低轨卫星通信系统的切换策略研究与仿真平台设计

论文摘要

低轨(Low Earth Orbit,LEO)卫星通信系统由于具有全球覆盖、低的传输时延等特性成为下一代移动通信网络的重要组成部分。在低轨卫星通信系统的发展过程中,切换管理是重要的因素之一,关系到整个网络的性能。由于低轨道卫星绕着地球高速运动,导致用户终端在一次通信的时间内可能由多个波束和多颗卫星提供服务而发生切换。在切换过程中需要解决信道的优化分配问题,提高系统资源的利用率。本文对低轨卫星通信系统中的切换策略作了较为深入的研究,将切换与路由、信道分配等因素综合考虑,采用合适的切换算法来降低呼叫阻塞率和切换失败率,提高信道利用率,从而改善系统性能。本文主要内容如下:第一章为绪论,详细介绍了卫星通信的发展状况,对切换策略作了综述,接着介绍了本文的主要内容、研究意义和贡献。第二章对现有的两种切换策略进行了研究,提出一种低轨卫星通信系统改进的最小跳数切换策略。新策略充分利用低轨卫星星座系统网络拓扑规律性变化的特点,以便于解决星间切换的问题。仿真结果表明,同最小跳数切换策略相比,该策略能提供更好的服务质量保障,获得较好的系统性能,如更低的负载,更低的切换呼叫阻塞率以及新呼叫阻塞率。第三章研究LEO卫星通信系统波束切换策略,提出了一种适用于具有自主定位功能的卫星系统的基于时间的保证切换策略。仿真结果表明该策略充分利用了系统能力,提高了资源利用率。第四章基于OPNET设计了LEO星座卫星通信系统的切换管理仿真平台,该平台能模拟实际系统中切换管理过程,对切换策略的仿真和实现提供有力支持。第五章对全文作了总结,并指出需要进一步研究的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 卫星通信的一般概念
• 1.1.1 卫星通信的定义
• 1.1.2 卫星通信的发展状况
• 1.1.3 卫星通信系统的分类
• 1.2 低轨卫星通信系统切换技术及研究现状
• 1.2.1 现有的信道分配策略
• 1.2.2 现有的切换策略
• 1.3 现有的卫星通信路由策略
• 1.3.1 系统周期分割机制
• 1.3.2 覆盖区分割机制
• 1.4 本文的贡献和创新点
• 1.5 本文的研究意义及课题来源
• 1.6 本文的结构安排
• 第二章 改进的最小跳数切换策略
• 2.1 引言
• 2.2 系统模型
• 2.3 改进的最小跳数切换策略
• 2.3.1 最小跳数切换策略和最小负荷切换策略
• 2.3.2 改进的最小跳数切换策略
• 2.4 仿真参数
• 2.4.1 类全球星系统参数
• 2.4.2 业务模型
• 2.4.3 仿真工具及设置
• 2.5 仿真结果及分析
• 2.6 关于备选路径的考虑
• 2.6.1 星座的覆盖情况
• 2.6.2 提供多条候选链路的新策略性能
• 2.6.3 仿真及性能分析
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于时间的保证切换策略
• 3.1 引言
• 3.2 卫星移动模型和业务模型
• 3.3 算法描述
• 3.3.1 保证切换策略
• 3.3.2 基于时间的保证切换策略
• 3.4 仿真及结果分析
• 3.4.1 仿真参数设置
• 3.4.2 仿真结果及分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 一种基于OPNET 的LEO 卫星系统切换管理仿真平台
• 4.1 引言
• 4.2 OPNET 仿真软件
• 4.2.1 OPNET 仿真关键技术
• 4.2.2 OPNET 仿真流程
• 4.3 LEO 卫星网络节点模型的实现
• 4.3.1 卫星节点模型
• 4.3.2 信关站节点模型
• 4.3.3 终端节点模型
• 4.3.4 其它节点模型
• 4.4 切换管理在仿真平台中的实现
• 4.4.1 切换场景
• 4.4.2 切换管理流程
• 4.4.3 切换策略的实现
• 4.5 仿真参数设计
• 4.6 仿真结果及分析
• 4.6.1 切换延时分析
• 4.6.2 切换呼叫失败率分析
• 4.7 本章小结
• 第五章 结论
• 5.1 全文总结
• 5.2 下一步需要研究的问题
• 5.2.1 具有星上交换和处理能力的OPNET 仿真平台
• 5.2.2 半实物仿真的研究
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历
• 攻硕期间取得的研究成果