（54.93,-17.4）的两个用户进行通话，图 3 为截取的用户 user_2 在某一仿真时间段内的星间星内切换时延比较，可以 观察到星间切换时延远大于星内切换时延。星间切换时延的
均值跟该用户与信关站控制子系统相对位置有关，图 3 说明
该用户与信关站之间有至少两跳的卫星转发距离。由于软件
对节点做理想化处理，所以省去了节点内的处理时延，实验
相对于已经搭建好的国内透明转发平台，专门针对国外 的通信切换控制进行研究，并针对大量全球用户通信进行了 仿真，达到了预期性能指标。
1 切换系统设计
切换系统包括位于国内的信关控制子系统、星上处理以 及相应的国外切换流程。整个切换控制是由信关控制子系统 和卫星的星上处理模块配合切换流程实现的。 1.1 信关控制子系统
现了该方案。实验结果充分证实了该方案的可行性。
【关键词】星座卫星；切换；信关控制子系统；仿真
【中图分类号】TN91
【文献标识码】A
【文章编号】1002-0802(2010)08-0152-03
Control Technology and Simulation for Constellation Satellites Handoff
仿真时间为 24 小时 ，用户为低速移动用户。稳定后的 切换成功率达到了 98%以上，说明成功实现了通信切换控制，
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且随着用户呼叫间隔的增加，切换失败概率有所降低。
国外的数据一般要经过卫星最少一跳传回国内，所以时
延相对于国内透明转发明显要多，为便于分析，随机选取经
纬 度 位 置 分 别 为 user_1: （ 34.81 ， -8.77 ） 和 user_2:
别为卫星节点处理时延，星际链路卫星节点间传输时延； L 为路由中卫星节点的数目。可见星际链路卫星节点间的传输
时延占据了星间切换时延的很大一部分。
2 切换控制仿真
2.1 仿真场景 仿真实验采用 opnet 10.5，该软件支持网络级仿真，很
适合全球通信这样大型的复杂系统仿真。仿真中系统采用 24 星 Walker 星座方案，该方案将 24 颗卫星分为三个轨道，对 全球南北纬 45°之间区域的覆盖率可以达到 98%，仿真当中
呼叫控制模块
馈电链路 星际路由包处理 境内数据包处理
无线 星间波束 管理 切换监测
交换
位置寄存器
访问用户位 置寄存器
图 1 信关控制子系统分布示意 信关控制子系统是在通用信关站上添加的系统，所以不 会影响信关站的通用功能。图中阴影部分即为信关控制子系 统的组成部分：馈电链路里的星际路由包处理模块存储全球 用户当前服务卫星和切换目的星的 ID，为全球用户数据路由 封装提供目的星 ID。VLR 存储和更新全球用户位置资料，向 RRM 提供用户当前位置查询功能。RRM 为无线资源管理模 块，提供卫星星间波束切换监测算法，该算法通过周期性的 向 VLR 查询用户位置并结合切换策略来计算出用户当前最 佳接入卫星，并在用户端将要进行星间切换的时候才触发切 换，让用户及时接入新的卫星。 跟国内用户的切换控制不同，考虑到全球用户的信令将 要经过多跳才能路由回信关控制子系统，这需要比较大的时 延，尤其是在星际链路处于高负荷运行状态情况会更加恶 化，因此系统设计把在切换中占大部分比例的卫星内波束切 换处理放在卫星上实现，而信关控制子系统则只处理用户换 星时的切换控制和更新当前无线资源。 1.2 星上处理 星上处理专门针对全球用户，负责用户在星内波束切换 过程中涉及的资源分配、信道删除以及星际路由包产生和 转发。 卫星可以工作在两种模式下，一种是境内模式（透明转 发），另一种是境外模式（处理转发），两种模式的选择将会 依据卫星当前所在位置进行判断，而位置区的判断是依据国 内外区域来划分的。卫星将为每个接入到本卫星上的用户建 立资源管理链表，采用固定信道分配方案为用户分配资源， 并记录其经纬度。而当用户切换到其他卫星去后，该链表将 被删除，而在切换后的卫星上重新为该用户建立链表。为支 持星内波束切换，BSC 模块里采用点波束确定算法[1-2]，该算 法只需要卫星记录用户经纬度和本卫星当前位置和之前位 置就能在本卫星内覆盖范围内为用户分配合适的波束和信 道。相对于信关控制子系统对同一颗星使用波束确定算法为
【Abstract】A handoff scheme for the constellation satellites global communication is proposed in this paper, and as compared with the normal scheme depending on the global gateways, this scheme, with no need for gateways in the whole world, demands only one gateway for control of the whole consteer process of the users is controlled by through coordination of the satellites and the gateway, thus remarkably reducing the handoff delay and signals costs. Based on this a simulation platform for constellation satellites systemic is built up with opnet and the proposed scheme is implemented on this platform. The experiment results prove the feasibility of the proposed scheme.
