非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法技术方案

本发明专利技术属于卫星通信技术领域，公开了一种非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法；非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法根据应用场景，在一个广播周期TAGT_ADV起始时刻，通过卫星广播相关信息，触发的覆盖区域内的新增用户数为N，这些用户需要同时启动移动性管理过程，以时隙ALOHA方式向卫星竞争接入并发送移动性管理请求信息；为了降低由于竞争冲突导致的系统开销，提高系统的接入性能，构建最少平均时间开销的优化目标表达式，求出此时系统的最优用户数，并求出最优的广播周期

【技术实现步骤摘要】
非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法
本专利技术属于卫星通信
，尤其涉及一种非静止轨道卫星通信系统用于移动性管理的最优广播周期计算方法。
技术介绍
卫星通信是指利用人造地球卫星作为通信网络的中继节点或者通信节点进行通信的方式。在微波通信和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术。卫星通信以覆盖区域大、通信距离远、通信容量大、通信线路稳定、质量好等优点成为了现在研究的热点。卫星通信系统中的非静止轨道卫星与地面用户的相对运动，导致用户被动的产生移动性管理事件。目前业内常用的现有技术中，用户通常根据卫星周期性发送的广播信息，判断自身已经被动的从原逻辑链接卫星被移交至新的逻辑链接卫星，然后用户和新链接卫星之间通过相关握手协议和信息交互，完成用户的移动性位置迁移。然而，当较多地面用户在一定范围内密布时，如传感器网络等，出现大量用户由新卫星的广播触发而同时向卫星发送移动性管理信息的情况。对于资源有限的卫星通信系统，同时发生的移动性管理业务势必引起有限接入资源上的竞争和冲突。在其中，广播信息的周期决定了相同时间进行移动性管理竞争接入的用户数量，竞争的用户数多，系统处理冲突的开销大，竞争的用户数少，系统的既定公共开销浪费大。为了达到系统性能最优，在移动性管理过程中进行最优广播周期的计算是有意义的。综上所述，现有技术存在的问题是：现有技术非静止轨道卫星通信系统中存在因同时被广播触发产生移动性管理业务造成的竞争接入冲突，此时广播的周期对于系统接入性能有极大的影响，所以，需要计算最优的广播周期。解决上述问题的难度和意义：针对上述问题，通过计算系统的接入开销表达式，得到一个最优的广播周期，使得系统的接入性能最优。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法。本专利技术是这样实现的，一种非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法，所述非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法，在一个广播周期TAGT_ADV起始时刻，通过卫星广播相关信息，触发的覆盖区域内的新增用户数为N，这些用户需要同时启动移动性管理过程，以时隙ALOHA方式向卫星竞争接入并发送移动性管理请求信息；为了降低由于竞争冲突导致的系统开销，提高系统的接入性能，构建最少平均时间开销的优化目标表达式，求出此时系统的最优用户数，并求出最优的广播周期进一步，所述非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法具体包括：第一步，计算移动性管理平均接入请求总次数。由非隔离二叉树形冲突分解算法，N个冲突数据包则需要经过平均LN次分解：其中p为选择左时隙发信的概率，1-p为选择右时隙发信的概率。通常情况下p取0.5，形成的分解次数最少。那么针对N个用户成功完成移动性管理任务的平均接入请求总次数表示为：F(N)＝LN+N；整理可得：第二步，计算完成移动性管理接入请求的时间开销。令广播消息的时间开销为TB，单次移动性管理接入请求时间开销为TS，那么针对N个用户的移动性管理接入请求的时间总开销表示为：OV(N)＝TB+F(N)*TS；则针对每个用户的平均时间开销为：整理得到：第三步，计算最优时间开销的竞争用户数由于函数是变量N的先降后升过程，针对N整数取值上的单位1步长：并令D(N)＝0，可得最优的满足下列式子：对其求解，可得最优时间开销的竞争用户数第四步，计算最优广播周期广播周期内新增覆盖区域的用户数表示成：N＝S*ρ≈(Vorb*d*TAGT_ADV)*ρ；其中S为广播周期内新增覆盖区域的面积，d为卫星覆盖区域的直径，ρ为地面用户密度，Vorb非静止卫星飞行导致地面覆盖区域移动的速度；那么最优广播周期为：其中M为逻辑接入信道个数。进一步，所述第一步非隔离二叉树形冲突分解算法是用户以时隙ALOHA方式向卫星发送移动性管理请求信息发生冲突时采用的冲突分解算法。进一步，所述第一步中N个用户表示的是非静止卫星飞行，在一个广播周期TAGT_ADV内，触发的新增覆盖区域内需要进行移动性管理的用户。进一步，所述第四步Vorb*TAGT_ADV*d表示在一个广播周期TAGT_ADV内，触发的需要进行移动性管理的新增覆盖区域面积。本专利技术的另一目的在于提供一种应用所述非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法的卫星通信系统。综上所述，本专利技术的优点及积极效果为：根据应用场景，在一个广播周期TAGT_ADV内，触发的新增覆盖区域内需要进行移动性管理的用户数为N，N个用户需要同时进行移动性管理过程，以时隙ALOHA方式向卫星竞争接入并发送移动性管理请求信息。为了降低由于竞争冲突导致的系统开销，提高系统的接入性能，构建最少平均时间开销的优化目标表达式，求出此时系统的最优用户数，并求出最优的广播周期本专利技术解决了现有技术非静止轨道卫星通信系统中存在因同时被广播触发产生移动性管理业务造成的竞争接入冲突，系统接入性能降低的问题。附图说明图1是本专利技术实施例提供的非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法流程图。图2是本专利技术实施例提供的应用场景示意图。图3是本专利技术实施例提供的仿真示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。下面结合附图对本专利技术的应用原理作详细的描述。如图1所示，本专利技术实施例提供的非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法包括以下步骤：S101：计算移动性管理平均接入请求总次数；S102：计算完成移动性管理接入请求的时间开销；S103：计算最优时间开销的竞争用户数S104：计算最优广播周期下面结合附图对本专利技术的应用原理作进一步的描述。如图2所示，非静止卫星飞行导致地面覆盖区域的移动速度为Vorb，在一个广播周期TAGT_ADV内，触发的移动性管理区域内的用户数为N，这N个用户需要同时进行移动性管理过程，以时隙ALOHA方式向卫星竞争接入并发送移动性管理请求信息。当该请求信息发生冲突时，采用非隔离二叉树方式进行冲突分解。(1)计算移动性管理平均接入请求总次数：由非隔离二叉树形冲突分解算法可知，N个冲突数据包则需要经过平均LN次分解：其中p为选择左时隙发信的概率，1-p为选择右时隙发信的概率。通常情况下p取0.5，形成的分解次数最少。那么针对N个用户成功完成移动性管理任务的平均接入请求总次数表示为：F(N)＝LN+N(2)将(1)代入(2)，并进行整理可得：(2)计算完成移动性管理接入请求的时间开销：令广播消息的时间开销为TB，单次移动性管理接入请求时间开销为TS，那么针对N个用户的移动性管理接入请求的时间总开销表示为：OV(N)＝TB+F(N)*TS(4)则针对每个用户的平均时间开销为：将(3)代入入(5)得到：(3)计算最优时间开销的竞争用户数由于函数是变量N的先降后升过程，针对N整数取值上的单位1步长，令：将(6)代入(7)，既有：令D(N)＝0，求解可得最优的满足下列式子：对其求解，可得最优时间开销的竞争用户数(4)计算最优广播周期广播周期内新增覆盖区域的用户数表示成：N＝S*ρ≈(Vorb*d*TAGT_ADV)*ρ(9本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法，其特征在于，所述非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法根据应用场景，在一个广播周期TAGT_ADV起始时刻，通过卫星广播相关信息，触发的覆盖区域内的新增用户数为N，这些用户需要同时启动移动性管理过程，以时隙ALOHA方式向卫星竞争接入并发送移动性管理请求信息；为了降低由于竞争冲突导致的系统开销，提高系统的接入性能，构建最少平均时间开销的优化目标表达式，求出此时系统的最优用户数，并求出最优的广播周期

