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衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的論文
摘要：在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中，位置管理性能的優(yōu)劣直接影響系統(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。位置管理中的位置更新和位置尋呼是其中的關(guān)鍵，低頻率的位置區(qū)更新以及一次尋呼成功能降低信令開銷，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)資源，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)配置。而基于動態(tài)位置區(qū)的更新策略，可動態(tài)調(diào)整位置區(qū)的更新時刻，減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。
關(guān)鍵詞：位置管理；位置更新；通信論文
1引言
衛(wèi)星通信與傳統(tǒng)的地面蜂窩移動通信相比，其突出的優(yōu)點是不可取代的。首先，衛(wèi)星通信系統(tǒng)通過空中衛(wèi)星作為其中繼站，對移動終端的上行信號進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，使得通信的覆蓋區(qū)域大，通信距離遠(yuǎn)。其次，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，只要是在衛(wèi)星的波束覆蓋區(qū)域內(nèi)，所有的地球站以及移動終端都能利用這顆衛(wèi)星進(jìn)行機動靈活的相互間的具有多址聯(lián)接性通信，并且衛(wèi)星采用的是微波頻段，其通信頻帶寬，通信容量大。最后，衛(wèi)星通信系統(tǒng)都有一個共同的特點，即通信的成本與距離無關(guān)，通信線路穩(wěn)定，質(zhì)量好[4]。在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，由于中、低軌衛(wèi)星系統(tǒng)路徑損耗小，傳播時延低，對用戶終端的有效全向輻射功率和接收機品質(zhì)因素的值要求低，可支持手持機直接通過衛(wèi)星進(jìn)行通信，因此低軌通信衛(wèi)星系統(tǒng)是現(xiàn)在研究的熱點。移動性管理技術(shù)作為衛(wèi)星移動通信的一項關(guān)鍵技術(shù)，關(guān)系到整個網(wǎng)絡(luò)的性能[2]。隨著衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展，通信系統(tǒng)小區(qū)容量不斷的增加，用戶接入的增加使得網(wǎng)絡(luò)在處理終端移動性的信令開銷和數(shù)據(jù)庫的負(fù)荷也隨著增加，良好的移動性管理策略可以大大的降低系統(tǒng)運行的負(fù)荷，顯著提高系統(tǒng)的性能。移動性管理（mobility management）是移動通信領(lǐng)域的一個具有挑戰(zhàn)性的問題。
2位置管理
移動性管理主要包括：位置管理和切換管理。在移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，移動終端可以不受固定的點到點的限制而自由的移動，并且移動終端可以在任何時刻、任何地方、隨時隨地的接入到通信系統(tǒng)中，亦能和網(wǎng)絡(luò)時刻的建立鏈接，進(jìn)行相關(guān)的業(yè)務(wù)功能。移動通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的優(yōu)越性為移動性終端提供了動態(tài)服務(wù)，系統(tǒng)如何識別移動終端的位置信息，并且為其保證正常的通信，成為移動通信的重要特征，這主要是通過位置管理來實現(xiàn)的。位置管理主要負(fù)責(zé)跟蹤、存儲、查找和更新移動終端的位置信息，位置區(qū)管理主要包括位置區(qū)更新和位置尋呼，位置區(qū)更新的目的是為了使得網(wǎng)絡(luò)能實時的獲取終端所在的位置，以便網(wǎng)絡(luò)要對終端進(jìn)行尋呼時，可以通過網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫獲得終端最近一次更新的位置區(qū)識別碼對終端進(jìn)行精確快速的呼叫[5~7]。位置管理是滿足移動終端可以在移動通信系統(tǒng)覆蓋的范圍內(nèi)自由移動，不受任何地域限制的前提。位置管理能夠使網(wǎng)絡(luò)跟蹤移動終端的位置，是網(wǎng)絡(luò)為傳遞呼叫而定位移動終端確定移動終端當(dāng)前接入點的過程。而這就需要移動終端按照一定的準(zhǔn)則向網(wǎng)絡(luò)報告其位置信息。這一過程就屬于移動終端的位置區(qū)更新過程。
