专利名称：一种mf-tdma卫星系统中的载波信道内时隙分配管理方法
技术领域：
本发明属于航天信息技术领域，具体涉及一种应用于航天信息领域的MF-TDMA通信卫星无线资源管理器中载波信道内时隙分配管理的方法设计，尤其是一种适合于在卫星节点管理上行链路资源，实现多用户(包括地面用户或航空飞行器)多业务通信的天基移动通信系统无线资源管理方法。
背景技术：
天基移动通信系统是一种以卫星网络为主，利用不同轨道上多种类型的卫星作为网络的接入节点来实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间相互通信的一种无线通信系统。该通信系统具有星上自主的信息获取、存储、处理及分发能力，能与陆、海、空基的信息系统互联，实现信息的多元、立体共享，成为下一代移动通信(4G)和国家信息高速公路的重要组成部分。
多频时分接入技术(MF-TDMA)是宽带多媒体卫星通信系统关键技术之一，被广泛应用于ATM-based，DVB-based和IP-based等卫星通信系统的上行链路设计中，是目前卫星移动通信技术研究的热点。
MF-TDMA技术中上行链路由多个载波信道构成，每个信道又被细分为若干个时隙，这种设计可以保证多用户、多业务接入的灵活性，提高卫星系统无线资源的利用率。在业务接入阶段，需要针对每个连接的QoS请求在复杂的信道结构中分配时隙资源，在多用户、多业务环境下时隙资源的有效管理将面临着巨大挑战，面向用户QoS的高效时隙资源分配算法一直都是MF-TDMA技术的难点。
若将MF-TDMA中的载波/时隙资源占用表看成是一个二维的矩阵，如所示，图1中列代表不同频率的载波，行表示按时间划分的时隙，则MF-TDMA时隙资源分配问题可以描述为在一定约束条件下，针对某业务对时隙数目的需求，如何从上述时隙矩阵的空闲时隙中寻找最优时隙位置的问题。具体来说，当MF-TDMA时隙分配器收到某业务的时隙需求后，时隙分配器将从时隙资源占用表中查找空闲时隙，并从中找到最合适的时隙分配给该业务，这种分配是需要满足一定约束条件的，同时需要按照业务的QoS要求分配时隙。时隙资源利用率反映了一个MF-TDMA系统的带宽可利用率，是评价系统性能的重要指标。
目前，对于宽带多媒体卫星通信系统中的MF-TDMA，时隙资源分配问题中的约束条件主要有如下4个(1)资源管理器响应终端发起的请求，为一个连接分配的资源要限制在一个载波中。(2)资源管理器为同一终端的分配的时隙资源，在时间上不能重叠。(3)为避免冲突的发生，同一个时隙资源不能同时分配给两个连接。(4)为一个终端分配的时隙总数不能超过一个载波的时隙容量。由于上述4个约束条件的存在，同一个终端的所有连接资源往往都分配到一个载波中。
载波内的时隙组织结构常采用时隙资源树的方式，按照时隙二进制编号的首位或末位，可以将所有时隙分为两个组，按照第二位，可以进一步将每一个组分为两个组。这样，时隙资源可以逐步二分，生成时隙资源树。如图2所示，时隙资源树中的一个节点代表若干个时隙的集合，称之为时隙组或时隙块，组的编号可以从上而下由树枝编号得到。每一层节点包括的时隙数是上一层节点的一半。
载波时隙表的管理是一个连续的过程，每个连接可以在系统内驻留多个超帧。现有的时隙管理方法有两种，一种是每个超帧的开始都重新分配当前在线连接，第二种方法是基于上一超帧的分配结果继续进行管理。采用第一种方法，每一次重新分配都相当于一次时隙整理，资源能够得到最大限度的利用，但分配给一个终端的时隙也不可避免的会经常发生变化，这样每个超帧资源管理器都必须下发大量新的时隙分配信令，增加了信令处理单元的处理压力。由于星地的传输长延时特性，星地交互过程要以简单为原则，所以要尽量少的去改变当前连接的资源分配情况。所以相比较而言第二种方法更适合于卫星通信的时隙管理中，但是在连续管理过程中，多次分配释放后时隙资源表中必然会出现时隙碎片，相应的就带来了如何有效的管理时隙碎片和快速查找空闲时隙资源的问题。
