专利名称：一种卫星网络信道分配方法
技术领域：
本发明涉及卫星通信技术领域，涉及高轨卫星与低轨卫星间的信号传输方式，尤其涉及一种卫星网络的信道分配方法。
背景技术：
卫星通信具有覆盖面广、不受地面基础设施限制的优势，目前卫星通信的应用领域越来越广泛，尤其是近年来地震、水灾等自然灾害频繁发生，地面有线及无线网络的设备在灾害中毁坏，导致在遇到灾害时通信中断，灾情无法及时传送，延误救灾。为此，越来越多的国家采用低轨卫星进行环境、地质、资源等观测，以确保在出现灾情时信息能够有效的传输。卫星网络中，由于低轨卫星的快速移动，每个运动周期与地面站的可视时间极其有限，为了保证数据的实时可靠传输，当低轨卫星与地面站不可视时，将通过高轨卫星进行数据转发。如图1所示:高轨卫星与低轨卫星间数据传输的模拟图，从图中可以看出:三颗高轨卫星就可以完成除南北极的全球覆盖区域内的数据通信，低轨卫星运动过程中必将出现从一个高轨卫星覆盖区运动到另一颗高轨卫星覆盖区，由于高轨卫星的信道数量有限、低轨卫星运行的轨迹不同、各高轨卫星覆盖区内的低轨卫星数量也将动态变化，低轨卫星释放上一个信道的同时，需要请求另一 个高轨卫星为其安排下一个信道，在数据通信中，低轨卫星在一个高轨卫星的覆盖区域内需要进行波束间的转换，在进行波束切换时同样需要高轨卫星合理的为其安排信道，从而来提高系统资源利用率问题。现有技术中，没有提供出卫星在进行数据通信时如何强占信道及如何合计安排及使用信道的方法，导致在卫星通信时，数据传输效率低，资源没有被合理利用的现象。
发明内容
根据现有技术存在的问题，本发明公开了一种卫星网络信道分配方法，有如下步骤:步骤1:高轨卫星按照先入先出FIFO原则为多个正在排队等待的低轨卫星分配信道，对同时发出呼叫请求的低轨卫星，高轨卫星根据低轨卫星的优先级高低依次为其分配信道；步骤2:将高轨卫星的波束内的信道划分为预留信道和共同竞争信道；进行波束切换的低轨卫星按照先共同竞争信道、后预留信道的顺序依次使用信道，当共同竞争信道使用完毕后，新呼叫低轨卫星按照强占方法使用预留信道；所述强占方法如下:如果当前波束内空闲的预留信道个数大于上一波束内正在进行通信的信道个数，则新呼叫低轨卫星强占预留信道成功；如果当前波束内空闲的预留信道个数小于上一波束区域内正在进行通信的信道个数，则根据新呼叫低轨卫星位置判断是否强占预留信道；判断方法如下:如果新呼叫低轨卫星与当前波束之间的距离小于上一波束内将要进行波束切换的低轨卫星与当前波束边界之间的距离，则新呼叫低轨卫星强占预留信道成功；如果新呼叫低轨卫星与当前波束之间的距离大于上一波束内将要进行波束切换的低轨卫星与当前波束边界之间的距离，则新呼叫低轨卫星强占预留信道失败。步骤I中:低轨卫星的优先级大于等于门限值时，该低轨卫星向高轨卫星发出请求分配信道的呼叫；当低轨卫星的优先级小于门限值时，该低轨卫星采集数据等待。所述优先级为低轨卫星缓存中已存储的数据量占整个缓存容量的比例，其中发出紧急呼叫的低轨卫星的优先级最高。当高轨卫星上没有空闲信道时，如果出现紧急呼叫的低轨卫星，高轨卫星切断优先级最低的低轨卫星的信道将该信道分配给紧急呼叫的低轨卫星。步骤2中:新呼叫低轨卫星和请求进行波束切换的低轨卫星按照先入先出FIFO原则使用共同竞争信道。步骤2中，如果高轨卫星的波束区域内的信道全部被占用，则新呼叫低轨卫星呼叫请求失败，请求波束切换的低轨卫星进入排队等待状态，当排队个数超过总信道个数值时，请求波束切换的低轨卫星被强制丢弃。由于采用了上述技术方案，本发明提供的卫星网络中的信道分配方法，在卫星数据通信时，实现了高轨卫星合理的为低轨卫星安排信道，使高轨卫星覆盖区域内的信道被充分的利用，使低轨卫星有序的接收到信道保证了通信传输的正常运行。本发明公开的卫星网络中的信道分配方法具有以下优点:1.高轨卫星覆盖区域内的信道被合理充分的使用。2.在数据通信时，由于强占 预留信道的方式使多个低轨卫星有序的获得信道，没有出现低轨卫星之间强占信道发生冲突导致数据传输中断的现象。3.保证了卫星通信系统信息的有效的传输。
