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低轨卫星通信系统核心网性能研究与仿真

作　者: 李彬
导　师: 朱立东
学　校: 电子科技大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 低轨卫星通信系统核心网位置管理 OPNET
分类号: TN927.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

第三代(3G)地面移动通信系统已经开始在全世界商用,卫星移动通信系统作为第三代移动通信和未来移动通信系统的重要组成部分,也将得到进一步发展,而低轨(Low Earth Orbit,LEO)卫星通信系统由于具有全球性覆盖、低传输时延、低功率消耗和强抗毁性等优点,已经成为卫星通信领域研究的热点之一。LEO卫星通信系统主要由用户终端段、空间卫星中继段和地面核心网控制段三部分构成,其中用户终端段主要由各种固定和移动用户终端组成;空间卫星中继段主要由LEO卫星星座组成;基于空间卫星中继段卫星的复杂性和经济成本的考虑,一般把LEO卫星通信系统的系统控制、移动性管理等任务放到地面核心网控制段由核心网来完成,因此由信关站、中心数据库、控制中心、交换节点和链路等组成的地面核心网成为研究的重点之一。本文主要从LEO卫星通信系统地面核心网的角度出发,基于OPNET网络仿真软件对系统进行了建模与仿真,并对系统地面核心网的容灾性方案和位置管理策略进行了研究。全文共分为五章,其中第一章是绪论,主要对论文涉及领域进行了文献综述,第二章、第三章和第四章是本文的主要章节,主要是对作者在硕士研究生阶段所做研究工作的总结,第五章是对全文的总结。第一章是绪论,首先介绍了移动通信的发展历程,并简要概括了卫星通信系统的系统结构,以及典型的LEO卫星通信系统:铱系统和全球星系统。在此基础上对LEO卫星通信系统现有的位置更新和寻呼策略进行了分析,同时介绍了网络仿真软件OPNET和数据库的容灾备份与恢复方式,最后列出了本文的创新点和结构安排。第二章从LEO卫星通信系统容灾性和位置管理策略的综合性能考虑,提出了一种基于多个归属位置寄存器(Home Location Register,HLR)情况下的位置管理策略,使系统在降低位置管理开销,提高系统移动性管理性能的同时,还增强了整个系统的抗毁容灾能力。第三章主要从LEO卫星通信系统地面核心网的网络拓扑结构、信关站、中心数据库等角度讨论了系统核心网的容灾性能,提出了建立网状拓扑结构,迅速探测到故障信关站并更新系统信息,以及建立混合型数据库备份容灾的系统核心网容灾方案。第四章利用OPNET网络仿真软件搭建了一个较完整的LEO卫星通信系统仿真平台。其中主要对系统地面核心网控制段的信关站、中心数据库、交换等节点的进程及模块进行了详细介绍和设计,通过分析位置更新流程和呼叫建立流程,利用该平台对呼叫建立过程进行了仿真,并对呼叫建立时延进行了统计。第五章对全文进行了总结,并指出下一步的研究方向。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-16
第一章绪论  16-34
  1.1 移动通信的发展与核心网概述  16-19
    1.1.1 移动通信的发展  16-17
    1.1.2 移动通信系统核心网概述  17-19
  1.2 卫星移动通信系统  19-22
    1.2.1 卫星移动通信系统概述  19-20
    1.2.2 低轨卫星通信系统  20-22
  1.3 低轨卫星通信系统的位置管理  22-26
    1.3.1 位置区划分和位置更新  23-24
    1.3.2 数据库结构  24-25
    1.3.3 寻呼  25-26
  1.4 数据库容灾  26-28
    1.4.1 数据库容灾的重要性  26-27
    1.4.2 数据库备份  27
    1.4.3 数据库恢复  27-28
  1.5 OPNET 网络仿真软件  28-32
    1.5.1 OPNET 仿真软件的特点  28-29
    1.5.2 OPNET 的通信仿真机制  29-31
    1.5.3 OPNET 在卫星通信系统仿真中的应用  31-32
  1.6 本文贡献和创新点  32
  1.7 本文研究意义及课题来源  32-33
  1.8 本文结构  33-34
第二章 LEO 卫星网络多HLR 位置管理策略研究  34-44
  2.1 引言  34
  2.2 传统位置管理策略  34-36
    2.2.1 位置更新  35-36
    2.2.2 寻呼  36
  2.3 改进位置管理策略  36-39
    2.3.1 备份HLR  36-37
    2.3.2 位置管理策略  37-39
  2.4 理论分析与仿真  39-43
  2.5 小结  43-44
第三章 LEO 卫星通信系统核心网容灾性研究  44-54
  3.1 引言  44
  3.2 网络拓扑容灾  44-45
  3.3 信关站容灾  45-48
    3.3.1 信关站故障对系统的影响  45-47
    3.3.2 故障信关站的检测  47-48
  3.4 中心数据库容灾  48-53
    3.4.1 “1+1+1”HLR 容灾  48-49
    3.4.2 HLR 本地热备份容灾  49-50
    3.4.3 HLR 异地冷备份容灾  50-51
    3.4.4 “1+1”和“N+1”异地容灾  51-53
  3.5 小结  53-54
第四章基于OPNET 的LEO 卫星通信系统仿真  54-73
  4.1 引言  54
  4.2 系统构造  54-55
  4.3 系统建模  55-63
    4.3.1 终端节点  55
    4.3.2 卫星节点  55-56
    4.3.3 核心网  56-62
    4.3.4 通信机制  62-63
  4.4 位置管理  63-68
    4.4.1 位置信息  63-64
    4.4.2 位置更新  64-66
    4.4.3 呼叫  66-68
  4.5 仿真与分析  68-72
  4.6 小结  72-73
第五章总结  73-76
  5.1 全文总结  73-74
  5.2 下一步研究方向  74-76
    5.2.1 完善系统仿真平台  74
    5.2.2 优化位置管理策略  74-76
参考文献  76-78
致谢  78-79
个人简历  79-80
在学期间的研究成果  80-81

低轨卫星通信系统核心网性能研究与仿真

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