3靜態(tài)位置管理
靜態(tài)位置管理策略是與地面通信系統(tǒng)一樣，將衛(wèi)星點波束固定的劃分為若干的位置區(qū)，或者將地球站的覆蓋區(qū)域固定的劃分為若干的位置區(qū)，或者是兩者的結(jié)合。都采用的是兩層位置數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，即HLR和VLR。HLR存儲了所有網(wǎng)絡(luò)內(nèi)注冊用戶的各種信息，包括位置信息。VLR存儲所管轄區(qū)域中移動終端的來話、去話呼叫所需檢索的信息以及用戶簽約業(yè)務(wù)和附加業(yè)務(wù)的信息�；陟o態(tài)固定的位置區(qū)劃分，其位置區(qū)更新流程如下：（1）終端開機注冊，首先向管轄當(dāng)前LA的VLR0，發(fā)起位置區(qū)更新請求。（2）VLR0登記終端的位置信息，并發(fā)給HLR。（3）HLR登記終端的當(dāng)前位置信息。（4）終端跨位置區(qū)移動，位置區(qū)ID發(fā)生改變，終端發(fā)起位置區(qū)更新請求。（5）VLR1登記終端的位置信息，并發(fā)給HLR。（6）HLR記錄終端位置信息，并指示VLR0刪除終端的位置信息。（7）VLR0刪除終端的位置信息，表明終端已不在其管轄的位置區(qū)之內(nèi)。由于低軌衛(wèi)星繞著地球的高速運轉(zhuǎn)，繞地球一周的時間平均約為114分鐘，故使得終端的波束覆蓋時間很短，以衛(wèi)星波束劃分位置區(qū)的方法會造成頻繁的位置區(qū)更新，這樣會使得信令開銷大大增加，而以固定的地球站劃分的位置區(qū)則容易因終端于兩個LA之間頻繁移動，造成乒乓效應(yīng)，為了解決上述問題提出了動態(tài)位置管理。
4動態(tài)位置管理
4.1基于運動的動態(tài)位置管理基于運動的動態(tài)位置區(qū)管理為根據(jù)單個移動終端的運動狀態(tài)來動態(tài)的為終端劃定一個位置區(qū)更新范圍，通常將稱運動門限值為M，當(dāng)終端移動跨越的小區(qū)超過門限值M將執(zhí)行一次位置更新�；谠摶A(chǔ)上提出了基于可變位置區(qū)的動態(tài)位置區(qū)管理算法[9]，該算法基于二維六邊形多級位置區(qū)蜂窩網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及液體流動運動模型假設(shè)，先根據(jù)用戶的呼叫和運動模式來優(yōu)化運動門限，再確定更新的位置區(qū)大小，其優(yōu)點在于位置區(qū)大小的變化頻率低，系統(tǒng)不必頻繁的切換位置區(qū)的級別且可以避免“乒乓效應(yīng)”。移動終端進(jìn)行位置區(qū)更新后，系統(tǒng)通過終端的運動確定位置區(qū)的范圍。文獻(xiàn)[16]提出了三重運動門限值，三個門限值分別為q、n、m，q為跨越不同位置區(qū)的個數(shù)，n為跨越不同小區(qū)的個數(shù)，m為跨越小區(qū)的個數(shù)。當(dāng)跨越小區(qū)數(shù)達(dá)到閾值n和m時，執(zhí)行VLR更新；當(dāng)跨越小區(qū)數(shù)達(dá)到閾值n和m時，并且跨越的位置區(qū)數(shù)達(dá)到閾值q，則執(zhí)行VLR和HLR更新。4.2基于時間的動態(tài)位置管理與靜態(tài)位置管理類似，基于時間的動態(tài)位置管理也需要設(shè)置一個定時器，所不同的是靜態(tài)位置區(qū)管理的定時器的閾值是固定不變的，而基于時間的動態(tài)位置管理的定時器閾值在每次觸發(fā)位置區(qū)更新之后，或根據(jù)移動終端的移動速度，或根據(jù)移動終端的運動狀態(tài)，或根據(jù)移動終端的呼叫到達(dá)率等信息，來動態(tài)自適應(yīng)的調(diào)整定時器的閾值。文獻(xiàn)[8]中提到了根據(jù)移動終端的業(yè)務(wù)狀態(tài)和呼叫到達(dá)率來動態(tài)的設(shè)置定時器的閾值一種算法，其假設(shè)用戶的業(yè)務(wù)為呼叫業(yè)務(wù)，且服從泊松分布，用λcur表示用戶當(dāng)前時間段的呼叫到達(dá)率，λpre為上一時間段的呼叫到達(dá)率，由此可得終端的呼叫業(yè)務(wù)變化率為：便可根據(jù)終端的呼叫歷史來統(tǒng)計出終端的平均到達(dá)率λ。為了避免呼叫到達(dá)時過長的無位置更新狀態(tài)，使得尋呼時間變長，應(yīng)該保證位置更新率不小于呼叫到達(dá)率λ，即強制更新時間周期T應(yīng)小于或等于終端的平均呼叫間隔時間。故，按照下式計算定時器的時間T即在某一時刻根據(jù)歷史的呼叫平均到達(dá)率，從服從[1/2λ,1/λ]的均勻分布中取一個隨機數(shù)（rand表示取一個隨機數(shù)），然后取T為大于ρ的整數(shù)作為定時器的更新時間閾值。
