一種基于衛(wèi)星協(xié)同傳輸?shù)馁Y源分配方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于衛(wèi)星協(xié)作的資源分配方法，其中該方法特征為：將GEO間鏈路和GEO-LEO鏈路建模為M/M/1隊(duì)列，建立兩個(gè)系統(tǒng)參數(shù)(系統(tǒng)傳輸時(shí)延、信源緩存隊(duì)列大小)與業(yè)務(wù)流量在轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星間分配結(jié)果的關(guān)系。通過調(diào)整分配方案追求優(yōu)化的系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)，從而突破單鏈路衛(wèi)星通信情況下的傳輸速率限制，提高衛(wèi)星信道的利用率，在提高用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的同時(shí)平衡衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。
【專利說明】-種基于衛(wèi)星協(xié)同傳輸?shù)馁Y源分配方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及無線通信技術(shù)，特別涉及一種協(xié)同傳輸?shù)馁Y源分配方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 衛(wèi)星通信是地球表面基站和低軌衛(wèi)星飛行器等無線電通信站間與空間軌道衛(wèi)星 (作為中繼或信源信宿）進(jìn)行的通信。覆蓋全球的靜止地球軌道GE0衛(wèi)星，軌道高度大約為 36000km，成圓形軌道。通過多址連接的方式，同一個(gè)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器可以聯(lián)接多個(gè)地球站。衛(wèi) 星通信常用的多址聯(lián)接方式有頻分多址聯(lián)接（FDMA)、時(shí)分多址聯(lián)接（TDMA)、碼分多址聯(lián)接 (CDMA)和空分多址聯(lián)接（SDMA)。
[0003] 當(dāng)前的衛(wèi)星通信場(chǎng)景正在向融合和協(xié)同的網(wǎng)絡(luò)化方向發(fā)展，隨著通信業(yè)務(wù)和傳輸 方式的多樣化和業(yè)務(wù)量的加速增加，簡(jiǎn)單的GE0-LE0即傳統(tǒng)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)衛(wèi)星通信模式已經(jīng)不能 滿足當(dāng)前空天信息網(wǎng)絡(luò)中的用戶需求。同時(shí)靜態(tài)軌道衛(wèi)星GE0的增多和通信能力不斷加 強(qiáng)，例如激光通信技術(shù)在GE0上的應(yīng)用使得高軌衛(wèi)星間擁有了較高質(zhì)量的通信鏈路從而可 以進(jìn)行流量的轉(zhuǎn)發(fā)和星間協(xié)作信令的傳輸，提供了進(jìn)行衛(wèi)星協(xié)作的上下行數(shù)據(jù)傳輸?shù)目赡?性。
[0004] 對(duì)現(xiàn)有的空天信息網(wǎng)絡(luò)的衛(wèi)星協(xié)作研究多是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，分層模式以及單鏈 路情況下的傳輸性能進(jìn)行討論。針對(duì)多路協(xié)作傳輸?shù)难芯吭诘孛嫱ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)中開展的較為 廣泛，例如：通過分離快速重傳機(jī)制，CMT的擁塞窗口增長(zhǎng)機(jī)制，延遲的ACK應(yīng)答機(jī)制處理 SCTP并行傳輸協(xié)議中不必要的快速重傳，過多的確認(rèn)包等問題。然而地面網(wǎng)絡(luò)的并傳協(xié)議 與空天場(chǎng)景中的需求相差較大。因?yàn)樾l(wèi)星協(xié)作中涉及的轉(zhuǎn)發(fā)中繼不多，路由算法需求小。同 時(shí)，地面并傳算法對(duì)空間通信中更為重視的全程傳輸時(shí)延缺乏考慮。
[0005] 本發(fā)明通過將GE0間鏈路和GE0-LE0鏈路建模為M/M/1隊(duì)列的方式，建立兩個(gè)系 統(tǒng)參數(shù)（系統(tǒng)傳輸時(shí)延、信源緩存隊(duì)列大?。┖蜆I(yè)務(wù)流量在轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星間分配結(jié)果的關(guān)系。通 過調(diào)整分配方案追求更優(yōu)化的系統(tǒng)目標(biāo)函數(shù)，從而突破單鏈路衛(wèi)星通信情況下的傳輸速率 限制，提高衛(wèi)星信道的利用率，在提高用戶數(shù)據(jù)傳輸速率的同時(shí)平衡衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的負(fù)載。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于衛(wèi)星協(xié)作的資源分配方法。通 過調(diào)整業(yè)務(wù)流量分配方案在單位時(shí)間內(nèi)傳輸更多的數(shù)據(jù)，在一定程度上使得單位時(shí)間 的傳輸時(shí)延最小，并且最大化系統(tǒng)吞吐量。分配子業(yè)務(wù)流時(shí)追求的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)為