GUO Song， LIU Wei， GUO Wei
(State Key Laboratory of Anti-interference Communications, Univ.of Electron Sci&Tech. of China, Chengdu Sichuan 610054, China)
设置三轨道卫星编号为: 1 轨道为 0 ∼ 7 号卫星,二轨道为 8 ∼ 15 号卫星，三轨道为 16 ∼ 23 号卫星。
国内设置有 6 个信关站，各信关站和 HLR 由路由器互相 连接，选定位于东北地区的信关站 gw_4 为信关控制子系统。 所有位于国外用户的切换控制均由信关控制子系统处理。用 户为全球用户，用户可视卫星的最小仰角为 11.4°，每用户 的业务量为 0.1Erl，共 100 用户，则信关控制子系统的业务 量为 10Erl。 2.2 仿真及结果分析
最强信号准则进行选星然后发起。
上行链路接收来自用户的切换请求，然后再交给 BSC 处
理模块，由该模块判断切换类型。若为星内波束切换，则由
该模块分配资源，然后通过下行链路发送切换消息给用户，
用户切换成功后给卫星返回切换完成消息，BSC 再删除弃用
信道，然后产生资源更新消息给信关控制子系统用于更新无
线资源。若为星间切换，则通过星际路由发送到国内卫星，
T = Tuplink + Tdownlink + Ti _ node ，
(1)
L
L −1
∑ ∑ T = Tuplink + Tdownlink + Ti _ node + Ti _ link ，
(2)
i=0
i=0
式中： T 为切换总时延； Tuplink ， Tdownlink 分别为用户到服务
星的传输时延，服务星到用户的传输时延；Ti _ node ，Ti _ link 分
收稿日期：2009-09-23。 作者简介：郭 松（1984-），男，硕士研究生，主要研究方向为移动
通信及系统；刘 伟（1978-），男，讲师，主要研究方向为 移动通信及扩频，卫星通信；郭 伟（1964-），男，博士生 导师，主要研究方向为移动通信及扩频跳频。
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外用户分布较稀疏，信关站的资源将会出现低利用率现象， 而且考虑到全球通信的切换全部由地面系统进行控制将会 产生较大时延和过多占用星际链路资源，所以提出一种全球 通信的切换方案，该方案只需要一个信关控制子系统，并依 靠卫星上的处理功能实现全球通信的切换控制。
再通过馈电链路发给信关控制子系统，由信关控制子系统为
用户分配资源，然后发给用户切换消息，用户切换完成后通
过星际链路给信关控制子系统返回切换完成消息用于更新
无线资源[3-6]。这样星内切换是在用户和卫星间完成，而星间
切换是在信关控制子系统--卫星--用户间完成。
星内切换和星间切换时延[7]比较分别为式(1)，式(2)：
2010 年第 08 期，第 43 卷 总第 224 期
通信技术 Communications Technology
Vol.43，No.08,2010 No.224,Totally
通信卫星切换控制技术研究及仿真
郭 松， 刘 伟， 郭 伟
（电子科技大学 通信抗干扰技术国家重点实验室，四川 成都 610054）
37
38
当前仿真时间/s
39 40
图 3 星内星间切换时延比较 星内切换免去了一定比例的向卫星申请信道的消息，使 得切换信令开销有所减少。图 4 分别是在不同呼叫间隔时间 下优化的最近距离切换和最近距离切换代价图，修改前后分 别为 0.7%和 0.6%左右，相对于原来的切换代价，修改以后 的策略使得切换代价在比例上降低了 14%。 节省的信令开销来至于信关控制子系统向卫星申请信 道的信令交互过程。由于星际路由会产生的延时、掉包等情 况，单纯依赖信关控制子系统控制所有全球用户的切换方案 将会影响切换成功率，增大时延，而采用具有星上处理的星
得到的时延是不包括节点处理时间的。
1.7
1.6