CN113114342B - 面向典型移动特性的卫星通信自适应位置管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种面向典型移动特性的卫星通信自适应位置管理方法，其步骤为：移动用户构建、更新并持续监测移动轨迹列表，判断是否进入往复状态或者惯常轨迹状态；移动用户向信关站发送往复波束/惯常轨迹绑定请求；信关站将请求信息中包含的波束与移动用户绑定，并向移动用户发送绑定确认信息；移动用户在接收到绑定确认信息后，在绑定波束内不再发送位置更新请求；移动用户进入绑定波束以外的波束时，向信关站发送波束解绑请求；信关站解除移动用户的波束绑定并发送解绑确认信息。本发明针对移动用户往复和惯常轨迹两种典型移动状态，提出适应状态移动特性的位置管理方法，能够有效降低位置更新的资源开销。

Description

面向典型移动特性的卫星通信自适应位置管理方法

技术领域

本发明涉及卫星移动通信技术，尤其涉及一种面向典型移动特性的卫星通信自适应位置管理方法。

背景技术

位置管理技术是卫星移动通信系统中网络移动性管理的关键技术，影响着整个系统的性能和运行开销。位置管理由位置更新和系统寻呼两个进程组成。当移动地面站穿越不同波束覆盖区域或进入注册区域时，通过位置更新向系统报告自己的位置，使系统能够跟踪用户位置的动态变化；当有呼叫到达时，系统则通过寻呼获取用户的当前位置信息，以使系统能够将呼叫传递给移动用户。

卫星移动通信系统中，传统位置管理方法采用静态位置更新策略，当移动用户进入到与前一个波束不同的波束位置区域时，将向系统发出位置更新请求，因此，静态位置更新策略不对所有类型和运动方式的移动用户进行区分。实际应用中，存在部分具有典型移动特性的移动用户，第一类是在一定时间段内不断往复于几个波束之间的用户，这是由于当突发事件，如自然灾害恰好发生于波束边界时，会产生大量高速终端往返于相邻波束的情形，此时，若每个移动用户在跨越波束移动时都进行位置更新请求，将产生大量的位置开更新销，同时可能出现乒乓效应，严重影响系统性能；第二类是具有固定运动轨迹的移动用户，如具有航线的飞机、列车、船只等，该类移动用户会穿越多个波束，其运动模式在较长时间段内都保持相对固定的运动规律，并且如果其一旦发生轨迹变动，在变动后又将长期保持改变后的运动规律，因此，需要针对这一类用户的位置更新和寻呼策略进行优化，将进一步降低系统的总体开销。

发明内容

针对多波束卫星移动通信系统的位置管理开销较大的问题，本发明公开了一种面向典型移动特性的卫星通信系统自适应位置管理方法，卫星通信系统由多波束卫星，地面信关站和地面移动用户组成，地面移动用户在穿越不同波束覆盖区域的过程中，根据位置管理方法进行位置更新并告知信关站其自身所在波束，其具体步骤为：

S1，移动用户根据自身移动过程中访问的波束信息，在本地构建、更新并持续监测移动轨迹列表L_traj，移动轨迹列表L_traj用于记录该移动用户自身的移动信息，移动轨迹列表包含若干个移动轨迹序列记录，移动用户的每一次运动轨迹对应一个移动轨迹序列记录，移动轨迹序列记录中包含了索引号I_nx、轨迹序列T_raj和重复次数F_eq三类变量，移动轨迹列表L_traj表示为L_traj{I_nx,T_raj,F_eq}，其中轨迹序列T_raj按移动用户在一次运动轨迹中访问波束的时间先后顺序依次存储了移动用户所访问的波束，重复次数为该移动用户在一次运动轨迹中访问相同轨迹序列的次数；

S2，移动用户每访问一个新的波束时，更新移动轨迹列表L_traj，将L_traj中对应的移动轨迹序列记录中的重复次数变量增加1，判断该移动用户是否进入往复轨迹状态，若判断认定移动用户进入往复轨迹状态，即移动用户将重复的往返于上述T_raj所包含的波束之间，此时执行步骤S4，若未判断认定移动用户进入往复轨迹状态，执行步骤S3；

