LEO卫星通信网络中位置管理策略研究及仿真平台设计

论文摘要

目前,低轨道(Low Earth Orbit, LEO)卫星通信由于其诸多优势,成为通信研究的热点之一。但随着LEO卫星通信的发展,也面临着和地面移动通信一样的难题,那就是用户数的越来越多以及对网络质量的要求越来越高,使得LEO卫星通信网络的移动性管理面临挑战。传统的位置管理技术已经不能满足人们的要求,因此LEO卫星网络的位置管理策略需要得到优化和改进。另外,由于LEO卫星移动通信系统的特殊性:建立周期长,投入资金巨大,建成后结构改变困难等特点,必须在工程实现前对系统进行精确的仿真验证,因此迫切需要找到一种满足条件的仿真方法。本文根据LEO卫星网络的特点,提出了优化的位置管理策略,其中分别针对位置管理设计中的位置更新和位置寻呼两个方面。另外,结合所提出的策略,设计出基于OPNET的仿真平台。第一章首先简要介绍低轨卫星移动通信系统发展概况,接着对LEO卫星通信系统的位置管理技术作了综述,并指出本文的研究内容及结构安排。第二章主要研究位置管理中位置更新的优化设计。在不提高位置寻呼代价的基础上通过减少位置更新代价使系统位置管理开销减少。提出了一种基于指针和区域注册的动态位置管理策略,引入动态区域小区和子区域小区概念,结合前向指针和动态管理的优点,可以显著减小位置更新代价。在第三章中,主要针对位置管理中位置寻呼部分来进行优化。在不提高位置更新代价的基础上,通过减少位置寻呼开销来实现位置管理的最优化。在第四章中,结合LEO卫星网络的特点以及OPNET仿真软件的优势:OPNET仿真支持卫星轨道,可以导入STK轨道文件,每个时刻得到的卫星位置坐标非常精确,设计所需要仿真平台。并在此平台上实现移动性管理仿真,比较不同移动性管理策略的优劣,对系统的工程实现具有一定借鉴意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 低轨道卫星移动通信及其发展概况
• 1.1.1 卫星通信与卫星移动通信
• 1.1.2 LEO 卫星移动通信系统
• 1.2 位置管理
• 1.2.1 位置管理概述
• 1.2.2 位置区
• 1.2.3 位置更新和寻呼过程
• 1.2.4 位置管理研究现状
• 1.3 课题背景及研究价值
• 1.3.1 LEO 卫星通信的重要性
• 1.3.2 位置管理在LEO 卫星网络中的重要性
• 1.3.3 目前LEO 卫星通信网络位置管理的不足
• 1.4 课题来源
• 1.5 本文研究工作
• 1.6 全文结构安排
• 第二章 基于前向指针和区域注册的动态LEO 卫星网络位置管理策略
• 2.1 引言
• 2.2 传统位置管理策略
• 2.2.1 基于指针转发的位置管理策略
• 2.2.2 区域注册的位置管理策略
• 2.2.3 动态位置管理策略
• 2.3 基于指针和区域注册的动态位置管理策略
• 2.3.1 基于指针和区域注册的动态位置管理策略系统结构
• 2.3.2 PFRRD 策略位置更新详述
• 2.4 性能分析
• 2.5 仿真及结果分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 位置寻呼的一种优化策略
• 3.1 引言
• 3.2 当前研究的几种寻呼策略
• 3.2.1 覆盖轮询
• 3.2.2 最短距离优先
• 3.2.3 基于用户位置概率的顺序寻呼
• 3.2.4 速度寻呼
• 3.3 LEO 卫星网络传统的位置管理策略
• 3.3.1 几种位置区方案
• 3.3.2 LEO 卫星网络传统的位置管理策略
• 3.4 LEO 卫星网络位置管理改进策略
• 3.4.1 改进的位置管理策略
• 3.4.2 改进策略中TLDN/TMSI 扩展解决方案
• 3.5 性能分析
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于OPNET 的LEO 卫星网络位置管理仿真平台设计
• 4.1 引言
• 4.2 LEO 卫星网络移动性管理
• 4.3 OPNET 仿真软件介绍
• 4.3.1 OPNET 的特点
• 4.3.2 OPNET 建模
• 4.3.3 使用OPNET 要完成的仿真任务
• 4.4 位置管理所涉及信令消息
• 4.4.1 呼叫流程
• 4.4.2 切换信令的处理
• 4.4.3 位置管理所涉及信息格式
• 4.5 系统仿真设计
• 4.5.1 终端节点模型
• 4.5.2 信关站节点模型
• 4.5.3 卫星及其他节点模型
• 4.6 仿真结果及分析
• 4.6.1 仿真参数设置
• 4.6.2 仿真结果分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 全文总结
• 致谢
• 参考文献
• 个人简历
• 攻读硕士学位期间取得的成果