发明内容
本发明主要针对载波内时隙分配问题，提供一种MF-TDMA卫星系统中的载波信道内时隙管理方法，该方法将时隙资源树作为管理目标，简化了时隙分配结果的表示方法；为了能够尽量保证时隙组的完整性，使用伙伴优化定位方法，优先分配伙伴关系资源组已用的时隙组；将释放时间相近的连接放在符合伙伴关系的组中，以使连接占用的时隙资源尽量能在相近的时间释放，使释放得到完整的可用时隙资源；将时隙申请划分成若干个大小为2n的时隙块，以符合时隙资源树中各层时隙组大小，每一个时隙块记为Sn，即将连接请求的时隙数N划分成2n的和，N＝2k+2l+...+2m，其中k，l，m为自然数，且k＞l＞m≥0，然后从大到小逐个在时隙资源树中按照伙伴优化定位方法查找合适的节点，进行时隙分配；当伙伴优化定位方法所定位到的时隙组部分被占用，不能直接分配时，采用递归重定位的调整方法对时隙资源树中的时隙碎片进行整理，以提高时隙的利用率并和时隙分配的成功率。具体的实施步骤如下 (1)终端根据需要向无线资源管理器发出时隙申请； (2)无线资源管理器收到终端的时隙申请； (3)判断终端所在载波内是否有足够的时隙资源满足时隙申请的要求。若满足时隙申请要求，进入步骤(4)，进行时隙分配过程；若不能满足，则拒绝该次时隙申请，进入步骤(10)； (4)当连接的时隙申请的时隙数等于2n时，不需要分段，可以直接以该时隙数大小作为需要定位的时隙块大小。当连接的时隙申请的时隙数不等于2n时，采用分段分配的方式，即将时隙申请划分成若干个大小为2n的时隙块，以符合时隙资源树中各层时隙组大小，每一个时隙块记为Sn(n为自然数)。即将连接请求的时隙数N划分成2n的和，N＝2k+2l+...+2m，其中k，l，m为自然数，k＞l＞m≥0； (5)按照从大到小依次对步骤(4)中划分的时隙块Sn在资源树中进行伙伴优化定位。所述的伙伴优化定位是指按照如下步骤进行的定位方式，具体实现步骤为 I)确定需要定位的时隙块Sn大小，找到资源树中节点的大小与时隙申请中该时隙块Sn大小相等的层； II)计算资源树该层中各时隙组的占用率函数Ci(0＜Ci＜α)，Ci表示该时隙组内时隙资源的占用情况。
其中Nfree为该时隙组中未被占用的时隙组个数；Nall为该时隙组中全部时隙组个数；α、β为影响因子。
III)计算资源树该层中各时隙组的伙伴关系组的占用情况影响函数Fi，函数Fi有两部分组成，Fc(0＜Fc＜χ)表示其伙伴关系组的占用影响函数，取值方法如下，χ表示占用影响函数的影响因子，则有
Ft表示了伙伴关系组的剩余存活时间的影响函数 η表示影响因子，tf表示伙伴关系组内被占用时隙的剩余存活时间，tl表示当前时隙申请资源的连接要求的持续时间。ft主要考虑将释放时间相近的时隙组放在一起，当其释放时，可以得到完整的时隙组资源。
所述的伙伴关系组是指满足如下三个条件的两个时隙块 a、两个时隙块大小相同； b、两个时隙块地址连续； c、两个时隙块必须是从同一个大时隙块中分离出来的。
IV)计算资源树该层中各时隙组中连接调整难度函数Li，Li＜0.1，没有连接时取Li＝0.1。连接调整难度函数Li表示该时隙组内连接的调整难度，Li越小可调整难度越大。当Ngroup＞Nmax时，0＜Li＜δ；δ是指影响因子，当Ngroup＜Nmax时，Li＜0 其中，Ngroup表示当前所在的时隙组大小，Nmax表示该时隙组内时隙已占用时隙组的最大值。若时隙组内资源分配给了多个连接，那么Nmax取各个连接资源块的最大值。若时隙组内资源都隶属于一个上层的被占用的资源块，则Nmax取该时隙块的大小。