所述的往复轨迹状态，是指对于移动用户，若连续N次更新移动轨迹列表L_traj时，其数值增加的重复次数变量均被包含在3条移动轨迹序列记录之内，且该3条移动轨迹序列记录中的的轨迹序列T_raj所包含的波束信息均相同。

S3，判断移动用户是否进入惯常轨迹状态，若判断移动用户进入惯常轨迹状态，执行步骤S6，若判断移动用户未进入惯常轨迹状态，执行步骤S2；

所述的惯常轨迹状态，即移动用户沿着固定的路径移动，并依次访问移动轨迹列表中各个移动轨迹序列记录中所记录的波束，该过程中移动用户所经过的路径称为惯常轨迹段；若移动轨迹列表L_traj中出现所包含的波束数量超过3个的轨迹序列T_raj的移动轨迹序列记录超过3条时，判断移动用户进入惯常轨迹状态，否则判断移动用户未进入惯常轨迹状态；

S4，进入往复轨迹状态的移动用户，将其时间上最近N次更新移动轨迹列表L_traj时，重复次数变量有增加的全部移动轨迹序列记录中的轨迹序列T_raj所包含的波束信息存入集合W，并在移动用户下一次向信关站发送位置更新请求时，同步发送包含波束编号的往复波束绑定请求；

S5，信关站在接收到来自移动用户的往复波束绑定请求后，将往复波束绑定请求中包含的波束编号与该移动用户绑定，随后转至步骤S8；

S6，移动用户将所包含波束数量超过3个的移动轨迹序列记录存入集合U，搜索集合U获得惯常轨迹段并存入惯常轨迹段集合Γ，当移动用户在后续移动过程中进入到惯常轨迹段集合Γ中任一惯常轨迹段的起始波束中时，移动用户向信关站发送位置更新请求和惯常轨迹绑定请求；

S7，信关站在接收到来自移动用户的惯常轨迹绑定请求后，将惯常轨迹绑定请求中惯常轨迹涉及的波束与移动用户绑定；

S8，信关站向移动用户发送波束绑定确认信息，此后当该移动用户被其他移动用户呼叫时，信关站在该移动用户绑定的全部波束内同时发送寻呼请求信息；

S9，移动用户接收到绑定确认信息后，在绑定的波束内跨波束移动时，不再向信关站发送位置更新请求；

S10，当移动用户进入到绑定波束以外的波束中时，认定其脱离当前往复或惯常轨迹状态，移动用户向信关站发送位置更新请求和波束解绑请求；

S11，信关站在接收到来自移动用户的波束解绑请求后，解除该移动用户的绑定波束，并向该移动用户发送解绑确认信息，此后，当该移动用户被其他移动用户呼叫时，信关站仅在该移动用户最后一次位置更新请求中说明的波束内发送寻呼请求信息；

S12，移动用户接收到信关站发送的解绑确认信息后，清空L_traj并转至步骤S1。

本发明的有益效果为：本发明针对移动用户往复和惯常轨迹两种典型移动状态，提出了适应状态移动特性的位置管理方法，通过监测并绑定往复波束，有效避免了乒乓效应，通过监测并绑定惯常轨迹波束，有效减少了用户位置更新次数，能够在保证寻呼效率的前提下，实现位置更新资源开销的降低。

附图说明

图1所示为本发明的面向典型移动特性的卫星通信自适应位置管理方法的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明公开了一种面向典型移动特性的卫星通信系统自适应位置管理方法，卫星通信系统由多波束卫星，地面信关站和地面移动用户组成，移动用户在穿越不同波束覆盖区域的过程中，根据位置管理方法进行位置更新并告知信关站自身所在波束，如图1所示，所述的位置管理方法包括以下步骤：

S1，移动用户根据自身移动过程中访问的波束信息，在本地构建、更新并持续监测移动轨迹列表L_traj，移动轨迹列表L_traj用于记录该移动用户自身的移动信息，移动轨迹列表包含若干个移动轨迹序列记录，移动用户的每一次运动轨迹对应一个移动轨迹序列记录，移动轨迹序列记录中包含了索引号I_nx、轨迹序列T_raj和重复次数F_eq三类变量，移动轨迹列表L_traj表示为L_traj{I_nx,T_raj,F_eq}，其中轨迹序列T_raj按移动用户在一次运动轨迹中访问波束的时间先后顺序依次存储了移动用户所访问的波束，重复次数为该移动用户在一次运动轨迹中访问相同轨迹序列的次数；

