论文研究-低轨卫星移动通信系统中基于优先级的多业务条件下信道预留策略研究 .pdf

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低轨卫星移动通信系统中基于优先级的多业务条件下信道预留策略研究,陈越,胡鹤飞,本文研究的信道预留策略有效地支持了低轨卫星移动通信系统中的多业务场景。建立了基于优先级的多业务条件下信道预留策略(PMCR)��
山国武技记文在 理论分析 移动模型 定义无量纲参数γ为平均呼叫持续时间与用户驻留小区的时间的比值 y 给出。源小区和切换小区的切换概率 可表达为 个小区中的切换呼叫服从流量平衡条件,即切换入小区的流量等于切换出小区的流量。 这个平衡条件应用于各类业务。因此,每类业务的平均切换呼叫到达率可表达为 1=2 小区中的总到达率包括各类业务的新呼叫和切换呼叫到达率 呼叫持续吋间服从均值为μ的负指数分布。个信道可以被任·类业务的新呼叫或切 换呼叫占用,因此平均信道持续时间近似等于各类业务的新呼叫和切换呼叫占用该信道时间 的依概率加权和。对各类业务,新呼叫和切换呼叫的信道持续时间的均值分别为 和 。平均信道持续时间可表示为 其中,表示一个信道被新呼叫占用的概率,表示一个信道被切换呼叫占用的概率,包 含各类业务。 及 可表示为 ∑λ A表小系统实际接受的各类业务新呼叫和切换呼叫的到达率之和,由下式给出 A=∑2 马尔科夫链 每个小区可近似用一个 类型的连续时间 链描述,系统的状态定义为当 前接受服务的呼叫数量,其 链如下图所小 山国武技记文在 ∑(x+0)∑(x)+)(2+)∑∑小∑20∑∑∑2 1 k0+1 k1+1 k 图 策略的与尔科夫链 令为系统状态值,在到之间。如果在和一之间,所有业务的新呼叫和 切换呼叫都被接受,因此到达率为∑λ+。如果在和-之间,新呼叫全部 被阻塞切换呼叫全部被接受,因此到达率为∑2。如果在和-之间,只有第 的切换呼叫会被接受因此到达率为∑。以此类推,可以得到:如果在和 之间,只有第类的切换呼叫,到达率为∑2,从变化到。令z表示的稳态 概率,对每个状态列出“出流量入流量”方程如下 ∑λ+∑ r ∑λ+∑2+Hz=∑+∑x-++z ∑λ+x=∑+∑元 2+ l n ∑ A丌-++Lxz+ ∑λ+1z=∑λx-++x+ 利用以上等式,结合归一化条件 解得 山国武技记文在 ∑λ+∑ ∑λ+∑λ∑ z=+∑ ∑ ∑λ+∑λ∑∑花∑ ∑λ+∑∑∑∑ ∑λ+∑2 丌 ∑λ+∑2∑ ∑λ 各类业务的新呼叫阻塞率为系统状态不小」的概率之和,可表示为 第类业务的切换失败率依赖于它的切换接入门限,定义为系统状态不小于的概率之 和,可表小为 影响系统性能的参数信道利用率可表小为 为计算和,需要一个迭代的过程,因为元和u依赖于和(见 和式)。系统参数为:, 和y。迭代的初始条件为 且 艰据式计算和稳态概率,然后根据和式分别得到新的和这些值与上 次迭代的结果取平均,作为下次迭代的输入。当每类业务连续两次迭代计算出的和 的相对误差都小于ˉ时,迭代过程终止。 仿真结果与比较 仿真中用到的系统参数如下 方形小区的边长为 卫星星下点速率为 呼叫持续时间满足负指数分布,平均呼叫持续时间为 小区间信道分配采用,每个小区分配的信道数均为 取值为,即考虑三类不同优先级的业务,分别称为高优先级业务,中优先级业务和 低优先级业务。因此,呼叫接入门限 表示新呼叫接入门限, 山国武技记文在 分别表示低、中、高优先级业务切换呼叫的接入门限,满足 各类业务的比例 为计算简便,考虑三类业务只有相同的比例,即 箫略中,系统预留个信道仪供切换呼叫使用,不区分切换呼叫之间的优先级。 策略中,若设置满足< ,则各类业务的切换呼叫均可 使用相同的完全的个信道,即各类业务具有相同的优先级,或者说,各类业务不区分优 先级。从上面的分析可以看出, 实际上是 的·种特殊情況,只要 且 用 标记具有呼叫接入门限 的 策略,则对应的具有个总信道和个预留信道的策略可 标记为 简记为 的物理意义即为业务 具有相同的优先级,因此切换呼叫的接入门限都是 从系统的角度来看, 和 是可比的,因为信道总数和预 留信道数均保持一致。考虑的性能指标为信道利用率和新呼叫阻塞率。当系统状态达到 后 策略将根据业务优先级分层接受切换呼叫。更准确地说,当系统状态到达 (≤≤)后, 将拒绝等级小丁等」业务的切换呼叫,即使这时小区中并没有 等级大于的业务。而簧略直到系统状态达到才会拒绝切换呼叫。因此,与相 策略的信道利用率稍差一些。用 表示策略具有信道总数。图显 示了 和策略信道利用率的比较,作为参考比较的策略。 图 和信道利用率的比较 当系统状态小于时, 和策略执行相同的呼叫接入逻辑,即只接入新呼叫, ∑λ+∑ 因此有相同形式的稳态概率表达式丌 丌。然而,当系统状态超过, 两种策略执行不同的切换呼叫接入逻辑,导致其后每个状态稳态概率的不同。图显示了 和策略在新呼叫阻塞率上的比较。在给定流量限制(P≤)或限制 策略的新呼叫阻塞率低于,证明了引入优先级有利于改善新 呼叫性能 山国武技记文在 冬 和新呼叫阻塞率的比较 从特定业务的角度看,考虑的性能指标为该类业务的切换呼叫失败概率,这也是区分业 务优先级的上要指标。高优先级业务通过颚留更多信道,为切换性能提供更严格的保障。图 到分别显示了 策略和策略的切换失败慨率在三类业务上的比较。两种策略 中具有相同公共信道和预留信道个数的业务被认为是同一种业务,因为它们对新呼叫和切换 呼叫具有相同的接入门限 图低优先级业务的切挨失败率 图中优先级业务的切挨失败率 山国武技记文在 图高优先级业务的切换失败率 首先,纵向比较以上三幅图,即比较同一策略、不同优先级业务的切换呼叫失败率。无 论对于 或策略,随着业务优先级的提升,切换呼叫的失败慨率呈大幅下降 嗝图的纵坐标的数量级依次下降)。其次,横向比较每幅图,即比较冋类业务、不冋策略的 切换呼叫失败率。随着业务强度的増加,两种策略的切换呼叫失败概率都有所增加。当务 优先级较低时(如图),该业务使用 策略的切换呼叫失败率高于 当业务优 先级较高时(如图和图),该业务使用 策略的切换呼叫失败牽低于,尤其 对图的高优先级业务,切换呼叫失败概率接近」。结果表明与策略相比 策略能够为高优先缬业务提供更好的切换性能保障,这也与对系统业务区分优先级的思路- 致。 结论 本文将优先级引入低轨卫星栘动通信系统的信道分配策略,为不冋优先级业务的新呼叫 和切换呼叫规定不同的信道接入门限,来侏证不同的要求。从系统的角度看, 策略的新呼叫阻塞率比低。从具体业务的角度看, 策略高优先级业务的切换呼 叫失败率比策略低,而低优先级业务必须牺牲,承受较高的切换失贩率。 参考文献 山国武技记文在

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