卫星网络频谱碎片整理方法、装置、系统及存储介质与流程

1.本发明涉及卫星通信技术，尤其与一种卫星网络频谱碎片整理方法、装置、系统及存储介质相关。


背景技术：

2.卫星通信应用中，为了满足多个端站设备的数据转发，一般采用星型组网模式，即一个中心站与多个端站进行组网，中心站到各个端站的前向链路数据通过tdm（时分复用）进行下发，所有端站共用前向带宽，且前向带宽一般不会轻易变动；下游端站到中心站的反向链路数据通过端站进行发射，中心站的dtru（多业务接收机）来接收，一般一个端站占用一段频谱，端站有业务报文需要发送时，则向中心站后端ncc（网络控制中心）发送资源申请请求，ncc收到之后为端站分配频谱资源。当端站持续一段时间无业务报文时，端站主动申请释放频谱资源，ncc收到端站的释放频谱资源请求后，将频谱资源释放，供其他端站使用。
3.在动态的业务建立和拆除过程中, 各自链路上空闲的频谱资源会变的不连续, 形成频谱碎片(spectrum fragment)，无法承载新来的业务请求。频谱碎片的产生过程如图1所示。假如ncc管理的资源池频谱带为f1，当ncc收到端站a的资源申请时，ncc便为a分配了频带a，接着又收到了端站b的资源申请，然后又为端站b分配了频带b，再过一段时间之后端站a没有了业务流量，所以端站a申请释放资源，于是ncc便将端站a占用的频带a释放掉，这时频谱池f1被b切割成了f11以及f12，如果此时再有端站来申请频谱带宽，且端站c申请的频谱带宽长度apply_bw>f11且apply_bw<f11+f12，那么此时尽管频谱资源池有空闲频带，也无法分配，因为f11与f12不连续，没法使用，单个f11或者f12的带宽又不够用，这时f11与f12就被认为是碎片了。以上即为的频谱碎片产生的一种简单过程。频谱池的碎片化程度随着端站数量和资源申请与释放频率会逐步增加。碎片化越高，导致有频谱资源却不可用的情况就会越多。如果频谱池中存在大量的频谱碎片，那么这就会降低网络的频谱资源使用效率, 增加了业务阻塞率, 严重影响网络性能。