所述的移动轨迹列表L_traj，其本地构建和更新方法，具体步骤包括：

S101，初始化移动轨迹列表

初始化前序轨迹

表示空集；

S102，当移动用户访问一个新的波束时，将该波束设为当前波束B_cur；

S103，移动用户遍历移动轨迹列表L_traj，查询其是否存在轨迹序列{P,B_cur}，若存在，则执行步骤S104，否则执行步骤S105，此处{P,B_cur}表示将当前波束B_cur接续在前序轨迹P中的序列之后，从而形成的新轨迹序列；

S104，用轨迹序列{P,B_cur}对前序轨迹P进替换，将L_traj中{P,B_cur}对应的移动轨迹序列记录中的重复次数变量加1，转至步骤S102；

S105，在移动轨迹列表L_traj中新增一条移动轨迹序列记录{P,B_cur}，该记录中的重复次数变量记为1，将P删除，转至步骤S102；

S2，移动用户每访问一个新的波束时，更新移动轨迹列表L_traj，将L_traj中对应的移动轨迹序列记录中的重复次数变量增加1，判断该移动用户是否进入往复轨迹状态，若判断认定移动用户进入往复轨迹状态，即移动用户将重复的往返于上述T_raj所包含的波束之间，此时执行步骤S4，若未判断认定移动用户进入往复轨迹状态，执行步骤S3；

所述的往复轨迹状态，是指对于移动用户，若连续N次更新移动轨迹列表L_traj时，其数值增加的重复次数变量均被包含在3条移动轨迹序列记录之内，且该3条移动轨迹序列记录中的的轨迹序列T_raj所包含的波束信息均相同。

S3，判断移动用户是否进入惯常轨迹状态，若判断移动用户进入惯常轨迹状态，执行步骤S6，若判断移动用户未进入惯常轨迹状态，执行步骤S2；

所述的惯常轨迹状态，即移动用户沿着固定的路径移动，并依次访问移动轨迹列表中各个移动轨迹序列记录中所记录的波束，该过程中移动用户所经过的路径称为惯常轨迹段；若移动轨迹列表L_traj中出现所包含的波束数量超过3个的轨迹序列T_raj的移动轨迹序列记录超过3条时，判断移动用户进入惯常轨迹状态，否则判断移动用户未进入惯常轨迹状态；

S4，进入往复轨迹状态的移动用户，将其时间上最近N次更新移动轨迹列表L_traj时，重复次数变量有增加的全部移动轨迹序列记录中的轨迹序列T_raj所包含的波束信息存入集合W，并在移动用户下一次向信关站发送位置更新请求时，同步发送包含波束编号的往复波束绑定请求；

S5，信关站在接收到来自移动用户的往复波束绑定请求后，将请求信息中包含的波束编号与该移动用户绑定，随后转至步骤S8；

S6，移动用户将所包含波束数量超过3个的移动轨迹序列记录存入集合U，搜索集合U获得惯常轨迹段并存入惯常轨迹段集合Γ，当移动用户在后续移动过程中进入到惯常轨迹段集合Γ中任一惯常轨迹段的起始波束中时，移动用户向信关站发送位置更新请求和惯常轨迹绑定请求；

假设包含波束数量超过3个的移动轨迹序列记录共有M条，将这M条移动轨迹序列记录表示为T_raj,i，i＝1,2,...,M，集合U表示为U＝{T_raj,1,T_raj,2,...,T_raj,M}，所述的搜索集合U获得惯常轨迹段并存入惯常轨迹段集合Γ，其具体步骤包括：

S601，设定搜索最小重复率为δ，初始化搜索次数s＝1，初始化候选轨迹段集合

初始化惯常轨迹段集合

表示空集；

S602，若s＝1，执行步骤S603，否则执行步骤S604；

S603，遍历集合U，统计集合U中包含的所有波束信息和重复次数变量，存入候选轨迹段集合C，其中候选轨迹段集合C包括两列数据，第1列数据存储候选轨迹段，第2列数据存储候选轨迹段中的重复次数变量，转至步骤S605；