V)计算资源树该层中各时隙组的时间衰减函数Ti，来衡量一个时隙组被释放的可能性，可能性越高，则调整该时隙组的效用越低，时间衰减函数Ti值就越小。若一个连接的预定时间为Tr，已持续时间为Td，则
VI)计算资源树该层中各时隙组的可用性函数Ui，Ui＝Ci+Fi+Li+Ti，再决定每个因素的影响因子，使得α＞β+χ+η+δ+γ，这样设置参数是为了避免存在可分配组的情况下调整其他的时隙组资源。若Ui＞α，表示该时隙组为全空，可以直接被分配；若0＜Ui＜α，表示该时隙组资源不直接可用，需要将时隙组内的连接进行调整后才可用。一个时隙组的效用函数值越大，其可利用性越高。
VII)找到可用性函数Ui取值最大的时隙组Dn作为分配目标组。如果有若干个组的可用性函数Ui取值相同，则取时隙资源树中最靠右的一个组作为分配目标组。若Ui＞α，说明当前时隙组内没有时隙被占用，可以直接分配；若Ui＜α，说明时隙组内有被其他连接占用的资源，则启动调整过程； (6)判断定位到的资源树中的时隙组Dn是否可以直接分配，若其为全空，可用直接分配，则分配成功，进入步骤(8)；否则，直接分配过程失败，需要调用调整程序步骤(7)，将该组内的被连接占用的资源重定位到其他地方，以使该组可用。
(7)进入调整程序，将分配目标组Dn被占用的时隙块逐个采用伙伴优化定位方法重定位到资源树中时隙组Dn以外的地方。调整成功后将该时隙组Dn分配给连接，进入步骤(8)；若调整过程不成功，时隙资源分配失败，进入步骤(10)； (8)将时隙块Sn定位到该时隙资源树中的时隙组资源Dn，在用户结构和载波信道结构中保存分配结果； (9)查询是否有其他需要分配定位的时隙块，如果有重复步骤(5)～(8)；如果全部时隙块定位成功，进入步骤(11)； (10)通知终端资源分配失败； (11)时隙分配过程结束，向分配资源发生变化的终端下发新的时隙分配结果。
本发明的优点在于 1.该方法将时隙资源树作为管理模型，降低了时隙分配的操作难度并能有效的表示时隙分配结果； 2.引入伙伴优化定位方法，预防时隙碎片的产生。在分配时采用伙伴优化定位方法，优先分配伙伴关系资源组已用的的时隙组，避免时隙碎片的产生。优先分配其伙伴组与该申请连接有相近释放时间的时隙组，以使连接占用的时隙资源尽量能在相近的时间释放，使释放时即得到完整的可用时隙资源，有效的进行时隙碎片的合并。
3.采用时隙调整过程，进一步降低时隙碎片对时隙分配过程的负面影响，显著提高时隙分配成功率和时隙资源的利用率。在时隙碎片影响导致时隙初次分配失败的情况下，触发时隙块重定位调整过程，有效的整理时隙树中的零散时隙资源，以得到满足分配条件的空闲时隙组资源，完成分配任务。
图1是MF-TDMA的载波时隙结构； 图2是时隙资源树管理模型； 图3是本发明的时隙分配管理方法的流程图； 图4是伙伴优化定位过程流程图； 图5是递归重定位的调整过程； 图6是时隙分配初时状态； 图7是连接B、D释放后的资源占用状态； 图8是完成时隙申请H后的时隙分配结果； 图9是完成时隙申请K中大小为32的时隙块分配后的时隙分配结果； 图10是完成时隙申请K中大小为8的时隙块分配后的时隙分配结果； 图11是连接A、B、D释放后的时隙占用状态和时隙碎片的影响； 图12是时隙块重定位调整后的分配结果。