【權(quán)利要求】
1. 一種基于衛(wèi)星協(xié)同傳輸?shù)馁Y源分配方法，其特征為 需要將從源GEO進(jìn)入衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)建模為M/M/1隊(duì)列模型，從而利用數(shù)學(xué)方法進(jìn)行 業(yè)務(wù)分配方案對(duì)網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和衛(wèi)星緩存消耗量的計(jì)算。分配子業(yè)務(wù)流時(shí)追求的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù) 為mjnbtDi + ￡v,_],其中Di表示第i顆轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星所屬子流的全程時(shí)延，EXi表示源GE0 A f:l ?-2 為轉(zhuǎn)發(fā)GEOi的業(yè)務(wù)花費(fèi)的緩存開銷和維持中繼星信令花費(fèi)的緩存開銷之比。每條轉(zhuǎn)發(fā)路 徑上的業(yè)務(wù)和信道傳輸速率服從以下條件： 1) 包到達(dá)服從參數(shù)為λ的泊松分布 2) 衛(wèi)星信道服務(wù)速率μ服從指數(shù)分布 3) 各信道中的業(yè)務(wù)子流相互獨(dú)立并仍服從泊松分布。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，分配前的總業(yè)務(wù)流被分為多個(gè)業(yè)務(wù)子流 在不同的網(wǎng)絡(luò)中進(jìn)行傳輸時(shí)，為了對(duì)業(yè)務(wù)子流進(jìn)行傳輸控制，將加入相應(yīng)的控制信令，這必 然加大空口的信令開銷，因此存在?&=>1。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的方法中衛(wèi)星信道中P= ^<1，從 而隊(duì)列的狀態(tài)構(gòu)成的馬爾科夫鏈具有時(shí)間可逆性，即該隊(duì)列的輸出過程仍然服從參數(shù)為λ的泊松分布。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述的多個(gè)Μ/Μ/1隊(duì)列所組成的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā) 子信道中，各隊(duì)列處于平穩(wěn)狀態(tài)，從而各隊(duì)列中的包數(shù)獨(dú)立于過去從該隊(duì)列離開的包數(shù)，而 且各隊(duì)列中的包數(shù)也是互相獨(dú)立的。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，在系統(tǒng)滿足業(yè)務(wù)到達(dá)率服從泊松分布，信 道服務(wù)速率服從指數(shù)分布的條件時(shí)，所述的目標(biāo)函數(shù)中的Di可以通過Μ/Μ/1數(shù)學(xué)模型推導(dǎo) 為β,: = + 其中r^p為轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星GE〇i與源衛(wèi)星之間的跳數(shù)，^。為高軌 A：HdiiOAMA 衛(wèi)星件激光通信信道的業(yè)務(wù)速率。& = (?/Λ)/Al，其中A= 為信道中已由源GEO 2 ~Ai 發(fā)出但還未未被中繼GEO接收的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，γi為對(duì)該GEO負(fù)責(zé)的業(yè)務(wù)需要緩存容量的加權(quán) (根據(jù)其距離源GEO的跳數(shù)而定）。Lx為源GEO與中繼GEO信令通信消耗的緩存，為定值。
【文檔編號(hào)】H04W28/16GK104270793SQ201410479726
【公開日】2015年1月7日 申請(qǐng)日期:2014年9月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月18日
【發(fā)明者】謝剛, 倪楓, 高錦春, 劉元安, 劉凱明, 劉芳, 胡碧波 申請(qǐng)人:北京郵電大學(xué)