S604，遍历集合U，统计以惯常轨迹段集合Γ中各惯常轨迹段为起始，长度为s的所有轨迹段及对应的重复次数变量，存入候选轨迹段集合C，转至步骤S605；

S605，对候选轨迹段集合C进行筛选，删除候选轨迹段的重复次数小于等于δ·s的行，判断候选轨迹段集合C是否为空集，若是，执行步骤S606，否则，将候选轨迹段集合C中第一列的候选轨迹段存入惯常轨迹段集合Γ，将搜索次数s增加1，转至步骤S604；

S606，输出惯常轨迹段集合Γ。

S7，信关站在接收到来自移动用户的惯常轨迹绑定请求后，将惯常轨迹绑定请求中惯常轨迹涉及的波束与移动用户绑定；

S8，信关站向移动用户发送波束绑定确认信息，此后当该移动用户被其他移动用户呼叫时，信关站在该移动用户绑定的全部波束内同时发送寻呼请求信息；

S9，移动用户接收到绑定确认信息后，在绑定的波束内跨波束移动时，不再向信关站发送位置更新请求；

S10，当移动用户进入到绑定波束以外的波束中时，认定其脱离当前往复/惯常轨迹状态，移动用户向信关站发送位置更新请求和波束解绑请求；

S11，信关站在接收到来自移动用户的波束解绑请求后，解除该移动用户的绑定波束，并向该移动用户发送解绑确认信息，此后，当该移动用户被其他移动用户呼叫时，信关站仅在该移动用户最后一次位置更新请求中说明的波束内发送寻呼请求信息；

S12，移动用户接收到信关站发送的解绑确认信息后，清空L_traj并转至步骤S1。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请。对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。

Claims (3)

1.一种面向典型移动特性的卫星通信系统自适应位置管理方法，其特征在于，卫星通信系统由多波束卫星，地面信关站和地面移动用户组成，地面移动用户在穿越不同波束覆盖区域的过程中，根据位置管理方法进行位置更新并告知信关站其自身所在波束，其具体步骤为：

S1，移动用户根据自身移动过程中访问的波束信息，在本地构建、更新并持续监测移动轨迹列表L_traj，移动轨迹列表L_traj用于记录该移动用户自身的移动信息，移动轨迹列表包含若干个移动轨迹序列记录，移动用户的每一次运动轨迹对应一个移动轨迹序列记录，移动轨迹序列记录中包含了索引号I_nx、轨迹序列T_raj和重复次数F_eq三类变量，移动轨迹列表L_traj表示为L_traj{I_nx,T_raj,F_eq}，其中轨迹序列T_raj按移动用户在一次运动轨迹中访问波束的时间先后顺序依次存储了移动用户所访问的波束，重复次数为该移动用户在一次运动轨迹中访问相同轨迹序列的次数；

S2，移动用户每访问一个新的波束时，更新移动轨迹列表L_traj，将L_traj中已存在轨迹序列对应的移动轨迹序列记录中的重复次数变量增加1，判断该移动用户是否进入往复轨迹状态，若判断认定移动用户进入往复轨迹状态，执行步骤S4，若未判断认定移动用户进入往复轨迹状态，执行步骤S3；

所述的往复轨迹状态，是指对于移动用户，若连续N次更新移动轨迹列表L_traj时，其数值增加的重复次数变量均被包含在3条移动轨迹序列记录之内，且该3条移动轨迹序列记录中的轨迹序列T_raj所包含的波束信息均相同；

S3，判断移动用户是否进入惯常轨迹状态，若判断移动用户进入惯常轨迹状态，执行步骤S6，若判断移动用户未进入惯常轨迹状态，执行步骤S2；

所述的惯常轨迹状态，即移动用户沿着固定的路径移动，并依次访问移动轨迹列表中各个移动轨迹序列记录中所记录的波束，该过程中移动用户所经过的路径称为惯常轨迹段；若移动轨迹列表L_traj中出现所包含的波束数量超过3个的轨迹序列T_raj的移动轨迹序列记录超过3条时，判断移动用户进入惯常轨迹状态，否则判断移动用户未进入惯常轨迹状态；

S4，进入往复轨迹状态的移动用户，将其时间上最近N次更新移动轨迹列表L_traj时，重复次数变量有增加的全部移动轨迹序列记录中的轨迹序列T_raj所包含的波束信息存入集合W，并在移动用户下一次向信关站发送位置更新请求时，同步发送包含波束编号的往复波束绑定请求；

