Heterojen trafik altında leo uydu sistemlerinin performans analizi
Performance analysis of leo satellite systems under heterogenous traffic
Yazar: RECEP SELAMİ ÖZBEY
Danışman: PROF. DR. A. HALİM ZAİM
İstanbul Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
Derece: Doktora, 2010
Konu: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol = Computer Engineering and Computer Science and Control
Dizin: Uydu iletişim sistemleri = Satellite communication systems ; Uydu sistemleri = Satellite systems

Özet:
Kablosuz ağ temelli karasal haberleşme servisleri küçük coğrafi alanlarda telekomünikasyon servislerine olanak sağlamaktadır. Alçak yörünge uydu sistemleri hücresel sistemlerin bir tamamlayıcısı olmakla beraber küçük olması, düşük maliyeti ve yeryüzüne yakın oluşundan dolayı birçok avantajı bulunmaktadır. Alçak yörünge uyduları ile dünyayı kapsamak için çok fazla uyduya ihtiyaç duyulmaktadır ve bunun sonucunda ortaya çok fazla üst üste binmiş hücreler çıkmaktadır. Alçak yörünge yeryüzünden ğ000 km. kadar yükseklikteki mesafe için tanımlanmaktadır. Genel tanımlama olarak yeryüzünden 160 - ğ000 km.ıler arası mesafeyi kapsar.LEO uydu sistemleri üzerinde sürekli ve kesintisiz bir haberleşme sağlama isteniyorsa kullanılacak yol için gerekli kaynak ve hedef noktaların belirli olması gerekir. LEO uydu sistemlerinin yüksek derecedeki dinamik yapısı dolayısıyla çağrı süresince bir veya birden fazla kanal değiştirimine gereksinim duyulmaktadır. Bu nedenle çağrı el değiştirme işlemi uydu ağlarındaki temel işlerden bir tanesidir. Günümüzde mevcut çok sayıda çağrı el değiştirme yöntemi bulunmaktadır.Uydu kanal kapasitesinin sınırlı band genişliğinden dolayı kaynaklar, değişik zamanlarda farklı çağrı sürelerine sahip çok sayıda kanal isteğinde bulunan kullanıcı tarafından kulanılmaktadır. Bu nedenle devam eden çağrılar ile yeni gelen çağrılar arasında adaletli bir band genişliği paylaşımına ihtiyaç vardır.Sonuç olarak yeni çağrı kabulü, kaynak yönetimi ve çağrı el değiştirme işlemlerinin yönetimi önemli bir araştırma alanı haline gelmiştir. Bu yüzden kanal yönetim metotları, mevcut kaynakların kullanıcılar arasında adaletli bir şekilde dağıtılmasını garanti etmektedir.Yüksek uydu hareket hızından dolayı alçak yörünge uydularının kapsama bölgeleri çok hızlı bir şekilde değişmektedir. Bundan dolayı sistem çok fazla çağrı el değiştirme işlemine maruz kalmaktadır.Bu çalışmada Eşleştirme Rezervasyon Algoritması (MRA - Matching Reservation Algorithm) adı altında yeni bir algoritma önerilmektedir. Yeni algoritmanın amacı uydu sistemlerindeki haberleşme işlemleri sırasında çağrı el değiştirme işlemlerinin daha iyi yönetilmesi, yeni çağrı bloke oranının düşürülmesi ve başarılı olarak sonlandırılmış çağrı sayısının artırılmasıdır.Bu çalışma kapsamında öncelikli olarak kanal tahsis etme ve rezervasyon yapma teknikleri incelenmiştir. Bu teknikler Garantili El Değiştirme (Guaranteed Handover - GH), Koruyucu Kanal Yöntemi (Guard Channel - GC), Zaman Temelli Kanal Rezervasyon Yöntemi (Time-based Channel Reservation - TCRA) vb. gibi yöntemlerdir. Geliştirmiş olduğumuz MRA yönteminin performansı hem simülasyon hem de analitik olarak incelenmiş olup Garantili El Değiştirme (Guaranteed Handover - GH) ve Koruyucu Kanal Yöntemi (Guard Channel - GC) yöntemleri ile karşılaştırılmıştır. Sonuçlar yeni çağrı bloke olma olasılığı, çağrı zorunlu bloke olma olasılığı, kaynak kullanımı gibi başlıklar altında incelenmiştir.

Abstract:
The terrestrial wireless networks-based communication services provide telecommunication services within a small geographical area. The Low Earth Orbit satellite system complements the cellular systems and is based on the use of small, low-cost satellites orbiting at a low altitude around the Earth. Covering the whole Earth surface requires many satellites, each supporting a large number of overlapping cells. ALow Earth Orbit (LEO) is defined as the area extending from the Earth surface up to an altitude of ğ,000 km. The commonly accepted definition for LEO is between 160 - ğ000 km above the Earth surface.In order to support continuous communication over a LEO satellite system, a path is determined between a source and destination end points. Due to the highly dynamic nature of the LEO satellite systems, one or more links need to be changed during the call duration. Therefore, handovers may be required for satellite networking. There are several handover methods in satellite networks.Limited bandwidth of the satellite channel capacity must be shared by a number of users requesting the channel at different time and for variable call durations. Therefore we need fair sharing of bandwidth between ongoing connections and new connections. As a result new call admission, resource management and handoff management are becoming important areas of research. Channel management methods aim to guarantee the fair distribution of the resources available among the users.Due to the high satellite velocity when placed in low orbits the satellite coverage areas change frequently and these systems face an important number of handover operations.We propose a new channel reservation mechanism called Matching Reservation Algorithm (MRA). The aim of this method are to handle the handover issue, reducing the new call dropping rate and increasing the successful handover rate simultaneously in low earth orbit satellite networks.In this study?s scope, firstly channel allocation and reservation techniques are examined. These techniques are Guaranteed Handover(GH), Guard Channel(GC), Time-based Channel Reservation (TCRA)and etc. The performance of MRA is examined by both simulations and analytically and compared with Guaranteed Handover and Guard Channel algorithms. The results show the behaviour of the schemes and their performance in terms of new call and handover blocking probabilities.