跨层交互控制和基于效用的星地链路带宽分配研究

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1、ＥＩ巧娘姑觀＾善圓硕±学位论文胃礫圓§跨层姓控制雜于效脯｜Ｍ星地链路带宽分配研究ＳＩ作者姓名严忠远指导教师姓名、职称徐展埼教按申请学位类别工学硕±西安电子科技大学学位论文独创性（或创新性）声明秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导下进行的研巧Ｘ作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中恃别加Ｗ标注和致谢中所罗列的内容＾义外，论文中不包含其他人ＬＬ经发表或撰写过的研巧成果也不包含；为获得西安电子科技大

2、学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料＾。与我同工作的同事对本研巧所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示了谢意。一．切法律责任学位论文若有不实之处本人承巧。：严古盛＾：＾７本人签名＿日期西安电子科技大学关于论文使用授权的说明本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，目Ｐ；研究生在校攻读学位期间论文工作的知巧产权属于西安电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件，允许查阅、借阅论文，；学校可Ｗ公布论文的全部或部分内容允许采用影

3、印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，结合学位论文研巧成果完成的论文、发明专利等成果，署名单位为西安电子科技大学。保密的学位论文在解密后适用本授权书。＾年忠瓦护巧本人签名；名；导师签戸．。。也占．么，３：如日畫巧：乃期日期学校代码10701学号1301120281分类号TN927.2密级公开西安电子科技大学硕士学位论文跨层交互控制和基于效用的星地链路带宽分配研究作者姓名：严忠远一级学科：信息与通信工程二级学科：通信与信息系统学位类别：工学硕士指导教师姓

4、名、职称：徐展琦教授学院：通信工程学院提交日期：2016年3月Cross-LayerInteractionControlandUtility-BasedBandwidthAllocationResearchforSatellite-TerrestrialLinksAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinCommunicationsandInformati

5、onSystemsByYanZhongyuanSupervisor:XuZhanqiProfessorMarch2016摘要摘要随着卫星通信的应用日益广泛，接入卫星的用户数和业务种类不断增多，这些都对卫星通信系统提出了新的挑战。高效利用稀缺的带宽资源为日益增多的用户提供满意的服务质量，已成为卫星通信中必须解决的问题。然而，由于馈电链路的时变性、带宽资源的稀缺性以及用户业务需求之间的差异性等因素，导致卫星通信的带宽分配日益艰难。针对这些问题，本文从跨层交互控制和基于效用函数的带宽分配两方面进行研究。

6、为改善无线网络分层协议的不足，通过引入协调层以增加协议栈灵活性和利用分层结构优点。针对四种跨层交互消息，举例说明其在带宽分配场景中的应用，设计对应的消息格式，并给出跨层控制消息的工作流程。所设计的跨层控制机制的优势是：1)用户通过跨层信息的交互可知信道状态，并据此发出带宽申请，以避免在信道状况很差时的资源申请；2)当发生激光/微波链路切换事件而导致馈电链路带宽大幅变化时，用户可通过节点间跨层事件消息的交互得到通知。本文研究基于效用函数的星地链路带宽分配，使用效用函数对用户业务特性进行定量描述，将系

7、统效用值设置为所有业务效用值之和，建立以系统效用最大化为目标的带宽分配模型。针对不同的效用函数形式，采用不同的方法对模型进行求解。当采用较简单的线性效用函数时，直接对模型进行求解，所得带宽分配方案等价于优先级方案；当采用更适于描述业务特性的类S型效用函数时，使用迭代法可给出最优的带宽分配方案，通过选择合适的步长，对带宽变化不敏感的用户业务依次进行带宽调整。这种方法复杂度较高，难以用于计算能力受限的卫星通信系统，因此我们给出了近似求解的方法，通过对效用函数求导，根据其导函数的特性选择合适的边界值，将

8、特定类型业务的带宽首先调整到此边界值，得出一种更简单的带宽分配方案。此外，在星地链路发生激光/微波切换时，链路容量一般会大幅改变，需要为用户重新分配带宽资源。我们将所得的带宽分配方案应用于链路切换场景下的带宽重分配，以充分利用带宽资源并提供更好的服务质量。最后，实现所提带宽分配方案的仿真程序，以完成其性能评估。结果表明，简化后的带宽分配方案在复杂度明显降低的同时，可使效用值达到近似最大化。本文给出的模型及其求解方法，对其它基于效用的资源分配问题有一定的参考性，以简化资源分配方案。关