S5，信关站在接收到来自移动用户的往复波束绑定请求后，将往复波束绑定请求中包含的波束编号与该移动用户绑定，随后转至步骤S8；

S6，移动用户将所包含波束数量超过3个的移动轨迹序列记录存入集合U，搜索集合U获得惯常轨迹段并存入惯常轨迹段集合Γ，当移动用户在后续移动过程中进入到惯常轨迹段集合Γ中任一惯常轨迹段的起始波束中时，移动用户向信关站发送位置更新请求和惯常轨迹绑定请求；

S7，信关站在接收到来自移动用户的惯常轨迹绑定请求后，将惯常轨迹绑定请求中惯常轨迹涉及的波束与移动用户绑定；

S8，信关站向移动用户发送波束绑定确认信息，此后当该移动用户被其他移动用户呼叫时，信关站在该移动用户绑定的全部波束内同时发送寻呼请求信息；

S9，移动用户接收到绑定确认信息后，在绑定的波束内跨波束移动时，不再向信关站发送位置更新请求；

S10，当移动用户进入到绑定波束以外的波束中时，认定其脱离当前往复或惯常轨迹状态，移动用户向信关站发送位置更新请求和波束解绑请求；

S11，信关站在接收到来自移动用户的波束解绑请求后，解除该移动用户的绑定波束，并向该移动用户发送解绑确认信息，此后，当该移动用户被其他移动用户呼叫时，信关站仅在该移动用户最后一次位置更新请求中说明的波束内发送寻呼请求信息；

S12，移动用户接收到信关站发送的解绑确认信息后，清空L_traj并转至步骤S1。

2.如权利要求1所述的面向典型移动特性的卫星通信系统自适应位置管理方法，其特征在于，所述的移动轨迹列表L_traj，其本地构建和更新方法，具体步骤包括：

S101，初始化移动轨迹列表

初始化前序轨迹

表示空集；

S102，当移动用户访问一个新的波束时，将该波束设为当前波束B_cur；

S103，移动用户遍历移动轨迹列表L_traj，查询其是否存在轨迹序列{P,B_cur}，若存在，则执行步骤S104，否则执行步骤S105，{P,B_cur}表示将当前波束B_cur接续在前序轨迹P中的序列之后，从而形成的新轨迹序列；

S104，用轨迹序列{P,B_cur}对前序轨迹P进替换，将L_traj中{P,B_cur}对应的移动轨迹序列记录中的重复次数变量加1，转至步骤S102；

S105，在移动轨迹列表L_traj中新增一条移动轨迹序列记录{P,B_cur}，该记录中的重复次数变量记为1，将P删除，转至步骤S102。

3.如权利要求1所述的面向典型移动特性的卫星通信系统自适应位置管理方法，其特征在于，所述的步骤S6，假设包含波束数量超过3个的移动轨迹序列记录共有M条，将这M条移动轨迹序列记录表示为T_raj,i，i＝1,2,…,M，集合U表示为U＝{T_raj,1,T_raj,2,...,T_raj,M}，所述的搜索集合U获得惯常轨迹段并存入惯常轨迹段集合Γ，其具体步骤包括：

S601，设定搜索最小重复率为δ，初始化搜索次数s＝1，初始化候选轨迹段集合

初始化惯常轨迹段集合

表示空集；

S602，若s＝1，执行步骤S603，否则执行步骤S604；

S603，遍历集合U，统计集合U中包含的所有波束信息和重复次数变量，存入候选轨迹段集合C，其中候选轨迹段集合C包括两列数据，第1列数据存储候选轨迹段，第2列数据存储候选轨迹段中的重复次数变量，转至步骤S605；

S604，遍历集合U，统计以惯常轨迹段集合Γ中各惯常轨迹段为起始，长度为s的所有轨迹段及对应的重复次数变量，存入候选轨迹段集合C，转至步骤S605；

S605，对候选轨迹段集合C进行筛选，删除候选轨迹段的重复次数小于等于δ·s的行，判断候选轨迹段集合C是否为空集，若是，执行步骤S606，否则，将候选轨迹段集合C中第一列的候选轨迹段存入惯常轨迹段集合Γ，将搜索次数s增加1，转至步骤S604；

S606，输出惯常轨迹段集合Γ。

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