Broadband satellite communications networks have numerous advantages. However, these advantages come along with a challenge. Several problems should be resolved effectively. In networking aspect, these problems include mobility management, radio resource management, call control, intersatellite link (ISL) routing, integration of terrestrial and satellite mobile networks, and network dimensioning. In the thesis, the intersatellite link routing problem, radio resource management, and handover are focused on.
The trend toward broadband communications in space is foreseeable, and its features predestine ATM as the basic mode of operation. Some of the low and medium earth orbit satellite concepts make use of intersatellite links to provide global connectivity. The ISL’s have a time varying distance or may even loose sight of each other. This feature composes of the ISL topology dynamics, which significantly increases the complexity of connection-oriented network operation and routing. We deal with the routing problem to minimize the virtual path connection (VPC) handover rate and path delay in the time varying ISL subnetwork topology. An algorithm is proposed to obtain an optimal solution of this problem, which is based on dynamic programming. For evaluation of our algorithm, some computational results have been presented. These results show that our optimization algorithm can produce a much better solution than the previous algorithm.
As a low earth orbit (LEO) satellite moves along its orbit, its relative position to the earth changes continuously and so does the traffic requirement for each satellite pair. This leads to the fluctuation of the offered traffic for each intersatellite link. Therefore, a careful routing algorithm is necessary in order that the offered traffic always does not exceed the capacity of the intersatellite link. To tackle this, we define a routing problem considering both of the VPC handover and the ISL capacity constraints, and propose a heuristic algorithm to deal with this problem, which is based on Lagrangean relaxation and dynamic programming. For evaluation of our algorithm, some computational results have been presented. These results show that our optimization algorithm can produce a solution close to an optimal solution.
In respect of radio resource management and call control, we suggest a new dynamic channel assignment (DCA) scheme. This scheme is based on position measurement and the characteristic of an LEO that the mobility in the system can be approximated by the deterministic movement of the satellite travel with a constant speed. The user location information and deterministic mobility model provide us the future handover behaviors of user terminals. Our new DCA scheme to use these eliminates forced call terminations due to handover failure. The results of the computational experiments have shown that our algorithm is superior to other DCA schemes.
광대역 위성통신은 많은 장점을 지니고 있으나 그것을 현실화하기 위해서는 효과적으로 해결해야 할 여러 가지 문제가 있다. 이러한 문제들에는 이동성 관리 (mobility management), 무선 자원관리 (radio resource management), 호 제어 (call control), 위성간 링크망에서의 라우팅 (intersatellite link routing), 지상 망과의 연동 등의 문제가 있다. 본 논문에서는 이중에서도 위성간 링크망에서의 라우팅, 무선 자원관리, 그리고 핸드오버의 문제에 초점을 맞춘다.
위성에서의 광대역 통신은 곧 가시화될 것으로 보이며 그 본질적인 특성상 ATM 방식으로 진행될 것이다. 몇몇 비정지 궤도 위성은 위성간 링크를 사용하는데, 이 링크는 항상 거리가 변화하고, 심한 경우는 연결이 끊기기도 한다. 이것은 연결 중심 (connection-oriented)의 망의 운영과 라우팅을 매우 복잡한 문제로 만든다. 본 논문에서는 전송지연과 가상경로 핸드오버 (virtual path connection handover)의 수를 최소화하는 위성간 링크로 구성된 망에서의 라우팅 문제를 다루었다. 이 문제의 최적해를 구하는 알고리즘을 알고리즘을 제안했는데 이것은 동적계획법에 기반을 둔 알고리즘이다. 본 논문에서 제안한 알고리즘의 성능이 우수함을 다양한 실험을 통하여 보여주었다.
저궤도 위성은 궤도를 따라 움직임으로 인해서 지표면의 서비스 지역이 항시 변화한다. 이는 위성간 트래픽량이 항상 변화하게 만든다. 또한 이러한 위성간 트래픽의 변동은 위성간 링크를 통과하는 트래픽량의 변동을 가져온다. 항상 변화하는 링크의 트래픽양이 항상 링크의 용량을 초과하지 않게 하려면 주의 깊은 라우팅이 필요하다. 이러한 문제를 해결하기 위해서 본 논문에서는 위성간 링크의 용량의 제한이 있는 경우를 고려한 위성간 링크망에서의 라우팅 문제를 다루었다. 연구의 결과로 하나의 휴리스틱 알고리즘을 제안하였는데 이 알고리즘은 라그란쥐 완화법과 동적 계획법에 기초를 두고 있다. 모의실험을 통해 알고리즘의 성능을 평가해 본 결과 최적해에 근사하는 값을 얻을 수 있었다.
마지막으로 본 논문은 무선 자원의 효율적인 사용과 성공적인 핸드오버 기법에 관한 연구를 수행하였다. 그 결과 핸드오버 실패로 인한 호 강제 종료를 없앨 수 있는 동적 채널 할당 방법을 제안하였다. 이 알고리즘은 사용자의 위치 파악과 이동성에 관한 저궤도 위성망의 독특한 특성에 기초를 두고 있다. 우리는 이 두가지를 이용함으로써 사용자의 미래의 핸드오버를 예측할 수 있었고 이를 이용하여 핸드오버 실패를 예방할 수 있는 동적 채널 할당 방법을 개발할 수 있었다. 모의실험의 결과는 여타의 다른 전형적인 동적채널 할당 방법에 비해 새로 제안한 알고리즘이 매우 우수함을 보여주었다.
