一种应用于卫星通信系统的带宽分配方法及系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及卫星通信技术领域，特别是设及一种应用于卫星通信系统的带宽分配 方法及系统。
【背景技术】
[0002] 目前，卫星通信系统具有通信范围大、可靠性高和开通电路迅速等优点，使得卫星 通信系统的使用需求日益提高。
[0003] 但是由于太空环境和生产成本的限制，卫星通信系统中可用的带宽资源非常有 限。而传统的带宽分配方法倾向于关注用户的请求信息，对链路状态信息的关注较少，但 是，链路状态的好坏W及编码方式等因素会对通信质量造成影响，例如：如果对通信质量不 好的链路分配过多的带宽，就造成了带宽资源的浪费。也就是说，现有技术中，并没有兼顾 系统性能和用户请求对带宽进行分配，从而造成卫星系统中的带宽资源并没有被高效地利 用。
[0004] 因此，在卫星通信系统中，如何兼顾系统性能和用户请求对带宽进行分配从而达 到有效利用带宽资源的目的，是一个亟待解决的问题。
【发明内容】
阳〇化]本发明实施例的目的在于提供一种新的应用于卫星通信系统的带宽分配方法及 系统，W兼顾系统性能和用户请求对带宽进行分配，提高卫星系统的带宽资源利用率。具体 技术方案如下：
[0006] 第一方面，本发明实施例提供了一种应用于卫星通信系统的带宽分配方法，包 括：
[0007] 接收目标用户的目标业务请求并确定所述目标业务请求所对应的优先级，其中， 所述目标用户为一个或多个；
[0008]从所述目标业务请求中提取所述目标用户的请求信息，其中，所述请求信息包括 最小保证时隙数和请求时隙数；
[0009] 基于所述优先级、所述最小保证时隙数、当前系统所采用调制方式的目标调制阶 数和当前系统的目标编码速率，利用预先构建的效用函数，生成关于所述目标用户的所分 配时隙数与该所分配时隙数所对应的效用值的关系函数，其中，所述效用函数对应的效用 值用于衡量给所述目标用户分配时隙时所产生的带宽利用率的高低，且对于给定的效用值 X和效用值Y，如果效用值X大于效用值Y，则效用值X所对应的带宽利用率大于效用值Y所 对应的带宽利用率；
[0010] 根据所述请求信息中的最小保证时隙数和请求时隙数、所述关系函数W及当前系 统的可分配时隙总数，构建效用最大化模型；
[0011] 求解所述效用最大化模型在得到最大效用值时所述目标用户的所分配时隙数；
[0012] 根据求解得到的所述效用最大化模型在得到最大效用值时所述目标用户的所分 配时隙数，确定分配给所述目标用户的带宽。
[0013] 可选的，所述预先构建的效用函数为：
[0015] 其中，所述Qi是第i个目标用户的目标业务请求的优先级，所述N是待分配用户 总数，所述Mi是当前系统所采用调制方式的目标调制阶数，所述Ri是当前系统的目标编码 速率，所述mini是第i个目标用户的最小保证时隙数，所述X 1是第i个目标用户的所分配 时隙数。
[0016] 可选的，所述效用最大化模型为：
[0018] 其中，所述maXi是第i个目标用户的请求时隙数，所述mini是第i个目标用户的 最小保证时隙数，所述B是当前系统的可分配时隙总数。
[0019] 可选的，所述根据求解得到的所述效用最大化模型在得到最大效用值时所述目标 用户的所分配时隙数，确定分配给所述目标用户的带宽，包括：
[0020] 将求解得到的所述效用最大化模型在得到最大效用值时所述目标用户的所分配 时隙数和当前系统信道对应的频率通带的乘积作为分配给所述目标用户的带宽。
[0021] 可选的，所述根据求解得到的所述效用最大化模型在得到最大效用值时所述目标 用户的所分配时隙数，确定分配给所述目标用户的带宽，包括：
[0022] 判断所述求解得到的最大效用值对应的所述目标用户的所分配时隙数是否大于 请求时隙数，如果是，将所述目标用户的请求时隙数和当前系统信道对应的频率通带的乘 积作为分配给所述目标用户的带宽；
[0023] 否则，将求解得到的所述效用最大化模型在得到最大效用值时所述目标用户的所 分配时隙数和当前系统信道对应的频率通带的乘积作为分配给所述目标用户的带宽。
[0024] 可选的，所述求解所述效用最大化模型在得到最大效用值时所述目标用户的所分 配时隙数，包括：
[00巧]判断当前系统的可分配时隙总数按照所有所述目标用户的最小保证时隙数分配 是否足够分配，如果是，分别按照相应最小保证时隙数给所有所述目标用户分配时隙，并确 定当前系统的剩余时隙数和第一类目标用户，其中，所述第一类目标用户为所有所述目标 用户中已分配到最小保证时隙数但未满足相应请求时隙数的目标用户，第二类目标用户为 所有目标用户中已分到最小保证时隙数且满足相应请求时隙数的目标用户；