为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为高轨卫星低轨与低轨卫星信号传输的模型图。图2为高轨卫星为低轨卫星分配信道的流程图。图3为新呼叫低轨卫星强占预留信道的示意图。图4为新呼叫低轨卫星强占预留信道的流程图。
具体实施例方式为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚完整的描述:本发明公开的卫星网络信道分配方法，如图1所示:卫星网络中，由于低轨卫星的快速移动，其运动周期与地面站的可视时间都极其有限，为了保证数据的实时可靠传输，当低轨卫星与地面站不可视时，将通过高轨卫星进行数据转发，在数据转发过程中，低轨卫星由一颗高轨卫星覆盖区域运动至另一颗高轨卫星覆盖区域时，低轨卫星需要在两个高轨卫星之间进行信道转换，而高轨卫星的信道数量有限，因此需要制定出合理的信道分配方法。如图2是高轨卫星为低轨卫星分配信道的方法的流程图:当低轨卫星在离开上一个高轨卫星的覆盖区域要进入下一个高轨卫星的覆盖区域时，需要进行信道间的转换。如果低轨卫星的缓存占用率大于等于门限值时，则该低轨卫星发出请求分配信道的呼叫；并定义为新呼叫低轨卫星。如果低轨卫星的缓存占用率小于门限值时，则该低轨卫星采集数据等待。低轨卫星的缓存占用率定义为:缓存中已存储的数据量占整个缓存容量的比例。低轨卫星的优先级与缓存占用率成正比，即缓存占用率越高，优先级越高。高轨卫星接收到低轨卫星发出的呼叫请求后，首先判断该呼叫是否为发出紧急呼叫的低轨卫星，或者是发生灾情时，传输灾情信息的低轨卫星，把出现紧急情况的低轨卫星的优先级设为最高，可以称为VIP卫星，那么高轨卫星需要首先为VIP卫星安排信道，当该高轨卫星上没有空闲信道时，将切断优先级最低的低轨卫星的信道，将该信道分配给VIP卫星。如果该低轨卫星不是VIP卫星时，则该低轨卫星继续周期运行，等待高轨卫星为其分配信道。对于那些非VIP卫星，不考虑信道预留问题，高轨卫星为低轨卫星合理的安排信道，在安排信道时按照FIFO原则，即先进入先获得信道的原则，对于同时发出请求呼叫的低轨卫星，高轨卫星根据他们的优先级高低，由高到低的为低轨卫星分配信道。当高轨卫星内没有可用信道时，则低轨卫星排队等待。高轨卫星通常采用多波束天线，每一个波束的覆盖情况与地面蜂窝网的一个基站覆盖类似，低轨卫星的高速运动，将使其从高轨卫星的一个波束切换到另一个波束，为了保证通信的连续性，尤其是重要数据的实时传输，还需要进行高轨卫星波束间的切换。当低轨卫星在高轨卫星的覆盖 区域内的波束间进行切换时，释放上一波束内使用的信道，并需要高轨卫星为其在下一波束内分配信道。此时还有新呼叫低轨卫星要进入该高轨卫星覆盖区域内的当前波束区域中，高轨卫星需要为该新呼叫低轨卫星分配信道。实施例:设高轨卫星的某一个波束内具有C条信道，称该波束为当前波束，那么低轨卫星在排队等待时，最大的排队长度也为C，分配出Ck条为预留信道，提供给进行波束切换的低轨卫星；剩下的C-Ck条为共同竞争信道，提供给波束切换的低轨卫星和新呼叫低轨卫星共同使用。