星地融合网络中的切换机制研究与仿真

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星地融合网络是一种结合卫星网络的广域覆盖与地面网络的高速链路等优势的网络应用场景。由于卫星网络使用视距传输,城区中高楼林立会导致卫星通信的质量降低,近年来地面辅助组件(Ancillary Terrestrial Component,ATC)已经被广泛运用于星地融合网络中,它可以有效改善卫星网络中由于阴影物遮挡导致的通信质量降低,更大程度地利用卫星网络的频谱资源。采用ATC的星地融合网络可以有效地结合地面网络与卫星网络的优点,互为补充。在星地融合网络中,为了保证通话的连续性以及网络自动适配,用户终端必须具备在各种网络中随意切换的能力。因此研究星地融合网络中存在的切换问题是非常必要的。本文针对低轨卫星网络与地面辅助组件(LEO-ATC)异构融合网络中存在的切换问题,基于传统的多因素决策切换算法和LEO-ATC异构融合网络的特征,考虑用户服务指标达成度,提出了一种切换决策算法,本文主要内容如下:第一,本文介绍了 LEO-ATC异构融合网络架构并构建了网络仿真模型,从LEO-ATC异构融合网络的特征出发对传统的切换流程和多因素决策算法提出了优化的方向;第二,本文基于OPNET软件,设计并实现了一个星地融合网络仿真平台。该平台由ATC网络与卫星网络组成,其中实现了不同类型的节点,比如用户、卫星、基站和核心网等,能够完成网络路由、ATC网络与卫星网络切换和卫星波束间切换等功能;第三,传统的多因素决策切换算法在候选网络决策属性值类似时对用户群的切换结果差不多一样,从而导致局部流量激增,影响系统性能。针对这一问题,本文从全局资源优化(尽可能地满足每个用户的QoS需求、尽可能减少网络拥塞程度、尽可能地利用频谱资源)的角度出发,通过对用户的服务指标达成度(用户服务指标达成度主要表现为用户终端在不同环境下通话质量、多业务请求等需求保证情况)进行建模,提出了一种通过结合用户请求与网络服务情况得到各网络的用户服务指标达成度进而得到切换目标网络的切换决策算法。在LEO-ATC异构融合网络中,该算法可以很好地平衡全局流量,避免局部拥塞。之后从切换掉线率、网络负载、包到达阻塞率和网络切换频率四个方面比较了所提算法与传统的简单加权法、序数偏好法和层次分析法的性能。仿真结果证明本文提出的算法在LEO-ATC异构融合网络的切换性能上有了较大提升,能很好地缓解局部流量激增从而提升系统性能。
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