低轨卫星移动通信系统切换技术和空间通信协议研究

摘要

卫星移动通信系统是实现全球个人通信的必然组成部分,其中低轨卫星移动通信是当前卫星通信界的研究热点之一.本文讨论了低轨卫星移动通信系统切换技术中的各种切换策略,把切换过程与信道分配、资源预留等因素的综合考虑,通过合适的切换算法来降低呼叫阻塞率,提高资源利用率,从而获取更好的系统性能.同时,由于Internet业务在全球的迅速发展以及卫星通信所具有的独特技术和应用优势,利用卫星进行TCP/IP数据传输已经成为卫星通信发展的一个新方向.本文对标准空间数据通信协议SCPS进行了一定的研究.它是空间版TCP/IP,能在空间卫星链路有效地实现可靠的空间数据通信.第一章是绪论,主要说明了卫星通信的发展趋势,本文的主要内容和贡献.第二章研究了纯话音业务下低轨卫星移动通信系统切换技术中的各种切换策略,并且提出一种具有公平性的动态信道预留方案.该方案解决了原始呼叫和切换呼叫之间的公平性和优先级问题,此外,其自调节特性使系统能适应负载的动态变化,保证了呼叫阻塞率的平稳性.分析和仿真结果证明,在GOS和信道利用率上,该动态信道预留方案的性能比其他切换方案都要好.无线通信的发展趋势必将是多媒体通信,第三章则着重研究多业务情形下的切换算法.针对话音和数据综合业务的低轨卫星移动通信系统,本章提出了动态信道抢占优先方案.结合排队思想和动态信道预留策略,该方案降低各种呼叫的阻塞率,同时在抢占信道中,话音切换呼叫还可抢占数据切换呼叫的信道,使其具有更高的优先权.根据计算机仿真结果,动态信道抢占优先方案与其他方案相比,使系统的性能得到了明显改善.尽管TCP/IP协议在地面网络中发展得相当完善,但是空间卫星链路的固有特点,如长时延、高误码率、非对称信道等影响了TCP协议的性能.虽然已有许多算法对卫星网络中的TCP/IP进行改进,但其性能的参差不一,促使一个标准空间通信协议SCPS形成.SCPS协议是TCP/IP协议的扩展,特别是在传输层协议SCPS-TP.第四章分析了卫星环境对TCP协议的性能影响,研究SCPS-TP相对TCP的一些扩展和改进措施.限于时间,参考SCPS-TP,采用改进版TCP来进行简单仿真.结果表明,在空间卫星链路环境下,改进版TCP具有更好的吞吐量性能.这也意味着相比TCP,SCPS-TP协议能更好地改善系统性能.第五章对全文进行了总结.

目录

文摘

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简略字表

第一章绪论

1.1卫星通信与卫星移动通信[1]-[7]

1.1.1卫星通信发展概况

1.1.2卫星移动通信

1.1.3卫星通信发展趋势

1.2低轨卫星移动通信系统中的切换技术

1.3空间数据通信

1.3.1空间通信环境主要特点

1.3.2空间数据通信面临的问题

1.4本文的贡献

第二章低轨卫星移动通信系统的切换策略研究

2.1信道分配和切换技术

2.1.1信道分配

2.1.2呼叫切换

2.2用户移动模型

2.2.1用户的移动性[9]

2.2.2主要统计参数分析

2.2.3系统性能参数

2.3各种切换策略的研究

2.3.1无优先权策略

2.3.2切换排队策略

2.3.3信道预留策略

2.3.4各种切换策略的仿真分析

2.4一种公平性的动态信道预留策略

2.4.1动态信道预留思想

2.4.2阻塞率比例的分析

2.4.3两种切换优化方案

2.4.4方案的仿真分析

2.4.5结论

第三章多业务低轨卫星移动通信系统的切换方案

3.1动态信道抢占优先的思想

3.2系统模型

3.3数学分析

3.4仿真结果与分析

3.4.1系统仿真设置

3.4.2系统性能分析

3.5小结

第四章空间通信协议的研究

4.1 SCPS协议概述

4.1.1 SCPS协议栈

4.1.2 SCPS协议各层的主要功能

4.1.3 SCPS协议的应用

4.1.4研究重点

4.2 TCP协议在卫星通信网中的应用

4.2.1卫星通信网对TCP协议的影响

4.2.2 TCP协议的性能

4.3 SCPS-TP协议

4.3.1 SCPS-TP报文格式

4.3.2 SCPS-TP的主要改进措施

4.3.3 SCPS-TP的业务能力

4.3.4 SCPS-TP与TCP的性能比较

4.4标准TCP与改进版TCP的性能分析

4.4.1仿真背景

4.4.2仿真结果

4.4.3结论

4.5小结

第五章全文总结

致谢

参考文献

个人简历