其可行性，最后通过大量仿真实验分析了新策略的优劣，并与传统策略进行了比较。第五章建立了基于用户类型的多等级信道分配模型，通过对模型的分析，并提出种基于用户类型的多等级信道分配策略，然后在仿真工具中进行了大量的仿真实验，将新策略的性能与传统策略进行比较，结果表明新策略在高优先级用户方面表现出较好的性能，适合在特殊环境下的应用。第六章总结了本文所做的研究工作，并对进步工作进行展望。万方数据南京邮电大学硕士研究生学位论文第二章低轨卫星系统概述第二章低轨卫星系统概述.低轨卫星系统特点当今世界卫星通信技术快速发展，众多专家预测在不久的将来卫星通信技术终将替代地面移动通信技术，成为移动通信的核心基础。新型的卫星网络应该是个综合了语音数据多媒体等更加广泛业务类型的网络，该网络与地面互联网相辅相成，共同构成个庞大的新型通信网。就当前技术发展而言，低轨卫星系统是最符合这个发展目标的，这主要是由于系统具有其独特的特征，其主要特征如下卫星轨道高度低，传输延时较短，个由多个卫星组成的星座系统能够达到覆盖全球的目的，而且这样的星座使得