技术实现要素：

4.本发明主要针对上述相关现有技术的不足与缺陷，提供一种卫星网络频谱碎片整理方法、装置、系统及存储介质，最大限度的将频谱资源池的碎片整理起来，将多个频谱碎片搬移到一起成为一段连续的频谱带，供有业务申请的端站使用，最大程度利用频谱资源，避免频谱资源的浪费。
5.为了实现上述目的，本发明采用以下技术：一种卫星网络频谱碎片整理方法，在当前没有空闲频谱能够直接适配当前端站请求的频谱带宽时，且所有碎片的带宽之和大于等于当前端站请求频谱带宽大小时进行，包括步骤：将所有碎片按照频谱池的位置依次排列；进行n
‑
1轮筛选，n为所有碎片的总数，第n轮筛选是从第n个碎片开始依次向后找
出连续的且大于等于当前端站请求频谱带宽大小的最小数量碎片组合作为匹配队列，n=1,2,
……
，n
‑
1；找出各碎片间隔之和最小的匹配队列，作为最优匹配队列；释放最优匹配队列中碎片之间已经分配的频谱，分配新的频谱。
6.碎片是指位于频谱池的空闲资源，碎片之间间隔为已分配的频谱段数量或为0。
7.一种卫星网络频谱碎片整理装置，用于在当前没有空闲频谱能够直接适配当前端站请求的频谱带宽、且所有碎片的带宽之和大于等于当前端站请求频谱带宽大小时进行整理，包括：排序模块，用于将所有碎片按照频谱池的位置依次排列；筛选模块，用于进行n
‑
1轮筛选，n为所有碎片的总数，第n轮筛选是从第n个碎片开始依次向后找出连续的且大于等于当前端站请求频谱带宽大小的最小数量碎片组合作为匹配队列，n=1,2,
……
，n
‑
1；最优解模块，用于找出各碎片间隔之和最小的匹配队列，作为最优匹配队列；分配模块，用于释放最优匹配队列中碎片之间已经分配的频谱，分配新的频谱。
8.碎片是指位于频谱池的空闲资源，碎片之间间隔为已分配的频谱段数量或为0。
9.一种卫星网络频谱碎片整理系统，包括：设于卫星组网的网络控制中心ncc，卫星组网中包括一个中心站和多个端站；网络控制中心ncc用于在当前没有空闲频谱能够直接适配当前端站请求的频谱带宽、且所有碎片的带宽之和大于等于当前端站请求频谱带宽大小时，执行如前文所述的星网络频谱碎片整理方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如前文所述的卫星网络频谱碎片整理方法。
11.本发明有益效果在于：当端站申请频谱带宽时，发现没有空闲频谱能够适配端站的申请带宽，而多个频谱碎片的叠加又能够满足端站的申请带宽时，通过本申请的实施可以最大限度的将频谱资源池的碎片整理起来，将多个频谱碎片搬移到一起成为一段连续的频谱带，供有业务申请的端站使用，使更多的端站能够使用频谱进行业务报文的传输，最大程度利用频谱资源，避免频谱资源的浪费。
附图说明
12.本文描述的附图只是为了说明所选实施例，而不是所有可能的实施方案，更不是意图限制本发明的范围。
13.图1为卫星频谱碎片的产生过程示意图。
14.图2为本申请实施例的整理方法流程框图。
15.图3为本申请实施例的频谱碎片整理过程示意图。
16.图4为本申请实施例的匹配队列筛选过程示意图。
17.图5为本申请实施例的整理方法详细实施流程图。
18.图6为本申请实施例的整理装置结构框图。
19.图7为本申请实施例的整理系统结构框图。
具体实施方式
20.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的实施方式进行详细说明，但本发明所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
21.频谱池的碎片化程度随着端站数量和资源申请与释放频率会逐步增加。碎片化越高，导致有频谱资源却不可用的情况就会越多，本申请的实施例将最大限度的将频谱资源池的碎片整理起来，最大程度利用频谱资源，避免频谱资源的浪费。
22.频谱碎片整理的过程就是频谱搬移的过程，将多个频谱碎片搬移到一起，使其成为一段连续的频谱带，供有业务申请的端站使用。
23.要想将多个不连续的碎片整理到一起，就需要将位于多个碎片中间的已分配的频谱释放掉，然后重新分配，这样才能实现频谱碎片的整理。然而将已分配的端站频谱释放重新分配会对这个端站的业务报文传输产生一定影响，所以为了尽可能减少对已分配端站报文传输的影响，本申请实施例这里的频谱碎片整理并不是将频谱池的所有已分配频谱全部释放掉然后重新分配这样简单，而是仅当端站申请频谱带宽时，发现没有空闲频谱能够适配端站的申请带宽，且多个频谱碎片的叠加又能够满足他的申请带宽时，进行本申请实施例的实施来完成频谱碎片整理。
24.实施例一本实施例提供一种卫星网络频谱碎片整理方法，其步骤流程如图2所示，包括步骤：s1：将所有碎片按照频谱池的位置依次排列。
25.s2：进行n
‑
1轮筛选，n为所有碎片的总数，第n轮筛选是从第n个碎片开始依次向后找出连续的且大于等于当前端站请求频谱带宽大小的最小数量碎片组合作为匹配队列，n=1,2,
……
，n
‑
1。
26.s3：找出各碎片间隔之和最小的匹配队列，作为最优匹配队列。
27.s4：释放最优匹配队列中碎片之间已经分配的频谱，分配新的频谱。
28.下面就上述步骤进行进一步的详细说明。
29.频谱碎片整理的大致过程可以参见如图3所展示的示意图：假定本次的整理目标是将碎片f1和f2整理成连续的频谱，供端站使用，那么需要将位于f1和f2之间b、c两段已分配的频谱回收释放，然后使端站重新申请频谱资源，在重新分配的时候进行连续分配，使f1和f2构成连续频谱。
