基于NS3的天基物联网协议设计与实现

发布时间：2020-04-07 03:34

【摘要】：物联网的发展,给人类的生活带来了巨大的便利,基于卫星星座的物联网是通信发展的一个新方向,为地面物联网系统提供了补充的解决方案,可以在海洋及偏远地区提供物联网服务,具有覆盖范围广、建设成本较低、抗毁性强等优点。在天基物联网场景下,终端的数量巨大,数据具有占空比低特性,如果采用固定信道分配策略,将会带来不必要的信令交互,大大降低信道利用率,同时增大了时延。针对天基物联网的特点,必须设计合适的通信协议,包括应用层、网络层、数据链路层、物理层等。本文针对天基物联网的特点,分析已有的地面广域网和卫星通信技术,提出一种适用于低轨卫星星座的物联网接入层协议栈设计。首先,在协议设计中采用了增强型扩频ALOHA技术,终端异步接入,不需要分配固定信道,同时提高了抗干扰能力,降低了终端低功耗的要求。在协议设计中给出了空口协议栈的信道映射方案,设计了终端随机接入策略,在保证安全性的前提下,降低了信令交互次数。为减少时延,降低对地面网络的依赖,提出了鉴权信息星上存储及星上鉴权的方案。另一方面,为避免终端多次鉴权,考虑到卫星的移动性,设计了UE上下文存储在信关站,多次上报仅需一次鉴权的方案。最后,基于开源的NS3离散事件仿真平台,对协议的软件实现进行设计和开发,完成了包括物理抽象层、数据链路层、RRC层等部分,实现基本的数据发送和接收功能,以及调度、寻呼、负载控制等基础功能开发。该仿真程序可用于协议设计方案的验证,可基于此对相关协议算法进行分析改进。
【图文】：

ＥＴＳＩ标准化的Ｓ波段卫星移动广播系统（Ｓ－ＭＩＭ）重用了邋３ＧＰＰ邋ＷＣＤＭＡ和逡逑Ｓ－ＵＭＴＳ的组件，依赖标准化移动广播电台接口，如ＤＶＢ－ＳＨ，使用交互式服务逡逑辅助移动广播系统，也提供一般的Ｍ２Ｍ服务。其网络架构如图１－１所示，在Ｓ逡逑波段内，移动卫星服务（ＭＳＳ）频带的上行链路和下行链路可以进行双向传输，，逡逑同时该频带也可用于地面互补分量（ＣＧＣ）。逡逑Ｖａｎｄ卫星逡逑／ｉ逦卫星前向和逡逑＾链路逡逑Ｋ；广逦｜逡逑夕邋＼逦Ｓ－Ｂａｎｄ户外逡逑（Ｍ）逡逑服务平台环境逦ｍ逦５５逡逑地面中心逦地面补充部分逦室内｜邋■逡逑图１－１邋Ｓ－ＭＩＭ网络架构逡逑在返回链路上，Ｓ－ＭＩＭ无线接口根据所需提供的服务有两个，一个是用于逡逑卫星和ＣＧＣ的使用增强扩频Ａｌｏｈａ邋（Ｅ－ＳＳＡ）的异步随机接入，另一个是仅用于逡逑２逡逑

层、ＲＲＣ层、应用层等部分，能够实现广播、资源调度、信道复用、负载控制、逡逑随机接入、重传等功能，要实现这些功能模块，就必须了解ＮＳ３的实现原理，及逡逑软件组织结构，ＮＳ３平台的组成如图２－１所示，图中每个模块只依赖它下面的模逡逑块，最底层是模拟器的核心部分，包括属性系统、智能指针、Ｔｒａｃｉｎｇ系统、曰志逡逑系统、事件调度器等。网络层的数据包是网络模块中实现的基本对象。核心和网逡逑络模块的目的是为不同的网络提供通用的服务。网络层上的模块主要为不同的网逡逑５逡逑
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN929.5;TP391.44

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本文编号：2617395