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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)的服務質量。位置管理中的位置更新和位置尋呼是其中的關鍵，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)絡資源，優(yōu)化網(wǎng)絡配置。而基于動態(tài)位置區(qū)的更新策略，可動態(tài)調整位置區(qū)的更新時刻，減輕網(wǎng)絡負荷。
關鍵詞：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行轉發(fā)，使得通信的覆蓋區(qū)域大，通信距離遠。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，所有的地球站以及移動終端都能利用這顆衛(wèi)星進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，通信線路穩(wěn)定，質量好[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因素的值要求低，可支持手持機直接通過衛(wèi)星進行通信，因此低軌通信衛(wèi)星系統(tǒng)是現(xiàn)在研究的熱點。移動性管理技術作為衛(wèi)星移動通信的一項關鍵技術，關系到整個網(wǎng)絡的性能[2]。隨著衛(wèi)星通信技術的發(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)絡在處理終端移動性的信令開銷和數(shù)據(jù)庫的負荷也隨著增加，良好的移動性管理策略可以大大的降低系統(tǒng)運行的負荷，顯著提高系統(tǒng)的性能。移動性管理（mobility management）是移動通信領域的一個具有挑戰(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)絡時刻的建立鏈接，進行相關的業(yè)務功能。移動通信網(wǎng)絡系統(tǒng)的優(yōu)越性為移動性終端提供了動態(tài)服務，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。位置管理主要負責跟蹤、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)絡能實時的獲取終端所在的位置，以便網(wǎng)絡要對終端進行尋呼時，可以通過網(wǎng)絡數(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)絡跟蹤移動終端的位置，是網(wǎng)絡為傳遞呼叫而定位移動終端確定移動終端當前接入點的過程。而這就需要移動終端按照一定的準則向網(wǎng)絡報告其位置信息。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)，或者是兩者的結合。都采用的是兩層位置數(shù)據(jù)庫結構，即HLR和VLR。HLR存儲了所有網(wǎng)絡內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)務和附加業(yè)務的信息�；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。由于低軌衛(wèi)星繞著地球的高速運轉，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，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)絡結構以及液體流動運動模型假設，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”。移動終端進行位置區(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[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)。當跨越小區(qū)數(shù)達到閾值n和m時，執(zhí)行VLR更新；當跨越小區(qū)數(shù)達到閾值n和m時，并且跨越的位置區(qū)數(shù)達到閾值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率等信息，來動態(tài)自適應的調整定時器的閾值。文獻[8]中提到了根據(jù)移動終端的業(yè)務狀態(tài)和呼叫到達率來動態(tài)的設置定時器的閾值一種算法，其假設用戶的業(yè)務為呼叫業(yè)務，且服從泊松分布，用λcur表示用戶當前時間段的呼叫到達率，λpre為上一時間段的呼叫到達率，由此可得終端的呼叫業(yè)務變化率為：便可根據(jù)終端的呼叫歷史來統(tǒng)計出終端的平均到達率λ。為了避免呼叫到達時過長的無位置更新狀態(tài)，使得尋呼時間變長，應該保證位置更新率不小于呼叫到達率λ，即強制更新時間周期T應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)事先設定的位置區(qū)大小來劃分各個位置區(qū)的邊界，當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”。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置的位置區(qū)更新半徑過小，導致頻繁的位置區(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)務類型和呼叫到達率來設置用戶的位置區(qū)更新半徑，這種方式對不同運動速度的用戶適應性不夠強，可能會導致低速用戶在計時器時間段內頻繁的進行位置區(qū)更新，而高速用戶頻繁越區(qū)后不能及時的進行位置區(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)、呼叫到達率等因素，避免靜態(tài)位置區(qū)管理對不同用戶的適應性低，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”。在確保尋呼到達率的前提下，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，進行位置區(qū)綁定更新的信令開銷，節(jié)省網(wǎng)絡信令資源，減輕系統(tǒng)的負荷。（2）針對移動用戶的移動速度、運動狀態(tài)、呼叫到達率等特點，結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置的位置區(qū)更新半徑過小，導致頻繁的位置區(qū)更新。以及基于時間的動態(tài)位置管理算法下可能會導致低速用戶在計時器時間段內頻繁的進行位置區(qū)更新，而高速用戶頻繁越區(qū)后不能及時的進行位置區(qū)更新，從而增加尋呼開銷的問題。
7總結
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)務等因素方面，對動態(tài)位置管理策略進行優(yōu)化，減小網(wǎng)絡開銷，提高網(wǎng)絡的系統(tǒng)性能。
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