低轨星座的移动性管理技术

发布时间：2020-10-31 02:50

　　 低轨卫星网络能够实现全球覆盖,提供面向全球个人通信服务,是地面蜂窝移动通信系统的补充和延伸。在星座系统建设方面,传统低轨星座快速更新换代,新兴低轨星座稳步推进部署,共同促进了低轨卫星网络构建的发展。移动性管理技术是实现卫星组网通信的关键性技术之一。由于卫星网络的高动态性、拓扑变化等特点,构建一个适用于低轨卫星网络的高效移动性管理机制面临着诸多挑战。本文针对卫星网络特点以及应用现有地面移动性管理机制所突显的问题进行研究,具体工作如下:本文针对低轨卫星网络高动态特性导致用户频繁发生被动切换现象致使移动性管理负荷重和切换时延大的问题,提出了一种基于虚拟代理簇的低轨卫星网络移动性管理机制。本文是在MIPv6协议的基础上构建了一个虚拟化移动性管理机制,即虚拟移动IPv6协议,虚拟化侧重于逻辑概念的设定。在该机制中,针对资源严格受限,地面站部署困难的问题,设计了虚拟代理簇协同共管虚拟代理域内用户的网络架构。利用星上处理与交换能力,采用分布式移动性管理机制的架构思想,支持虚拟代理簇内的信息共享,降低对单颗卫星的性能要求,也能提高系统的伸缩性。此外,在低轨卫星星座系统中,网络拓扑结构动态变化,高速移动的卫星使得用户经常发生被动移动现象。频繁地切换导致移动性管理协议的信令开销显著增加。同时,网络中长时延链路特性也会导致切换时延的增大。针对移动性管理负荷重和切换时延大的问题,设置了归属移动代理锚点和本地移动代理锚点,用户只有在归属移动代理锚点丢失时才触发到家乡代理的绑定更新,而用户在域内的切换只需更新其域内关系即可。该机制优化了移动性管理协议的流程,能够适应低轨卫星网络的高动态特性,降低对地面站数量的要求,提升移动性管理的性能。在设定场景下,该机制的移动性管理开销仅为移动IPv6协议的64%。最后,本文设计并实现了低轨卫星网络移动性管理仿真平台,该平台由拓扑管理、移动性管理协议实现以及性能评估和展示三个子系统组成。仿真平台结合本文所提出的新型移动性管理机制,实现了基于虚拟代理簇的低轨卫星网络移动性管理协议。在测试仿真环境下,平台实现了功能性测试、协议工作流程测试以及协议运行数据的统计,验证了协议的可用性与高效性。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN927.2
【部分图文】：

图2.9 会话到达率和移动速率比值对信令开销的影响[31]图2.10 无线链路延迟对切换时延的影响[31]因此，移动性管理协议仍需要持续研究，并在不断的应用和发展中解决弊端。而应用环境更是一个高效协议考虑的重点因素之一。作为 LEO 卫星网络的一项关键技术，移动性管理协议的优化方向需要结合卫星网络特点，提出新的改进措施，最终提高 LEO 卫星网络移动性管理的性能。2.3 卫星网络特点及面临的挑战LEO 卫星网络是一个相对独立的网络，如图 2.11 所示，卫星节点通过星间链路

SMR与信令开销的关系曲线图

尤其是在 0~1 范围内，VMIPv6 的性能有很明显得提升。图3.11 SMR 与信令开销的关系曲线图图3.12 无线链路时延对切换时延造成的影响在图 3.12 中，可以看出切换时延随着无线链路时延呈线性增长趋势。此外，观察到 VMIPv6 本地更新切换时延远比其他两个切换时延小。而对于 VMIPv6 的全局更新，因为它包含了虚拟代理簇内的信息交互，导致其切换时延比标准 MIPv6 协议的略有增加。考虑到在 LEO 卫星网络中，MN 主要发生的是本地绑定更新，因此，整
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本文编号：2863348