[00%] 将所述第二类目标用户请求的最小保证时隙数，作为所述效用最大化模型在得到 最大效用值时所述第二类目标用户的所分配时隙数；
[0027] 判断剩余时隙数是否满足给各个第一类目标用户分配至少两个时隙；
[0028] 当判断出剩余时隙数满足给各个第一类目标用户分配至少两个时隙时，从预先构 建的效用最大化模型中提取非线性规划模型，并利用拉格朗日乘数法求解所述非线性规划 模型，得到在所述非线性规划模型获取最大效用值时第一类目标用户的所分配时隙数，继 续判断当前系统的可分配时隙总数是否满足给各个第一类目标用户分配一个时隙，如果 是，利用基于优先分配效用增量值较大的目标用户的贪婪算法，为所述第一类目标用户分 配一个时隙，将所述第一类目标用户当前所分配的总时隙数，作为所述效用最大化模型在 得到最大效用值时所述第一类目标用户的所分配时隙数；
[0029] 当判断出剩余时隙数不满足给各个第一类目标用户分配至少两个时隙时，利用基 于优先分配效用增量值较大的目标用户的贪婪算法，为所述第一类目标用户分配当前系统 的剩余时隙数，进而，在当前系统的剩余时隙数被分配完毕后，将所述第一类目标用户当前 所分配的总时隙数，作为所述效用最大化模型在得到最大效用值时所述第一类目标用户的 所分配时隙数。
[0030] 可选的，所述效用增量值对应的效用增量公式为：
[0032] 其中，所述Au(Xi)是效用增量值，所述Xi是第i个目标用户的所分配时隙数，所 述U(Xi + l)是给第i个目标用户分配Xi + 1个时隙时产生的效用值，所述U(Xi)是给第i个 目标用户分配Xi个时隙时产生的效用值，所述N是待分配用户总数，所述M 1是当前系统所 采用调制方式的目标调制阶数，所述Qi是第i个目标用户的目标业务请求的优先级，所述 mini是第i个目标用户的最小保证时隙数。
[0033] 可选的，从预先构建的效用最大化模型中提取非线性规划模型为：
[0035] 且通过拉格朗日乘数法对所述非线性规划模型求解，得到的最优解为：
[0037] 并且，y, =U--
[0038] 其中，所述Xi是第i个目标用户的所分配时隙数，所述N是待分配用户总数，所述 Mi当前系统所采用调制方式的目标调制阶数，所述Qi是第i个目标用户的目标业务请求 的优先级，所述Ri是当前系统的目标编码速率，所述B是当前系统的可分配时隙总数，所述 mini是第i个目标用户的最小保证时隙数。
[0039] 可选的，本发明实施例第一方面所提供的一种应用于卫星通信系统的带宽分配方 法，还包括：
[0040] 当判断出当前系统的可分配时隙总数按照所有所述目标用户的最小保证时隙数 分配不足够分配时，按照所述目标业务请求对应的优先级由高到底的顺序对所有所述目标 用户进行最小保证时隙数分配，并将所述目标用户相应的所分配时隙数作为所述效用最大 化模型在得到最大效用值时所分配时隙数。
[0041] 第二方面，本发明实施例提供了一种应用于卫星通信系统的带宽分配系统，包 括：
[0042] 接收单元，用于接收目标用户的目标业务请求并确定所述目标业务请求所对应的 优先级，其中，所述目标用户为一个或多个；
[0043] 提取单元，用于从所述目标业务请求中提取所述目标用户的请求信息，其中，所述 请求信息包括最小保证时隙数和请求时隙数；
[0044] 生成单元，用于基于所述优先级、所述最小保证时隙数、当前系统所采用调制方式 的目标调制阶数和当前系统的目标编码速率，利用预先构建的效用函数，生成关于所述目 标用户的所分配时隙数与该所分配时隙数所对应的效用值的关系函数，其中，所述效用函 数对应的效用值用于衡量给所述目标用户分配时隙时所产生的带宽利用率的高低，且对于 给定的效用值X和效用值Y，如果效用值X大于效用值Y，则效用值X所对应的带宽利用率 大于效用值Y所对应的带宽利用率；
[0045] 构建单元，用于根据所述请求信息中的最小保证时隙数和请求时隙数、所述关系 函数W及当前系统的可分配时隙总数，构建效用最大化模型；
[0046] 求解单元，用于求解所述效用最大化模型在得到最大效用值时所述目标用户的所 分配时隙数；
[0047] 确定单元，用于根据求解得到的最大效用值对应的所述目标用户的所分配时隙 数，确定分配给所述目标用户的带宽。
[0048] 可选的，所述生成单元所利用的所述预先构建的效用函数为：
[0050] 其中，所述Qi是第i个目标用户的目标业务请求的优先级，所述N是待分配用户 总数，所述Mi是当前系统所采用调制方式的目标调制阶数，所述Ri是当前系统的目标编码 速率，所述mini是第i个目标用户的最小保证时隙数，所述X 1是第i个目标用户的所分配 时隙数。
[0051] 可选的，所述构建单元所构建的所述效用最大化模型为：<