高延迟空天网络的接入控制策略研究

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近年来,随着全球化的进程不断加快,各国之间的经贸往来越发密切,人们对于移动通信系统的需求也越来越高。遍布全球的海运航线、精度覆盖度要求更高的军事行动以及逐渐频繁的自然灾害都对传统的地面移动通信系统带来了严峻的考验。受限于较小的覆盖范围和难以改善的抗毁性,地面移动通信系统已无法满足当代人们的需求,卫星移动通信系统的发展则很好地弥补了以上缺陷。凭借着它更大的覆盖范围大和更好的抗毁性,卫星通信系统在民用、救灾以及军事上发挥着越来越重要的作用。在GEO卫星移动通信系统中,由于GEO轨道高度较高且相对地面静止,虽然作为通信用卫星有得天独厚的优势,但也因此带来了一系列问题。较高的轨道带来了无法避免的高时延,对于话音业务等这样的时延有时是无法容忍的,必须要尽可能地控制时延带来的影响。除此之外,虽然GEO卫星覆盖范围大,单颗卫星理论上的覆盖范围可以达到地球面积的三分之一,但是由于地球用户分布不均衡,会产生接入请求的热点区域,由此带来GEO卫星不同波束之间的负载不均衡现象。所以,制定一个合理的接入控制策略是有意义的。引入频率复用技术进行波束间的协作,可以使用户的接入请求在局部内进行选择,以达到在保证用户需求的前提下最大化利用卫星星上资源的目的。本文描述了卫星通信系统的构成以及卫星通信系统接入控制策略的相关技术;其次,对传统的卫星接入控制策略进行了描述与分析,并依据接入控制策略的特点选择了衡量其性能的参数;最后依据GEO卫星通信场景建立了相应的系统模型,并设定合理的仿真参数,进行仿真及结果的分析。针对由于GEO卫星通信系统用户分布的非均匀性以及发起呼叫的随机性所带来的负载不均衡以及系统资源利用率低等现象,本文构建了相应的网络模型,提出了基于综合加权的抢占信道接入控制策略。通过将频率复用技术引入到卫星通信系统中,将用户的接入请求在局部范围内以合理的算法选择最佳波束完成,借此改善卫星通信系统的性能。并将基于综合加权的抢占信道接入控制策略与传统的GEO卫星接入控制策略进行仿真对比,依据用户传输时延、系统吞吐量、波束负载方差以及呼叫阻塞率等几个系统性能参数验证了所提接入控制策略的优越性,实现了最大化GEO卫星星上资源利用率的目的。
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