具体实施例方式 本发明提供一种MF-TDMA卫星系统中的载波信道内时隙分配管理方法，该方法将时隙资源树作为管理目标，将时隙申请划分为2n大小的时隙块进行处理，采用伙伴优化定位方法进行时隙分配，并采用递归重定位时隙组调整方式来实现的，具体为如下的步骤，流程如图3所示 (1)终端根据需要向无线资源管理器发出时隙申请； (2)无线资源管理器收到终端的时隙申请； (3)判断终端所在载波内是否有足够的时隙资源满足时隙申请的要求。若满足时隙申请要求，进入步骤(4)，进行时隙分配过程；若不能满足，则拒绝该次时隙申请，进入步骤(10)； (4)当连接的时隙申请的时隙数不等于2n时，采用分段分配的方式，即将时隙申请划分成若干个大小为2n的时隙块，以符合时隙资源树中各层时隙组大小，每一个时隙块记为Sn。即将连接请求的时隙数N划分成2n的和。即N＝2k+2l+...+2m，其中k，l，m为自然数，且k＞l＞m≥0； (5)按照从大到小依次对步骤(4)中划分的时隙块Sn在资源树中进行伙伴优化定位。
在定位哪个时隙组被分配给连接时，不但要考虑该时隙组内的时隙占用情况，还要考虑其伙伴关系组对其的影响，所述的伙伴优化定位中的伙伴关系组是指满足如下三个条件的两个时隙块 a、两个时隙块大小相同； b、两个时隙块地址连续； c、两个时隙块必须是从同一个大时隙块中分离出来的。
具体的伙伴优化定位方法是按照如下步骤实现的，流程如图4所示 I)确定需要定位的时隙块Sn大小，找到资源树中节点的大小与时隙申请中该时隙块Sn大小相等的层； II)计算资源树该层中各时隙组的占用率函数Ci(0＜Ci＜α)，Ci表示该时隙组内时隙资源的占用情况。
其中Nfree为该时隙组中未被占用的时隙组个数；Nall为该时隙组中全部时隙组个数。
III)计算资源树该层中各时隙组的伙伴关系组的占用情况影响函数Fi，函数F有两部分组成，Fc(0＜Fc＜χ)表示其伙伴关系组的占用影响函数，取值方法如下，χ表示占用影响函数的影响因子，则有
Ft表示了伙伴关系组的剩余存活时间的影响函数 η表示影响因子，tf表示伙伴关系组内被占用时隙的剩余存活时间，tl表示当前时隙申请资源的连接要求的持续时间。Ft主要考虑将释放时间相近的时隙组放在一起，当其释放时，可以得到完整的时隙组资源。
IV)计算资源树该层中各时隙组中连接调整难度函数Li，Li＜0.1，没有连接时取Li＝0.1。连接调整难度函数Li表示该时隙组内连接的调整难度，Li越小可调整难度越大。当Ngroup＞Nmax时，0＜Li＜δ；δ是影响因子，当Ngroup＜Nmax时，Li＜0 其中，Ngroup表示当前所在的时隙组大小，Nmax表示该时隙组内时隙所在已占用时隙组的最大值。若时隙组内资源分配给了多个连接，那么Nmax取各个连接资源块的最大值。若时隙组内资源都隶属于一个上层的被占用的资源块，则Nmax取该时隙块的大小。
V)计算资源树该层中各时隙组的时间衰减函数Ti，来衡量一个时隙组被释放的可能性，可能性越高，则调整该时隙组的效用越低，时间衰减函数T值就越小。若一个连接的预定时间为Tr，已持续时间为Td，则
VI)计算资源树该层中各时隙组的可用性函数Ui，Ui＝Ci+Fi+Li+Ti，在决定每个因素的影响因子，使得α＞β+χ+η+δ+γ，这样设置参数是为了避免存在可分配组的情况下调整其他的时隙组资源。若Ui＞α，表示该时隙组为全空，可以直接被分配；若0＜Ui＜α，表示该时隙组资源不直接可用，需要将时隙组内的连接进行调整后才可用。一个时隙组的效用函数值越大，其可利用性越高。
VII)找到可用性函数Ui取值最大的时隙组Dn作为分配目标组。如果有若干个组的可用性函数Ui取值相同，则取时隙资源树中最靠右的一个组作为分配目标组。若Ui＞α，说明当前时隙组内没有时隙被占用，可以直接分配；若Ui＜α，说明时隙组内有被其他连接占用的资源，则启动调整过程； 采用伙伴优化定位查找方法定位时隙资源树中的分配目标组Dn后，进入步骤(6)。
(6)判断定位到的时隙资源树中的时隙组Dn是否可以直接分配，若其为全空，可用直接分配，则分配成功，进入步骤(8)；否则，直接分配过程失败，需要调用调整程序，将该组内的被连接占用的资源重定位到其他地方，以使该组可用，即进入步骤(7)。
