网络信息工程2019.07低轨卫星通信系统信道分配策略分析谢奕钊，易爱（广州海格通信集团股份有限公司，广东广州，510000）摘要：由于低轨卫星通信具有低时延、实时性、QOS服务质量高、面向小型移动终端客户等优点，近些年技术发展迅速。介绍了低轨卫星通信信道分配技术；对信道动态分配及接入控制策略开展研究，提出了PSCCA模型；并通过切换掉话率和新呼叫阻塞率仿真测试，有效提高了信道利用率。关键词：低轨卫星；信道分配；分配策略；仿真实现Channel allocation strategy analysis for low orbit satellite communication systemXie Yizhao，Yi Ai（Guangzhou Haige Communications Group Incorporated Company,Guangzhou Guangdong，510000）Abstract:Due to the advantages of low orbit satellite communication, such as low delay, real-time, high QOS service quality and small mobile terminal customers, the technology has developed rapidly in recent years. The channel allocation technology of low orbit satellite communication is introduced. The dynamic channel allocation and access control strategy are studied and the PSCCA model is proposed. And the channel utilization is effectively improved through the simulation test of the switching drop rate and the new call blocking rate.
Keywords: low-orbit satellite;Channel allocation;Allocation strategy; simulation implementation
0 引言
低轨卫星通信系统(LEO)距离地面高度3000千米以下，多分布在500-1500千米高度。由于低轨卫星通信具有低时延、实时性、QOS服务质量高、面向小型移动终端客户等优点，近些年技术发展迅速。但是LEO卫星移动通信系统中卫星围绕地球旋转速度快，通信链路切换频繁，信道分配与信号功率切换等技术较为复杂。另外移动通信系统频谱资源比较紧缺，且为受限性网络系统，如何解决移动网络运营商需要的有效网络覆盖区域和空间容量与用户高效、高质量的业务体验间的关系，合理利用频谱资源，提升频谱利用率，解决系统稳定性成为了移动卫星系统急需解决的关键技术。无线通信信道分配技术以及频谱资源控制技术是在充分利用时域资源、频谱资源、能量、码字提升系统资源利用率，优化网络运营能力，充分保基于此，对障多业务QoS和保障用户业务体验[1]。信道动态分配及接入控制策略开展研究，提出了相应的模型，从而有利于解决无线移动通信业务多样性、业务量剧增的巨大实际需求矛盾。
宽资源。在3G移动通信时，主要采用CDMA接入方式，信道资源变成了正交/“准正交”码字资源。而如今比较成熟的4G网络通信多以OFDM接入方式，LTE,LTE-A等网络为正交频分多址OFDMA系统，信道多为二维时频资源块。在多信道共用无线系统中，多个用户可以同时占用无线信道，而一个信道只能被一个用户占用，信道分配技术关键在于搜寻最优化信道分配模式，最大化无线网络频谱利用率，同时最大限度减小信令负荷，降低通信系统功耗，从而确保多业务QoS，全面提升多用户业务美好体验。
1 低轨卫星通信信道分配技术研究
无线通信信道与频域、时域、多址接入方式等联系密切，1G模拟蜂窝移动通信时代，信道分配技术主要采用TDMA接入方式，通信网络信道为一帧中特定时隙资源。2G移动通信时代，主要采用FDMA接入方式，信道资源为固定频点上的固定带
图1 信道分配策略关系图
942019.07图2 基于波束覆盖的数学预测模型低轨卫星系统信道分配策略研究关键点在于波束小区内的信道分配技术，即通过策略化模式把小区内部信道制定某个规则，实现卫星系统的新用户接入呼叫和其他卫星的切换呼叫的信道资源分配功能。针对当业务模式信道采用的策略模式主要有切换呼叫排队(HQ)策略、信道借用策略、QoS参数最优接入策略、动态预留信道策略等；而对于多业务信道分配策略主要有抢占策略、切换请求队列策略、预留门限策略、半马尔可夫决策等。不同的策略都是基于信道资源的优化利用，满足信道资源紧张的问题。信道分配策略关系图如图1所示[2]。由于无线移动通信信道容量随机、有限以及多业务的复杂性，无线网络资源分配策略较为复杂，信道分配关键技术的研究已经进行了几十年，研究者采用不同的方式和角度，建立起多种数学模型，取得了很多有效的成果，在实际应用领域提出了许多好的信道分配策略及算法。
2 动态信道分配策略设计
2.1 全局业务量信息预测模型建立
本文采用波束小区模型，假设卫星中的带宽资源以固定信道分配方式分配给了各个点波束，每个点波束的总带宽记为B，采用方式为波束覆盖方式(SFC)实现波束覆盖，运用一个卫星轨道面中的星下点波束小区作为一维移动性模型[3]。波束模型如图2所示。
