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物联网的出现深刻影响人们的生活和工作方式,然而地面物联网无法实现全球覆盖,卫星通信凭借广覆盖优势可实现全球无缝覆盖,从而极大拓展地面物联网的业务范围。相比于地面物联网,低轨卫星具有覆盖范围广,链路容量大,顽存性强等优势,相比于传统的高轨道卫星,低轨卫星又有低损耗、低时延、广覆盖、大数量级等优势,是实现物联网全球覆盖的最佳方式。当前,在基于卫星通信的物联网方面,主要从通信链路和传输通道设计,缺乏整体的架构设计,因而有必要从整体上分析论证低轨卫星物联网的体系架构。本文在研究卫星移动通信系统和地面物联网的基础上,提出一种低轨卫星物联网的初步体系架构,重点分析它的星座设计、网络架构、传输体制以及干扰分析,同时针对低轨卫星物联网的业务特点,结合系统仿真工具(System Tool Kit,STK)和MATLAB软件改进一种业务仿真方法,具体作了以下几方面工作:(1)分析卫星移动通信系统中Iridium系统和Orbcomm系统以及地面物联网中窄带物联网(Narrow Band–Internet of Things,NB-IoT)和远距离无线电(Long Range Radio,LoRa)的网络架构,通过调研和对比分析,提出了空间段和地面段合理的研究方向:空间段的设计可参考Iridium系统,而Orbcomm专注于双向短数据传输方式更适合低轨卫星物联网的应用场景。同时,物联网接入段可采用LoRa体制,NB-IoT的高层协议则更适合本系统。(2)提出一种转发与控制相分离的新型星地融合架构,详细分析该架构的核心网设计以及网关功能;设计一种可行的星座方案,并用STK仿真其全球覆盖特性;改进业务传输流程使之适应低轨卫星物联网的应用场景;提出一种代理缓存方案改进NB-IoT和LoRa的不适应性,能够减轻空间段压力。(3)在总结低轨卫星物联网业务量特点的基础上,改进一种分析卫星业务量的方法,仿真结果表明低轨卫星物联网的业务分布在时间和空间上都有很大的突发性和变化性,这种不均性不利于系统性能的提升,有必要根据业务的分布特点和规律研究随业务量变化的资源管理策略。