新呼叫低轨卫星和需要进行波束切换的低轨卫星按照FIFO原则，即先进入先获得信道的原则共同使用C-Ck条信道。当有一个低轨卫星需要进行波束切换时，首先使用共同竞争信道，当共同竞争信道全部被占用后，再使用预留信道。如果C条信道全部被占用，则需要进行波束切换的低轨卫星发出呼叫并进入排队等待状态，排队地点在相邻波束之间的重叠区域。低轨卫星处于重叠区域时没有可用信道时，则继续排队等待，当有一条信道被释放时，则处于队列首位的待切换低轨卫星将自动获得信道，队列依次刷新。如果运动超过重叠区域还没有可用信道则低轨卫星切换呼叫请求被强制丢弃，当有一个新呼叫低轨卫星向系统发出使用当前波束区域内的信道时，如果C条信道全部被占用，则新呼叫请求失败，如果共同竞争信道未全部被占用，则分配空闲信道给该新呼叫低轨卫星。如果当前波束区域内的共同竞争信道已经全部被占用，而预留信道还有空闲时，新呼叫低轨卫星按照强占算法判断是否强占预留信道，方法如下:如图3和图4所示:设当前波束的上一波束中正有j个用户正在进行通信，即上一波束的信道使用状态处于j态，设当前波束内信道使用状态处于i态，即当前波束内空闲的预留信道数为(C-1)个，当(C-1)大于j时，即当前波束内空闲的预留信道个数大于上一波束区域内正在进行通信的信道个数，也就是说明当前波束内有充足的预留信道供上一波束内的用户进行波束切换，则新呼叫低轨卫星强占预留信道成功。当(C-1)小于j时，即当前波束内空闲的预留信道个数小于上一波束区域内正在进行通信的信道个数，也就是说明当前波束内没有足够的预留信道供上一波束内的低轨卫星进行波束切换使用，则根据新呼叫低轨卫星位置判断是否强占预留信道；判断方法如下:假设进行波束切换的低轨卫星的运行速度等于新呼叫低轨卫星的运行速度，设新呼叫低轨卫星为B，距离当前波束的距离为S，设当前波束的上一波束区域内最先离开的低轨卫星为A，卫星A将要进行波束切换，低轨卫星A距离下一波束的距离为L，当S大于等于L时，即上一波束区域内最先离开的低轨卫星先到达当前波束区域，则新呼叫低轨卫星强占预留信道失败；当S小于L时，即新呼叫低轨卫星先到达当前波束区域内，则新呼叫低轨卫星强占预留信道成功。进一步的，低轨卫星的优先级大于等于门限值时，该低轨卫星向高轨卫星发出请求分配信道的呼叫；当低轨卫星的优先级小于门限值时，该低轨卫星采集数据等待。即新呼叫低轨卫星和需要进行波束切换的低轨卫星的优先级大于等于门限值时才可以发出请求高轨卫星为其分配信道的呼叫 。进一步的，优先级定义为低轨卫星缓存中已存储的数据量占整个缓存容量的比例，其中发出紧急呼叫的低轨卫星的优先级最高。当出现灾情或者特殊情况时将紧急呼叫的低轨卫星的优先级设为最高定义为VIP卫星。如果出现VIP低轨卫星时，即使高轨卫星上没有空闲信道，则高轨卫星将切断优先级最低的低轨卫星的信道，将该信道分配给VIP卫星。进一步的，新呼叫低轨卫星和请求进行波束切换的低轨卫星按照先入先出FIFO原则使用共同竞争信道。进一步的，如果高轨卫星的波束区域内的C条信道全部被占用，则新呼叫低轨卫星呼叫请求失败，请求波束切换的低轨卫星进入排队等待状态，当排队个数超过总信道个数值时，请求波束切换的低轨卫星被强制丢弃。本发明的有益效果是:低轨卫星在多颗高轨卫星的覆盖区域内进行切换时，首先，保证VIP卫星的信道分配；其次，为避免卫星因缓存不足而丢弃数据，以低轨卫星的缓存占用率为参数设定卫星优先级，高轨卫星按照低轨卫星优先级的高低合理的为其分配信道。低轨卫星在波束间切换时，当共同竞争信道全部被使用而预留信道有空闲时，新呼叫低轨卫星将按照本发明公开的强占预留信道的方法，判断是否强占预留信道。