(7)进入调整程序，将分配目标组Dn被占用的时隙块逐个采用伙伴优化定位方法重定位到资源树中时隙组Dn以外的地方。调整成功后将该时隙组Dn分配给连接L，进入步骤(8)；若调整过程不成功，时隙资源分配失败，进入步骤(10)； 所述的调整过程采用递归重定位调整方法，递归重定位的调整方法是指将被调整组的各个被占用的时隙块采用伙伴优化定位的方法重新定位到时隙资源树的其他可用位置，使被调整组成为空闲的可分配时隙组。具体实施递归重定位调整方法的流程如图5所示，可以描述为 (A)获取当前时隙组Dn中的连接信息，即时隙组Dn内哪些时隙块被哪些连接所用。假设有M块时隙块被占用，时隙块Snm属于连接Lm，m∈[1，M]； (B)选取时隙组Dn内被连接Lm占用时隙块Snm，以Snm作为定位目标在除组Dn外的整个时隙资源树中进行伙伴优化查找，即步骤(5)中的伙伴优化方法。该时隙块的重定位调整过程称之为一层调整。
(C)若一层调整过程中，可用性函数最大的时隙组Dnm作为时隙块调整的目标组，其函数值UD＞α，表示该时隙组资源可以直接被分配，进入步骤(E)；如果UD＜α，即表示没有直接可分配的时隙块资源，需要对可用性函数最大的时隙组进行进一步的调整，调整后才能满足一级调整中最终的分配任务。即进入二级调整过程，步骤(D)； (D)二级调整和一级调整过程相同。如果在二级调整过程中有直接可分配的时隙组Dnmk，则重定位Snmk到时隙组Dnmk；如果在二级调整过程中没有直接可分配的时隙组Dnmk，可能还会引发三级调整，直到在某一级调整中按照伙伴优化定位方法找到的时隙组可以直接分配，则进行时隙块重定位调整，记录相应信息，并返回上一级的调整程序。调整过程是一个嵌套过程，上一级的调整依赖于下一级的调整的成功。随着嵌套过程的深入，需要调整的时隙块的大小逐步减小，时隙块的大小越小，其调整的成功率也越高，当时隙块大小为1时，调整的成功率为100％。
(E)经过多级调整后，最终还是回到一级调整过程中，将时隙组Dn中连接Lm的占用的时隙资源块Snm重定位到时隙组Dnm位置，记录相应信息，进入步骤(F)； (F)判断时隙组Dn中是否还有需要重定位的时隙块，如果有，重复步骤(B)～(E)；如果没有，时隙组资源Dn此时可用，返回调整成功结果，返回上一层分配过程。
(8)将时隙块Sn定位到该时隙组资源Dn，保存分配结果； (9)查询是否有其他需要分配定位的时隙块，如果有重复步骤(5)；如果全部资源定位成功，进入步骤(11)； (10)通知终端资源分配失败； (11)时隙分配过程结束，向分配资源发生变化的终端下发新的时隙分配结果。
实施例1 一个载波在一个超帧时间内被分为128个时隙，初始时，信道分配结果图6，信道中的时隙资源分配给了五个时隙资源申请A(16)，B(32)，C(8)，D(24)，E(48)。其中D分成了16和8两个资源块，E分成了32和16两个资源块。
当连接B、D释放连接以后，其载波时隙资源占用情况如图7所示，这时空闲时隙数为56(128-16-8-48＝56)。
如果这时顺序收到H(16)，K(40)两个时隙申请，按照伙伴优化查找方法，时隙申请H(16)的处理过程如下 1.终端向资源管理器发出时隙申请H(16)； 2.资源管理器接收到时隙申请H(16)； 3.当前载波内的空闲时隙资源数为56，可以满足H中16个时隙的时隙申请要求； 4.16＝24，不需要时隙块的划分，对大小为16的时隙块进行定位分配； 5.计算节点大小为16的层中的各个节点的可用性函数，并找到可用性函数值最大的组作为分配目标组。如图7所示，观察可以得到，由于组010，011和100空闲，所以它们的可用性函数大于其他组；又因为组100的伙伴关系组101被连接E占用，加上伙伴关系影响因子，使得组100的可用性函数大于组011和组010。所以，组100被选择为分配目标组。