5目前存在的問題
�。�1）固定位置區(qū)劃分策略是基于絕對地理位置，根據(jù)事先設(shè)定的位置區(qū)大小來劃分各個位置區(qū)的邊界，當(dāng)用戶越過邊界時便觸發(fā)更新，尋呼時根據(jù)用戶所在的固定位置區(qū)來傳遞尋呼信息。固定位置區(qū)策略方案雖然較為簡單，用戶的更新及尋呼都是根據(jù)事先在地理上已經(jīng)劃定的位置區(qū)來進(jìn)行，但容易對在兩個位置區(qū)之間的來回運動的用戶造成“乒乓效應(yīng)”。且靜態(tài)位置區(qū)管理將用戶的各種運動狀態(tài)，移動速度和呼叫類型與位置區(qū)管理隔離開來，對所有的移動用戶使用同一的位置區(qū)管理策略，在適用性上明顯存在不足，不能根據(jù)用戶的運動狀態(tài)，移動速度和呼叫類型來動態(tài)優(yōu)化位置區(qū)管理開銷。（2）基于運動的動態(tài)位置管理可能會對大部分時間處于低速運動狀態(tài)的用戶，由于某些時段的高速運動而設(shè)置位置區(qū)的更新半徑過大，用戶長時間的無位置區(qū)更新；而大部分時間處于高速運動的用戶，卻因某些時段低速運動而設(shè)置的位置區(qū)更新半徑過小，導(dǎo)致頻繁的位置區(qū)更新。同樣，基于時間的動態(tài)位置管理僅僅根據(jù)用戶的業(yè)務(wù)類型和呼叫到達(dá)率來設(shè)置用戶的位置區(qū)更新半徑，這種方式對不同運動速度的用戶適應(yīng)性不夠強，可能會導(dǎo)致低速用戶在計時器時間段內(nèi)頻繁的進(jìn)行位置區(qū)更新，而高速用戶頻繁越區(qū)后不能及時的進(jìn)行位置區(qū)更新，從而增加尋呼開銷。
6下一步研究方向
�。�1）采用動態(tài)位置區(qū)管理的策略，針對單個用戶的移動速度、運動狀態(tài)、呼叫到達(dá)率等因素，避免靜態(tài)位置區(qū)管理對不同用戶的適應(yīng)性低，靈活性差的缺點，并且避免處于位置區(qū)邊緣的移動用戶在兩個位置區(qū)之間頻繁切換造成的“乒乓效應(yīng)”。在確保尋呼到達(dá)率的前提下，盡可能的減小移動終端由于自身的自由移動性在位置區(qū)之間跨越時，進(jìn)行位置區(qū)綁定更新的信令開銷，節(jié)省網(wǎng)絡(luò)信令資源，減輕系統(tǒng)的負(fù)荷。（2）針對移動用戶的移動速度、運動狀態(tài)、呼叫到達(dá)率等特點，結(jié)合時間與運動的動態(tài)位置管理策略，解決基于運動的動態(tài)位置算法下的大部分時間處于低速運動狀態(tài)的用戶，由于某些時段的高速運動而設(shè)置位置區(qū)的更新半徑過大，用戶長時間的無位置區(qū)更新；而大部分時間處于高速運動的用戶，卻因某些時段低速運動而設(shè)置的位置區(qū)更新半徑過小，導(dǎo)致頻繁的位置區(qū)更新。以及基于時間的動態(tài)位置管理算法下可能會導(dǎo)致低速用戶在計時器時間段內(nèi)頻繁的進(jìn)行位置區(qū)更新，而高速用戶頻繁越區(qū)后不能及時的進(jìn)行位置區(qū)更新，從而增加尋呼開銷的問題。
7總結(jié)
衛(wèi)星通信系統(tǒng)是未來個人通信重要組成部分，而移動性管理技術(shù)又是其中不可或缺的部分。本文重點介紹了衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的動態(tài)位置管理，基于時間、運動的動態(tài)位置管理相較靜態(tài)位置管理，在節(jié)省信令開銷，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)資源方面更具有優(yōu)勢。針對目前動態(tài)位置管理存在的問題，未來可基于各種運動模型，以及個人呼叫業(yè)務(wù)等因素方面，對動態(tài)位置管理策略進(jìn)行優(yōu)化，減小網(wǎng)絡(luò)開銷，提高網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)性能。
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