为保证连续覆盖，卫星相邻点波束小区间及相邻卫星之间的覆盖区互相有重叠，用户从一个点波束小区进入直线上的另一个小区时，要进行无线链路的切换.所有点波束小区形状和大小相同，近似为直径D的圆形。新呼叫发起时的位置在波束小区中服从均匀分布，在后续小区中，沿与卫星运动方向相反的方向，与小区边界平行的方向穿越小区。
2.2 分配策略实现
令P表示为通信系统掉话率控制门限，用
Di(t)
表示掉话
率，则小区i在未来一个控制周期的平均掉话率为：
pDit=1T
T∫PDi
tdt (1)
0
一般满足：平均掉话率小于等于掉话率控制门限。假设，小区i呼叫转移率预测比较准确，则小区i新呼叫接受率直接影响平均掉话率的取值，进一步假设平均掉话率等于掉话率控制门限，则可以利用数学公式求出小区i新呼叫接受率的最大值，从而可以有效控制接入小区的新呼叫，
网络信息工程满足上述条件。2.3 仿真实现为了验证策略的合理性能，及对不同的覆盖区大小的适应性，对类全球星星座系统波束小区模型进行了仿真测试，业务量参数模型中，新呼叫到达率服从参数为λ泊松过程，呼叫保持时间服从参数为µ指数分布。切换掉话率和新呼叫阻塞率仿真测试如图3和图4所示[4]。图3 切换掉话率仿真
图4 新呼叫阻塞率仿真
通过仿真结果分析，在业务量越很大时，基于PSCCA的
信道分配策略对低轨道卫星通信系统QOS参数切换呼叫掉话率控制较强，在通信系统繁忙时，系统拥塞可以有效避免。在业务量较小时，新呼叫阻塞率较小，通信系统可满足接入更
多新呼叫，有效提高了信道利用率。
3 结论
低轨道通信卫星由于具有很多优点，业务量及用户较为庞大，对信道动态分配及接入控制策略开展研究，提出了PSCCA模型，并通过切换掉话率和新呼叫阻塞率仿真测试，有效提高了信道利用率，从而有利于解决无线移动通信业务多
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952019.07科技论坛个月。Server Free备份采用各种技术将备份操作转移到其他客户端和主机，这种备份方法需要先进技术和特殊设备,备份的成本很高。异地远程灾备项目，根据用户的实际环境及需求，备份模式优先采用LAN-Base备份的方式进行设计。2.5 应用容灾方案（1）数据库容灾目前业界常用的数据库容灾技术手段主要包括：基于数据库复制技术、基于逻辑磁盘卷复制技术、基于智能交换技术、基于存储系统复制技术。存储复制技术方案成熟，在方案适应性、对主机影响方面，也都占有比较明显的优势，可作为优选方案。（2）应用数据容灾在对应用数据建设容灾时，建议使用多种方案共存的方式，实现应用数据的容灾。（3）网络容灾网络容灾的目的主要是实现为客户端或外围系统提供冗余的网络接入，实现接入平台的网络接入切换技术包括：基于浮动IP地址、基于DNS、基于四层交换机、基于外围应用切换。其中基于DNS技术实现网络容灾，对接入网影响小，无需修改应用程序，而且技术成熟建设复杂程度低，建议优先选择基于DNS技术。2.3 备份服务设计备份服务包括：文件备份、数据库备份、操作系统备份及虚拟化备份服务。（1）文件备份备份系统服务应支持Windows、Linux、UNIX上FAT32、NTFS、ext2、ext3、ext4、xfs等主流文件系统数据备份。（2）数据库备份为提升备份性能，建议采用多通道多线程技术进行数据备份。依据数据文件的数量、数据分布情况、生产机负载情况，选择合适的通道数目进行同时备份。（3）操作系统备份操作系统备份支持x86和x86_硬件平台下的Windows、Linux操作系统备份，可以将操作系统备份到指定的存储设备，并能将已备份操作系统还原到指定设备上，实现Windows、Linux灾难恢复、裸机恢复。（4）虚拟化备份
支持VMware vSphere、Citrix XenServer、KVM、Xen、FusionSphere、阿里等主流虚拟化平台虚拟机的备份。支持虚拟机自动发现，完全在线备份，支持备份点数据的归档与还原。
3 结束语异地灾备数据中心建设作为信息安全保障体系的重要组成部分，是保障数据安全的重要环节，也是保障数据安全的最后一道防线。因此，建立异地灾备系统，实现对政务业务系统与数据的灾备，提高业务系统的风险抵御能力已经成为一项紧迫的任务。
2.4 备份策略设计
根据政务系统对灾备服务水平的要求，对备份策略设计建议如下：
（1）核心业务系统：每周进行1次全备，每天进行1次增量备份，可每12小时追加归档文件备份，数据保留周期1个月以上；
（2）重要业务系统：每周进行1次全备，每天进行1次增量备份，可以恢复到每日增量进行备份当天副本，数据保留周期1个月；
（3）一般业务系统：每周进行1次全备，数据保留周期1
参考文献
[1]于海水.容灾系统技术要点分析[J].数字技术与应用，
2016.12.
[2]包俊君.容灾系统:架起企业信息安全防线[J].软件和信
息服务，2013.04.
[3]金安.一种同城双活容灾系统设计与实现[J].软件导刊，
2018.08.
[4]骆成蹊.基于存储虚拟化的动态容灾系统分析[J].通讯世
界，2017.12.
（上接第95页）
样性、业务量剧增的巨大实际需求矛盾。
应用科学学报,2003,21(4):427-430.
[3]冯龛,贾振红等.一种基于GSMIGPRS的动态信道分配
策略[J].通信技术,20l2,45(1):79-81.
[4]董燕.低轨卫星移动通信系统中的信道分配策略研究[D].
华中科技大学,2007.
参考文献
[1]胡光镇,瞻望卫星通信的未来[J].电信科学,2003(2):
27-30.
[2]龚文斌,甘仲民.无线系统中的最佳预留保护信道数[J].
（上接第107页）
[3]席善斌,高兆丰,裴选等.微波单片集成电路的失效分析
方法探讨[J].环境技术, 2017(6):25-29.
[4]竺琳.PCB材料在通讯设备中的关键技术研究及失效分
析[D].浙江大学,2014.
123