航空旅客通信移动性管理关键技术研究

【类型】学位论文

【作者】刘悦 

【关键词】 航空旅客 通信服务网 移动性管理 预注册切换 资源预留 路由优化

【摘要】航空旅客通信服务是指在飞机上为乘客提供与在地面无差异的通信服务，使旅客可以享受更加舒适便捷的旅行，增加航空公司收益和竞争力。由于飞机需要在全球范围进行高速移动，因此，如何保持机上乘客的移动通信设备与地面网络的联通，并使通信满足一定的服务质量要求，是航空旅客通信所面临的最重要问题。解决这一问题，需要使用适合于航空旅客通信环境的移动性管理方法。 在航空旅客通信环境中，乘客移动通信终端需集体随飞机在全球范围内高速移动。现有航空旅客通信系统一般直接使用MIPv6或NEMO等标准协议实现，这类基本协议通常存在如下问题：(1)基于网络层路由公告或低层信号强度变化的切换触发无法在高速运动环境下及时实现，从而造成切换时延大；(2)飞机所在位置与其家乡网络之间的距离大，存在严重三角路由而造成端到端时延大。而其余领域中针对此类标准协议的改进方法，由于没有考虑航空旅客通信环境的特点，存在切换失败率高、新呼叫发起失败率高、无线链路信令开销大等缺点，不适合直接在航空旅客通信环境中使用。针对上述主要问题，本文的主要工作和贡献可概括为以下几个方面： (1)提出了一种基于空中交通管理信息的航空旅客通信预注册快速切换方法HPTFH(Handoff Probability Triggered Fast Handoff)。 HPTFH中，空中交通管理区域控制中心根据飞机空中交通管理信息预测飞机大体运动轨迹和可能进入的目标基站，并根据客机运动模型计算飞机与目标基站之间的实时切换概率，利用该概率作为切换触发条件，通知航空旅客通信系统中的目标基站进行预注册快速切换。仿真实验验证了HPTFH与基于路由公告或信号强度触发相的传统方式比能较为明显地降低切换时延，并且切换时延受基站间覆盖重叠区的大小，以及基站与飞机家乡代理之间的时延影响不大，因此适合在覆盖重叠区大小无法保证，飞机需要经常进行远程飞行，远离家乡网络的航空旅客通信环境中使用。 (2)提出了一种：皖空旅客通信环境中使用的预测式动态资源预留方法APCR(Aeronautical Passenger Communication Reservation)及其对应的呼叫接纳控制方法和资源分配方法。 首先分析了航空旅客通信环境中的资源分配模型及其特点，根据这一特点，本方法同时考虑了民航飞机特殊运动模型对切换时间的影响以及机上移动通信设备总体业务流量特点对切换时刻飞机所需带宽的影响。其中，根据客机运动模型预测了飞机切换时间，根据飞机所在基站中的若干历史带宽记录加权平均值预测飞机切换时刻所需带宽，此后再根据预留时间窗动态计算各时刻基站所需要预留的资源量。仿真实验证明，APCR与传统蜂窝网中未考虑飞机特殊运动模型和特殊带宽变化规律的资源预留方式相比，可以在基本不提高新呼叫发起失败率的前提下，明显降低切换失败率。 (3)提出了一种航空旅客通信环境中使用的移动网络(NEMO)路由优化方法ANRO(Aeronautical passenger communication NEMORoute Optimization) 针对航空旅客通信环境使用NEMO协议及其路由优化方式存在的端到端时延大、路由优化信令开销大、家乡代理负载大等问题，本文提出了一种建立从飞机所在地面接入路由器到地面固定通信对端之间的优化通信路径，并将飞机机载移动路由器的家乡代理作为移动中的锚点，用于向乘客的家乡代理更新乘客移动通信设备位置的路由优化方法。通过计算分析与对比，验证了ANRO方法可以获得此环境中可能的最小端到端时延，并且空地无线链路上的信令开销尽可能小。

【学位名称】博士

【学位授予单位】北京邮电大学

【学位授予年度】2016

【导师姓名】滕勇

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