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一种基于TCRA的低轨星座通信系统的强占预留信道策略

发布时间:2020-07-21 17:56:12 阅读: 来源:火锅厂家

在低轨(LEO)星座卫星通信中,目前已有的信道分配策略一般强调具有较低的切换失败概率,以保证正在通话的呼叫的服务质量。信道预留策略是降低呼叫切换失败概率的有效方法之一[1]。其中,基于时间的信道预留算法(TCRA)[2]提前一个小区为切换呼叫预留信道,可以实现零切换失败。但该策略导致了较高的新呼叫阻塞概率,造成了信道资源利用率的降低。参考文献[3]提出了超额预留的基于时间信道预留算法(TCRA-O),它假设在每个小区固定分配C个信道的基础上,还存在S个虚拟信道。这种做法也提高了信道利用率,但并未考虑用户的位置信息,造成了一些不必要的切换失败。参考文献[4]中,算法的预留信道的数量考虑了用户位置信息和呼叫已经历的时长,但在呼叫持续时长服从负指数分布的模型中,该策略不够准确。本文提出一种基于TCRA的强占预留信道策略,它在TCRA的基础上,有效地利用了用户的地理位置信息。该策略本着少影响甚至不影响正在通话用户的服务质量的原则,尽量接受具有小切换失败风险的新呼叫请求,提高了系统的资源利用率。1 基于时间的信道预留算法(TCRA)1.1 移动性模型目前已提出很多适用于LEO星座通信系统仿真分析的移动性模型[4-5],本文采用图1中所描述的一维移动性模型[4]。其中,A-G为卫星多波束天线在地面上形成的彼此相连的方形小区。假设这些方形小区固定不动,小区中所有用户以相同的速度沿着与卫星相反的方向运动,速度大小与卫星星下点速度相等。模型假设用户配置有定位系统,则在呼叫开始时用户的位置就被确定。对于明确了移动速度、方向和位置的用户,其即将穿越的下一小区和切换的时间是可以预测的。1.2 TCRA-1 TCRA是一种有效的信道预留策略,它要求只有当系统能够提前一个小区为新到达用户预留信道时,才接受此新呼叫请求。TCRA-1是明确用户确切位置信息模式下的TCRA策略,下面是TCRA-1的具体实施过程:

本文引用地址:呼叫建立阶段:在呼叫建立时间Tsetup,一个用户U要求一个新呼叫连接。系统向用户呼叫发起的源小区C0和第一个穿越的小区C1发送一个信道预留请求,分别在两小区时间间隔[Tsetup, Tsetup+T0+σt]和[Tsetup+T0-σt, Tsetup+T0+T1+σt]中预留一个信道。其中,T0和T1分别为用户在源小区和穿越小区中的驻留时间,σt为事先设定的一个允许的错误差量。如果两个请求都能被满足,则呼叫请求被接受。每个切换阶段:当一个正在通话用户完成从Ci至Ci+1的一次切换,系统将Ci+1中为其预留的信道分配给此用户,释放Ci中信道,并向Ci+2发出一个新请求,在Ci+2中时间间隔[THOi+T1-σt,THOi+2T1+σt]内为用户预留一个信道。其中,THOi为用户在Ci中发生切换的时间。呼叫终止阶段:当用户在Ci中终止呼叫时,它会释放当前占用的信道,并向Ci+1发送取消预留信道的命令。此策略能够保证用户在其通话持续时间内不发生切换失败,原理在参考文献[2]中已被说明,在此不再阐述。2 基于TCRA的一种强占预留信道策略2.1 算法原理虽然TCRA策略保证了切换失败率为零,但造成了系统容量的浪费,下面说明这一问题。如图2,假设每小区有2个可用信道,3个相连的小区(Cl、Cl+1 和Cl+2)中对应的位置分别有3个正在通话用户(用户1、用户2和用户3)。图3为用户在相应小区中相应时间段内的信道使用和预留情况,横坐标代表时间,纵坐标代表相应小区及相应信道。t0时刻处于Cl+1的用户U向系统发出新呼叫请求,虽然此时小区Cl+1存在未被使用的信道,但根据TCRA-1,系统在[t1,t3]已经为用户1预留信道,无法在[t0,t2]为用户U进行正常的信道预留,因此系统拒绝用户U的新呼叫请求。分析此情况,如果在用户1到达Cl+1小区之前,即[t0,t1]间,用户1、用户2和用户U三者中任意一个用户结束其通话,则即使系统接受用户U占用为用户1预留信道的请求,也不造成系统的切换失败。TCRA的预留策略没能充分利用系统容量,造成了资源的浪费。以此类推,如果系统信道容量增大至20甚至更高,此类资源浪费的现象将更加严重。

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