【摘 要】
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物联网的发展,给人类的生活带来了巨大的便利,基于卫星星座的物联网是通信发展的一个新方向,为地面物联网系统提供了补充的解决方案,可以在海洋及偏远地区提供物联网服务,具有覆盖范围广、建设成本较低、抗毁性强等优点。在天基物联网场景下,终端的数量巨大,数据具有占空比低特性,如果采用固定信道分配策略,将会带来不必要的信令交互,大大降低信道利用率,同时增大了时延。针对天基物联网的特点,必须设计合适的通信协议,
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物联网的发展,给人类的生活带来了巨大的便利,基于卫星星座的物联网是通信发展的一个新方向,为地面物联网系统提供了补充的解决方案,可以在海洋及偏远地区提供物联网服务,具有覆盖范围广、建设成本较低、抗毁性强等优点。在天基物联网场景下,终端的数量巨大,数据具有占空比低特性,如果采用固定信道分配策略,将会带来不必要的信令交互,大大降低信道利用率,同时增大了时延。针对天基物联网的特点,必须设计合适的通信协议,包括应用层、网络层、数据链路层、物理层等。本文针对天基物联网的特点,分析已有的地面广域网和卫星通信技术,提出一种适用于低轨卫星星座的物联网接入层协议栈设计。首先,在协议设计中采用了增强型扩频ALOHA技术,终端异步接入,不需要分配固定信道,同时提高了抗干扰能力,降低了终端低功耗的要求。在协议设计中给出了空口协议栈的信道映射方案,设计了终端随机接入策略,在保证安全性的前提下,降低了信令交互次数。为减少时延,降低对地面网络的依赖,提出了鉴权信息星上存储及星上鉴权的方案。另一方面,为避免终端多次鉴权,考虑到卫星的移动性,设计了UE上下文存储在信关站,多次上报仅需一次鉴权的方案。最后,基于开源的NS3离散事件仿真平台,对协议的软件实现进行设计和开发,完成了包括物理抽象层、数据链路层、RRC层等部分,实现基本的数据发送和接收功能,以及调度、寻呼、负载控制等基础功能开发。该仿真程序可用于协议设计方案的验证,可基于此对相关协议算法进行分析改进。
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