6.组100内的时隙资源全部空闲，则可以直接分配； 7.将时隙申请H(16)定位到组100，在载波结构和用户结构中分别保存分配结果； 8.没有其他需要分配的时隙块，对于时隙申请H(16)的分配过程成功，向终端下发分配结果。分配位置见图8。
响应时隙申请H(16)后再处理时隙申请K(40)，这时载波内空闲时隙数为40(56-16＝40)，时隙占用情况见图8，其处理过程如下 1.终端向资源管理器发出时隙申请K(40)； 2.资源管理器接收到时隙申请K(40)； 3.当前载波内的空闲时隙资源数为40，可以满足K中40个时隙的时隙申请要求； 4.40＝25+23，将请求划分为两时隙块进行分配，分别是32(25)和8(23)，分别对两时隙块进行分配； 5.先对大小为32的时隙块进行伙伴优化定位，计算节点大小为32的层中的各个节点的可用性函数，并找到可用性函数值最大的组作为分配目标组。观察图8可以得到，由于组01空闲，所以它们的可用性函数大于其他组，所以，组01被选择为分配目标组。
6.组01内的时隙资源全部空闲，则可以直接分配； 7.将时隙申请中大小为32的时隙块定位到组01，分配位置见图9，在载波结构和用户结构中分别保存分配结果； 8.再对大小为8的时隙块进行伙伴优化定位，计算节点大小为8的层中的各个节点的可用性函数，并找到可用性函数值最大的组作为分配目标组。观察图9可以得到，时隙资源树中只有组0011空闲，所以它的可用性函数大于其他组。所以组0011被选择为分配目标组； 9.组0011内的时隙资源全部空闲，则可以直接分配； 10.将时隙申请中大小为8的时隙块定位到组0011，分配位置见图10，在载波结构和用户结构中分别保存分配结果； 11.没有其他需要分配的时隙块，对于时隙申请K(40)的分配过程成功，向终端下发分配结果。
分配位置和相应H、K以后的分配结果见图10，在资源空闲时隙数满足分配要求时，伙伴关系的优化定位方法能够很好的避免时隙碎片的影响。
实施例2 当连接A、B、D释放连接以后，资源的占用情况如图11所示，这时如果连接F发起一个64个时隙的时隙申请F(64)，当前的可用时隙资源数目(72)可以满足连接F的要求，时隙组大小为64的层中，没有一个组直接可以分配。需要定位到将组0中的连接C进行调整。
时隙分配过程具体为 1.终端向资源管理器发出时隙申请F(64)； 2.资源管理器接收到时隙申请F(64)； 3.当前载波内的空闲时隙资源数为72，可以满足F中64个时隙的时隙申请要求； 4.64＝26，不需要时隙块的划分，对大小为64的时隙块进行定位分配； 5.计算节点大小为64的层中的各个节点的可用性函数，并找到可用性函数值最大的组作为分配目标组。其中，取α＝0.7，β＝0.3，χ＝0.1，η＝0.1，δ＝0.1，γ＝0.1，连接E的预定时间为100超帧，当前还剩50个超帧，连接C预定80个超帧，当前剩余30超帧。时隙申请F(64)的持续时间为30超帧。
T0＝0.05，U0＝0.572； C1＝0.3×16/64＝0.075，FC1＝0.1， T1＝0.05，U1＝0.324。
U1＜U0，所以选择组0作为分配的目标组。
6.组0内部分时隙资源给连接C所占用，不能直接分配，需要进行时隙块的重定位调整； 7.启动时隙块重定位调整过程，查找资源树中组0以外的空闲资源，时隙组C定位到组1000，在载波结构和用户结构中分别保存调整结果； 8.调整后，组0中所有时隙资源均为空闲，可以分配给时隙申请F(64)，如图12所示，保存时隙分配结果。
