一种适用于低轨道通信卫星的基于动态接入概率的MAC层协议

摘要

低轨道移动卫星通信系统是由一系列运行于700-1500公里左右高空中的人造卫星以及众多地面设施组成的复杂通信网络，其构想在80年代后期被提出。它利用数十颗低轨道卫星组成的星座，在全球范围内提供实时的语音业务以及准实时的数据业务。 MAC层多址接入技术是允许多个终端能同时共享一定数量的频谱，频谱共享的要求是在合理分配有限带宽的同时，系统能达到高容量。因此，多址接入协议被广泛的应用于无线通信系统中。在本文中，主要讨论了基于动态接入概率的多址协议在无线分组网络中的应用。动态接入概率协议简单的说就是动态接入概率和时隙ALOHA的结合，它首先利用信道忙闲信息来统计共享信道的负载繁忙情况，再通过一个接入概率计算算法来计算最佳的接入概率。中心节点通过广播信道把这个接入概率传递给每个终端接入用户。每个接入用户采用这个接入概率，以时隙ALOHA的方式接入信道。 本文的主要工作在于： 1.针对低轨道移动通信系统的多用户，高负载，流量不均匀的环境，将基于动态接入概率的MAC层接入协议引入低轨道卫星系统。提出一种分析接入共享信道负载估计误差对动态接入协议性能影响的方法。 2.针对卫星信道较弱的碰撞检测能力，提出一种基于迭代法的负载估计算法，此算法经过性能仿真，能快速的动态适应系统流量的变化，在高负载和低负载，特别是流量变化剧烈的情况下有良好的性能。 本文第一章概述了卫星通信和卫星移动通信，常见的MAC层协议以及分类。对低轨卫星CDMA传输系统作了简单的介绍。在第二章里，介绍了低轨卫星CDMA传输系统MAC层实现的原理。介绍了ALOHA多址接入技术，讨论了自动重传控制、冲突解决，基于单星的准实时通信以及MAC层帧格式的问题。第三章分别介绍了基于动态接入概率的MAC层接入协议的实现原理和主要性能分析。第四章和第五章分别就信道负载估计误差对动态接入概率协议性能的影响和信道负载估计算法的角度阐述。第六章则针对提出的接入方案进行了计算机仿真，比较了时隙ALOHA，固定接入概率和动态接入概率三种协议的性能差异

目录

第一章绪论

1.1卫星通信和卫星移动通信

1.1.1国际卫星通信系统

1.1.2低轨道卫星通信系统的发展背景

1.1.3卫星多址连接方式

1.1.4链路性能

1.2卫星通信中的媒体接入控制协议

1.3 MAC层协议分类

1.4低轨卫星CDMA传输系统简介

1.4.1研究内容和目标简介

1.4.2前向反向信道配置

1.4.3本文的工作

1.5本章小结

第二章CDMA卫星移动通信系统MAC层方案概述

2.1 ALOHA协议

2.1.1 ALOHA网络的历史回顾

2.1.2 ALOHA多址协议

2.1.3 ALHOA信道效率

2.2自动重传控制技术(ARQ)

2.3冲突解决

2.4准实时通信与存储转发

2.5 MAC层帧格式

2.6用户接入机制

2.7本章小结

第三章基于动态接入概率的MAC层协议

3.1媒体接入控制协议的演变和发展

3.2基于动态接入概率(DAP)的MAC层接入协议

3.2.1概述

3.2.2负载估计

3.2.3信道吞吐率

3.2.4信道接入概率的计算

3.2.5信道的稳定机制

3.3动态接入概率协议的性能分析

3.3.1信道吞吐率

3.3.2成功传输的期望时间

3.4本章小结

第四章负载估计误差对动态接入概率协议的性能影响

4.1接入机制的数学模型

4.2性能分析

4.2.1吞吐率分析

4.2.2稳定性分析

4.2.3时延分析

4.3本章小结

第五章基于迭代法的信道负载估计算法

5.1迭代法解非线性方程

5.2负载估计算法

5.3本章总结

第六章系统仿真结论

结束语

参考文献

硕士研究生期间发表的论文

致谢