跨层交互控制和基于效用的星地链路带宽分配研究

发布时间：2017-10-12 02:32

  本文关键词：跨层交互控制和基于效用的星地链路带宽分配研究

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【摘要】：随着卫星通信的应用日益广泛,接入卫星的用户数和业务种类不断增多,这些都对卫星通信系统提出了新的挑战。高效利用稀缺的带宽资源为日益增多的用户提供满意的服务质量,已成为卫星通信中必须解决的问题。然而,由于馈电链路的时变性、带宽资源的稀缺性以及用户业务需求之间的差异性等因素,导致卫星通信的带宽分配日益艰难。针对这些问题,本文从跨层交互控制和基于效用函数的带宽分配两方面进行研究。为改善无线网络分层协议的不足,通过引入协调层以增加协议栈灵活性和利用分层结构优点。针对四种跨层交互消息,举例说明其在带宽分配场景中的应用,设计对应的消息格式,并给出跨层控制消息的工作流程。所设计的跨层控制机制的优势是:1)用户通过跨层信息的交互可知信道状态,并据此发出带宽申请,以避免在信道状况很差时的资源申请;2)当发生激光/微波链路切换事件而导致馈电链路带宽大幅变化时,用户可通过节点间跨层事件消息的交互得到通知。本文研究基于效用函数的星地链路带宽分配,使用效用函数对用户业务特性进行定量描述,将系统效用值设置为所有业务效用值之和,建立以系统效用最大化为目标的带宽分配模型。针对不同的效用函数形式,采用不同的方法对模型进行求解。当采用较简单的线性效用函数时,直接对模型进行求解,所得带宽分配方案等价于优先级方案;当采用更适于描述业务特性的类S型效用函数时,使用迭代法可给出最优的带宽分配方案,通过选择合适的步长,对带宽变化不敏感的用户业务依次进行带宽调整。这种方法复杂度较高,难以用于计算能力受限的卫星通信系统,因此我们给出了近似求解的方法,通过对效用函数求导,根据其导函数的特性选择合适的边界值,将特定类型业务的带宽首先调整到此边界值,得出一种更简单的带宽分配方案。此外,在星地链路发生激光/微波切换时,链路容量一般会大幅改变,需要为用户重新分配带宽资源。我们将所得的带宽分配方案应用于链路切换场景下的带宽重分配,以充分利用带宽资源并提供更好的服务质量。最后,实现所提带宽分配方案的仿真程序,以完成其性能评估。结果表明,简化后的带宽分配方案在复杂度明显降低的同时,可使效用值达到近似最大化。本文给出的模型及其求解方法,对其它基于效用的资源分配问题有一定的参考性,以简化资源分配方案。
【关键词】：卫星通信 跨层交互控制 带宽分配 效用函数 链路切换
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TN927.2
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 符号对照表11-12
• 缩略语对照表12-15
• 第一章 绪论15-23
• 1.1 研究背景和意义15-16
• 1.2 国内外研究现状16-20
• 1.2.1 跨层交互16-17
• 1.2.2 卫星通信网络的资源分配17-20
• 1.3 内容及章节安排20-23
• 第二章 跨层交互和卫星通信网络资源分配的基本原理23-35
• 2.1 跨层设计概述23-29
• 2.1.1 网络分层与跨层23-24
• 2.1.2 跨层设计分类24-26
• 2.1.3 跨层信息传递方式26-29
• 2.2 卫星通信网络的资源分配29-33
• 2.2.1 资源分配概述29
• 2.2.2 带宽分配方案29-33
• 2.3 跨层交互控制和星地带宽分配的研究状况33-35
• 第三章 卫星网络的跨层交互控制设计35-43
• 3.1 跨层交互控制的功能35-36
• 3.2 跨层交互控制的消息格式设计36-40
• 3.3 跨层交互与星地链路带宽分配流程40-41
• 3.4 小结41-43
• 第四章 基于效用函数的星地链路带宽分配43-59
• 4.1 基于效用函数的星地链路带宽分配模型43-44
• 4.2 模型求解44-55
• 4.2.1 线性效用函数44-47
• 4.2.2 类S型效用函数47-52
• 4.2.3 求解方法总结与推广52-55
• 4.3 星地链路切换时的带宽分配55-57
• 4.3.1 线性效用函数55-56
• 4.3.2 类S型效用函数56-57
• 4.4 小结57-59
• 第五章 仿真及其结果分析59-67
• 5.1 仿真目标59
• 5.2 仿真程序设计与实现59-60
• 5.3 仿真结果及分析60-66
• 5.4 小结66-67
• 第六章 结束语67-69
• 参考文献69-74
• 致谢74-76
• 作者简介76-77

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 伍春;江虹;尤晓建;;基于博弈论的认知无线电网络跨层资源分配[J];物理学报;2014年08期

2 孙鸣;刘序明;杨艳平;;多波束卫星移动通信系统资源管理研究[J];科学技术与工程;2013年02期

3 冯琦;李广侠;冯少栋;王平;王凡;;基于星上多波束天线的卫星功率带宽联合优化新算法[J];电讯技术;2012年12期

4 于佳;宗鹏;;新型的基于预测的卫星资源分配方法[J];南京航空航天大学学报;2012年03期

5 朱李礼;吴礼发;端义锋;;基于人工免疫的星座卫星通信系统资源调配算法[J];南京邮电大学学报(自然科学版);2012年02期

6 杨俊蓉;樊自甫;;基于时延和速率效用函数的LTE无线资源调度算法研究[J];数字通信;2011年02期

7 秦勇;张军;张涛;;基于带宽按需分配的宽带卫星无线资源管理技术研究综述[J];计算机科学;2010年02期

8 董启甲;张军;张涛;秦勇;;高效MF-TDMA系统时隙分配策略[J];航空学报;2009年09期

9 惠毅;周志杰;张文强;黄炳刚;赵陆文;;合作博弈框架的资源分配[J];应用科学学报;2008年05期

10 李陆;郭庆;管明祥;;宽带卫星网络中基于跨层设计的带宽分配研究[J];计算机工程与应用;2007年31期

中国博士学位论文全文数据库 前6条

1 王飞;基于网络效用最大化的无线网络资源分配研究[D];重庆大学;2012年

2 李可维;基于网络效用最大化的无线Mesh网跨层优化算法研究[D];华中科技大学;2010年

3 那振宇;卫星互联网服务质量保障方法研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

4 李陆;卫星通信网络跨层资源管理方法研究[D];哈尔滨工业大学;2009年

5 程鹏;基于凸优化理论的无线网络跨层资源分配研究[D];浙江大学;2008年

6 许航天;基于网络定价策略的通信网资源分配研究[D];北京邮电大学;2007年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 崔宇轩;一种基于定价的卫星网络选路及带宽资源分配算法[D];西安电子科技大学;2015年

2 孙艳峰;宽带卫星通信系统资源管理策略研究[D];北京邮电大学;2013年

3 张道柱;卫星通信网络中带宽资源管理技术研究[D];沈阳理工大学;2010年

4 杨鹏;基于效用函数的网络带宽分配模型的研究[D];华中师范大学;2007年

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本文编号：1016155