本发明中强占信道方法的公开，有效地降低了新呼叫低轨卫星的阻塞率，从而增大了卫星系统中高轨卫星的信道利用率。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应`涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种卫星网络信道分配方法，其特征在于:具有如下步骤: 步骤1:高轨卫星按照先入先出FIFO原则为多个正在排队等待的低轨卫星分配信道，对同时发出呼叫请求的低轨卫星，高轨卫星根据低轨卫星的优先级高低依次为其分配信道； 步骤2:将高轨卫星的波束内的信道划分为预留信道和共同竞争信道； 进行波束切换的低轨卫星按照先共同竞争信道、后预留信道的顺序依次使用信道，当共同竞争信道使用完毕后，新呼叫低轨卫星按照强占方法使用预留信道；所述强占方法如下: 如果当前波束内空闲的预留信道个数大于上一波束内正在进行通信的信道个数，则新呼叫低轨卫星强占预留信道成功； 如果当前波束内空闲的预留信道个数小于上一波束区域内正在进行通信的信道个数，则根据新呼叫低轨卫星位置判断是否强占预留信道；判断方法如下: 如果新呼叫低轨卫星与当前波束之间的距离小于上一波束内将要进行波束切换的低轨卫星与当前波束边界之间的距离，则新呼叫低轨卫星强占预留信道成功； 如果新呼叫低轨卫星与当前波束之间的距离大于上一波束内将要进行波束切换的低轨卫星与当前波束边界之间的距离，则新呼叫低轨卫星强占预留信道失败。
2.根据权利要求1所述的一 种卫星网络信道分配方法，其特征还在于:步骤I中:低轨卫星的优先级大于等于门限值时，该低轨卫星向高轨卫星发出请求分配信道的呼叫；当低轨卫星的优先级小于门限值时，该低轨卫星采集数据等待。
3.根据权利要求1所述的一种卫星网络信道分配方法，其特征还在于:所述优先级为低轨卫星缓存中已存储的数据量占整个缓存容量的比例，其中发出紧急呼叫的低轨卫星的优先级最闻。
4.根据权利要求1或3所述的一种卫星网络信道分配方法，其特征还在于:当高轨卫星上没有空闲信道时，如果出现紧急呼叫的低轨卫星，高轨卫星切断优先级最低的低轨卫星的信道将该信道分配给紧急呼叫的低轨卫星。
5.根据权利要求1所述的一种卫星网络信道分配方法，其特征还在于:步骤2中:新呼叫低轨卫星和请求进行波束切换的低轨卫星按照先入先出FIFO原则使用共同竞争信道。
6.根据权利要求1所述的一种卫星网络信道分配方法，其特征还在于:步骤2中，如果高轨卫星的波束区域内的信道全部被占用，则新呼叫低轨卫星呼叫请求失败，请求波束切换的低轨卫星进入排队等待状态，当排队个数超过总信道个数值时，请求波束切换的低轨卫星被强制丢弃。
全文摘要
本发明公开了一种卫星网络信道分配方法，方法如下高轨卫星按照先入先出FIFO原则为多个正在排队等待的低轨卫星分配信道，对同时发出呼叫请求的低轨卫星，高轨卫星根据低轨卫星的优先级高低依次为其分配信道，进行波束切换的低轨卫星按照共同竞争信道、预留信道的顺序依次使用信道，当共同竞争信道使用完毕后，新呼叫低轨卫星按照强占方法判断使用预留信道。本发明提供的卫星网络中的信道分配方法，在卫星数据通信时，实现了高轨卫星合理的为低轨卫星安排信道，使高轨卫星覆盖区域内的信道被充分的利用，使低轨卫星有序的接收到信道保证了通信传输的正常运行。
文档编号H04W72/04GK103249156SQ20131014253
公开日2013年8月14日 申请日期2013年4月23日 优先权日2013年4月23日
发明者潘成胜, 蔡睿妍, 罗弘维, 魏德宾 申请人:大连大学