9.没有其他需要分配的时隙块，对于时隙申请F(64)的分配过程成功， 10.向终端下发分配结果。
权利要求
1、一种MF-TDMA卫星系统中的载波信道内时隙分配管理方法，其特征在于具体步骤为，
(1)终端根据需要向无线资源管理器发出时隙申请；
(2)无线资源管理器收到终端的时隙申请；
(3)判断终端所在载波内是否有足够的时隙资源满足时隙申请的要求；
若满足时隙申请要求，进入步骤(4)，进行时隙分配过程；
若不能满足，则拒绝该次时隙申请，进入步骤(10)；
(4)当连接的时隙申请的时隙数等于2n时，不需要分段，可以直接以该块大小作为需要定位的时隙块大小；当连接的时隙申请的时隙数不等于2n时，采用分段分配的方式，即将时隙申请划分成若干个大小为2n的时隙块，每一个时隙块记为Sn；并将连接请求的时隙数进行划分，划分成符合各层时隙组大小的若干块，即分成2n的和，n＝2k+2l+...+2m，其中k＞l＞m≥0；逐个在时隙资源树中查找合适的节点，在该节点中进行分配；
(5)按照从大到小依次对步骤(4)中划分的时隙块Sn在资源树中进行伙伴优化定位；
(6)判断定位到资源树中的时隙组Dn能否直接分配，若其为全空，直接分配，则分配成功，进入步骤(8)；否则，直接分配过程失败，需要调用调整程序步骤(7)，将该组内的被连接占用的资源重定位到其他地方，以使该组能用；
(7)进入调整程序，将分配目标组Dn被占用的时隙块逐个重定位到资源树中时隙组Dn以外的最合适的地方，调整成功后将该时隙组分配给连接，进入步骤(8)；若调整过程不成功，时隙资源分配失败，进入步骤(10)；
(8)将时隙块Sn定位到该时隙资源树中的时隙组资源Dn，在用户结构和载波信道结构中保存分配结果；
(9)查询是否有其他需要分配定位的时隙块，如果有重复步骤(5)～(8)；如果全部时隙块定位成功，进入步骤(11)；
(10)通知终端资源分配失败；
(11)时隙分配过程结束，向分配资源发生变化的终端下发新的时隙分配结果。
2、根据权利要求1所述的一种MF-TDMA卫星系统中的载波信道内时隙分配管理方法，其特征在于步骤(5)中所述的伙伴优化定位方法是按照如下步骤实现的
I)确定需要定位的时隙块Sn大小，找到资源树中节点的大小与时隙申请中该时隙块Sn大小相等的层；
II)计算资源树该层中各时隙组的占用率函数Ci(0＜Ci＜α)，Ci表示该时隙组内时隙资源的占用情况；
其中Nfree为该时隙组中未被占用的时隙组个数；Nall为该时隙组中全部时隙组个数；
III)计算资源树该层中各时隙组的伙伴关系组的占用情况影响函数Fi，函数F有两部分组成，Fc(0＜Fc＜χ)表示其伙伴关系组的占用影响函数，取值方法如下，χ表示占用影响函数的影响因子，则有
Ft表示了伙伴关系组的剩余存活时间的影响函数
η表示影响因子，tf表示伙伴关系组内被占用时隙的剩余存活时间，tl表示当前时隙申请资源的连接要求的持续时间；
IV)计算资源树该层中各时隙组中连接调整难度函数Li，Li＜0.1，没有连接时取Li＝0.1；连接调整难度函数Li表示该时隙组内连接的调整难度，Li越小调整的难度越大；当Ngroup＞Nmax时，0＜Li＜δ；当Ngroup＜Nmax时，Li＜0
其中，Ngroup表示当前所在的时隙组大小，Nmax表示该时隙组内时隙所在已占用资源块的最大值；若时隙组内资源分配给了多个连接，那么Nmax取各个连接资源块的最大值；若时隙组内资源都隶属于一个上层的被占用的资源块，则Nmax取该时隙块的大小；
V)计算资源树该层中各时隙组的时间衰减函数Ti，来衡量一个时隙组被释放的可能性，可能性越高，则调整该时隙组的效用越低，时间衰减函数Ti值就越小；若一个连接的预定时间为Tr，已持续时间为Td，则