【技术特征摘要】
1.一种非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法，其特征在于，所述非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法根据应用场景，在一个广播周期TAGT_ADV起始时刻，通过卫星广播相关信息，触发的覆盖区域内的新增用户数为N，这些用户需要同时启动移动性管理过程，以时隙ALOHA方式向卫星竞争接入并发送移动性管理请求信息；为了降低由于竞争冲突导致的系统开销，提高系统的接入性能，构建最少平均时间开销的优化目标表达式，求出此时系统的最优用户数，并求出最优的广播周期2.如权利要求1所述的非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法，其特征在于，所述非静止轨道卫星通信系统移动性管理最优广播周期计算方法具体包括：第一步，计算移动性管理平均接入请求总次数；由非隔离二叉树形冲突分解算法，N个冲突数据包则需要经过平均LN次分解：其中p为选择左时隙发信的概率，1-p为选择右时隙发信的概率，通常情况下p取0.5，形成的分解次数最少；那么针对N个用户成功完成移动性管理任务的平均接入请求总次数表示为：F(N)＝LN+N；整理可得：第二步，计算完成移动性管理接入请求的时间开销，令广播消息的时间开销为TB，单次移动性管理接入请求时间开销为TS，那么针对N个用户的移动性管理接入请求的时间总开销表示为：OV(N)＝TB+F(N)*TS；则针对每个用户的平均时间开销为：整理得到：第三步，计...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘勤，蔡冬桃，黄鹏宇，李红艳，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61