30.假定端站向ncc请求申请频谱带宽的带宽大小为apply_bw，那么首先需要满足的便是多个碎片的带宽之和必须大于等于apply_bw，即∑fn >= apply_bw，另外需要尽可能少的影响已分配的端站，所以位于碎片之间的已分配频谱应该越少越好。这便是本实例的整理方法的算法目标。即首先需要从f1、f2、f3、f4、f5中取出连续的多个频谱段作为匹配队列，使得这个匹配队列内的频谱段带宽之和大于申请带宽apply_bw，满足这个条件的匹配队列一般会有多个。其次要从多个匹配队列中选取那些需要释放已分配端站最少的匹配队列作为碎片整理的目标。若把f1、f2、f3、f4、f5的带宽看成数字的话，那么抽象出数学模型就是从一个数组中取出一串连续的数字，使得这些数字的和大于申请带宽。比如可以是f1、f2、f3，也可以是f2、f3，亦或者是f4、f5，但不应该是f2、f4，因为f2与f4在位置上不连续。
31.由于需要选取最优解（即影响已分配端站最少），将碎片与前一个碎片之间存在的已分配的频谱段数量作为这个碎片的影响因子，标记为碎片间隔，那么f1的碎片间隔为0（前面没有碎片），f2的碎片间隔为2（包括b和c），f3的碎片间隔为1（包括了d），以此类推。
32.1、将所有碎片按照频谱池的位置依次排列，从第一个碎片开始依次向后找出连续的大于等于apply_bw的碎片作为匹配队列，第一轮筛选出的匹配队列为q1：f1、f2、f。
33.2、第二轮将开始坐标后移一位，从f2开始依次向后找出连续的大于等于apply_bw的碎片作为匹配队列，第二轮筛选出的匹配队列为q2：f2、f3、f4。
34.3、第三轮将开始坐标后移一位，从f3开始依次向后找出连续的大于等于apply_bw的碎片作为匹配队列，所以第三轮筛选出的匹配队列为q3：f3、f4。
35.4、第四轮将开始坐标再次向后移一位，从f4开始依次向后找出连续的大于等于apply_bw的碎片作为匹配队列，由于f4+f5<apply_bw，本轮没有匹配队列。
36.经过以上步骤之后，找出了3个匹配队列，分别为q1、q2、q3。根据碎片间隔作为权重之一，从这3个匹配队列中选出各自碎片间隔之和最小的即为最优的匹配队列，这里q3即为最优的匹配队列。
37.然后释放最优匹配队列中碎片之间已经分配的频谱，分配新的频谱。
38.本实例整理过程更加详细的整理过程可以参见图5所示。
39.实施例二本实例提供一种卫星网络频谱碎片整理装置，用于在当前没有空闲频谱能够直接适配当前端站请求的频谱带宽、且所有碎片的带宽之和大于等于当前端站请求频谱带宽大小时进行整理。
40.如图6所示，本实例的整理装置包括排序模块、筛选模块、最优解模块和分配模块。
41.排序模块将所有碎片按照频谱池的位置依次排列。
42.筛选模块进行n
‑
1轮筛选，n为所有碎片的总数，第n轮筛选是从第n个碎片开始依次向后找出连续的且大于等于当前端站请求频谱带宽大小的最小数量碎片组合作为匹配队列，n=1,2,
……
，n
‑
1。
43.最优解模块找出各碎片间隔之和最小的匹配队列，作为最优匹配队列；分配模块释放最优匹配队列中碎片之间已经分配的频谱，分配新的频谱。
44.碎片是指位于频谱池的空闲资源，碎片之间间隔为已分配的频谱段数量或为0。
45.本实例的整理装置进行碎片整理的详细步骤可以参见如图5所示的流程图。
46.实施例三本实例的一种卫星网络频谱碎片整理系统，包括：设于卫星组网的网络控制中心ncc，卫星组网中包括一个中心站和多个端站。
47.本实例的网络控制中心ncc用于在当前没有空闲频谱能够直接适配当前端站请求的频谱带宽、且所有碎片的带宽之和大于等于当前端站请求频谱带宽大小时，执行如实施例一或如图5所示的星网络频谱碎片整理方法。
48.执行如图5所示的整理方法的详细流程为：首先判断是否存在碎片，若不存在，则结束流程。
49.若存在碎片，则进一步判断所有碎片频谱带宽之和是否≥apply_bw。
50.若否，则结束流程
若是，则计算每个碎片的碎片间隔，根据频谱池位置送入碎片队列。
51.然后将碎片队列的第一个元素位置标记为sfrag。
52.判断sfrag是否位于最后一个碎片的前面：若否，则跳转至筛选步骤，从结果集中筛选出总碎片间隔最小的匹配队列作为碎片整理的目标；若是，将sfrag插入匹配队列，将sfrag的后一个碎片标记为efrag。判断efrag的位置是否溢出，若是溢出，则将sfrag向后移动一位元素，返回执行判断sfrag是否位于最后一个碎片的前面；若未溢出，则将efrag插入匹配队列，计算匹配队列的总带宽total_bw，即所有碎片带宽之和。
53.判断total_bw是否≥apply_bw，若大于等于，将匹配结果纳入结果集，并将sfrag向后移动一位元素，返回执行判断sfrag是否位于最后一个碎片的前面；若不大于，将efrag向后移动一位元素，返回执行判断判断efrag的位置是否溢出。
54.从结果集中筛选出总碎片间隔最小的匹配队列作为碎片整理的目标之后，释放碎片之间已分配的频谱，分配新的频谱，结束流程。
55.实例例四本实例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，在所述计算机程序被处理器运行时控制所述存储介质所在设备执行如实施例一的卫星网络频谱碎片整理方法。具体的，也可以按如图5所示的流程图进行执行。
56.以上仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。