VI)计算资源树该层中各时隙组的可用性函数Ui，Ui＝Ci+Fi+Li+Ti，在决定每个因素的影响因子，使得α＞β+χ+η+δ+γ，这样设置参数是为了避免存在分配组的情况下调整其他的时隙组资源；若Ui＞α，表示该时隙组为全空，能够直接被分配；若0＜Ui＜α，表示该时隙组资源不能直接用，需要将时隙组内的连接进行调整后才能用；
VII)找到可用性函数Ui取值最大的时隙组Dn作为分配目标组；如果有若干个组的可用性函数Ui值相同，则取时隙资源树中最靠右的一个组作为分配目标组；若Ui＞α，说明当前时隙组内没有时隙被占用，直接分配；若Ui＜α，说明时隙组内有被其他连接占用的资源，则启动调整过程。
3、根据权利要求1所述的一种MF-TDMA卫星系统中的载波信道内时隙分配管理方法，其特征在于步骤(7)所述的调整程序采用递归重定位调整方法，具体实施方法为
(A)获取当前时隙组Dn中的连接信息，即时隙组Dn内哪些时隙块被哪些连接所用；假设有M块时隙块被占用，时隙块Snm属于连接Lm，m∈[1，N]；
(B)选取时隙组Dn内被连接Lm占用时隙块Snm，以Snm作为定位目标在除组Dn外的整个时隙资源树中进行伙伴优化查找，即步骤(5)中的伙伴优化方法，该时隙块的重定位调整过程称之为一层调整；
(C)若一层调整过程中，可用性函数最大的时隙组Dnm作为时隙块调整的目标组，其函数值UD＞α，表示该时隙组资源直接被分配，进入步骤(E)；如果UD＜α，即表示没有直接能分配的时隙块资源，需要对可用性函数最大的时隙组进行进一步的调整，调整后才能满足一级调整中最终的分配任务；即进入二级调整过程，步骤(D)；
(D)二级调整和一级调整过程相同，如果在二级调整过程中有直接分配的时隙组Dnmk，则重定位Snmk到时隙组资源Dnmk；如果在二级调整过程中没有直接能分配的时隙组Dnmk，还会引发三级调整，直到在某一级调整中按照伙伴优化定位方法找到的时隙组能够直接分配，则进行时隙块重定位调整，记录相应信息，并返回上一级的调整程序；调整过程是一个嵌套过程，上一级的调整依赖于下一级的调整的成功；随着嵌套过程的深入，需要调整的时隙块的大小逐步减小，时隙块的大小越小，其调整的成功率也越高，当时隙块大小为1时，调整的成功率为100％；
(E)经过多级调整后，最终还是回到一级调整过程中，将时隙资源组Dn中连接Lm占用的时隙资源块Snm重定位到时隙组资源Dnm位置，记录相应信息，进入步骤(F)；
(F)判断时隙组Dn中是否还有需要重定位的时隙块，如果有，重复步骤(B)～(E)；如果没有，时隙组资源Dn此时能用，返回调整成功结果，返回上一层分配过程。
全文摘要
本发明公开一种MF-TDMA系统中的载波信道内时隙分配管理方法，该方法将时隙资源树作为管理目标，简化了时隙分配结果的表示方法；引入伙伴关系对时隙块在资源树中进行伙伴优化定位，将释放时间相近的连接放在符合伙伴关系的组，使释放得到完整的可用时隙资源；将时隙申请划分成若干个大小为2n的时隙块，以符合时隙资源树中各层时隙组大小，每一个时隙块记为Sn，即将连接请求的时隙数N划分成2n的和，N＝2k+2l+…+2m，其中k，l，m为自然数，且k＞l＞m≥0，然后从大到小逐个在时隙资源树中按照伙伴优化定位方法查找合适的节点进行时隙分配；在伙伴优化方法定位到的时隙组不能直接分配时，采用递归重定位的调整方法对时隙资源树中的时隙碎片进行整理，以提高时隙的利用率和时隙分配的成功率。
文档编号H04B7/212GK101345572SQ20081011880
公开日2009年1月14日 申请日期2008年8月22日 优先权日2008年8月22日
发明者涛 张, 军 张, 董启甲 申请人:北京航空航天大学