一种适用于卫星数据采集系统的用户综合加权接入方法
【专利摘要】本发明公开了一种适用于卫星数据采集系统的用户综合加权接入方法。该方法包括：A．对于一般数据业务，当多颗卫星覆盖数据采集平台（DCP）时，DCP对接入卫星空闲信道数、卫星覆盖时间、仰角三种因素进行加权，形成加权目标接入函数，选择最佳的卫星接入，确保接入过程中系统切换开销小、切换失败率低，避免发生信道恶化，避免呼叫频繁的部分卫星过载；B．对于紧急数据业务，调整上述加权目标接入函数的加权系数，选择合适的卫星进行接入。若接入卫星没有空闲信道，则暂停当前一般业务的传输，抢占信道。该方法能有效解决卫星数据采集系统中多星覆盖DCP时，DCP选择卫星接入的问题，提高DCP接入卫星的成功率，提高系统的吞吐量。
【专利说明】一种适用于卫星数据采集系统的用户综合加权接入方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及卫星通信领域。卫星通信可以提供全球覆盖的宽带移动服务，在卫星数据采集系统中，当多颗卫星覆盖数据采集平台(DCP)时，选取最佳卫星进行接入是保障通信质量的重要因素。在多星覆盖数据采集平台(DCP)的情况下，通过加权目标接入函数可以有效的选取接入卫星，提高接入成功率，提高系统的吞吐量。
【背景技术】
[0002]用卫星来大量搜集地面和海上的信源数量的系统成为卫星数据采集系统，它由测量终端、转发卫星和卫星运行控制中心构成，适用于对分布范围广、参数缓变和传输速率低的数据进行采集和汇总，其突出的优点是通过建立无人值守的数据采集平台(DCP)，可以快捷便利的获取卫星覆盖范围内的相关信息。当今国际上的DCS系统分为两类:地球静止轨道(GEO)上气象卫星的DCS系统(GEO DCS)和近地轨道DCS系统(LEO DCS)。为避免高轨卫星通信距离远，路径损失并且DCP天线过大，不利于小型化的问题，本专利针对低轨道卫星DCS系统提出了权值接入算法，以解决低轨道卫星DCS系统中，卫星数量较多，多颗卫星同时覆盖同一数据采集平台时，数据采集平台选择卫星进行接入的问题。
[0003]数据采集平台(DCP)与覆盖地面站的多颗LEO卫星通信时，只需要接入单颗卫星即可。尽管卫星数量理论上可以满足需求，但是考虑到用户分布密度的不同，卫星的覆盖也并非均匀分布，即可能发生多颗卫星覆盖相同DCP的情况。如果此时DCP采取随机接入的算法，则会造成接入成功率的降低，从而削减了系统的吞吐量，导致数据传输质量的降低。此时如果选取一定的接入控制算法，则可有效保证接入的成功概率。如果根据卫星覆盖时间、卫星空闲信道数量、仰角因素等中某一项因素进行接入算法的设计，都有一定的局限性，例如，如果根据卫星覆盖时间因素选择服务时间最长的卫星进行接入，则有可能导致接入卫星距离DCP较远，造成较大的时延，不能避免低仰角带来的信道恶化，而且有可能造成接入卫星负载过重，不利于负载均衡；如果根据仰角因素选择传输距离最短的卫星进行接入，则有可能导致卫星服务时间不连续，加大系统切换开销，造成切换失败率高的问题，并且卫星负载过重的问题也无法避免。因此综合考虑多种因素，采取加权策略设计广泛适用且灵活的接入算法是有效解决各种问题的最佳方法。
【发明内容】
[0004]本专利根据卫星通信的特点，提出基于最短距离策略、最长服务时间策略和负载均衡策略的综合加权卫星接入策略。其中最短距离策略重点考虑仰角因素，最长服务时间策略重点考虑卫星覆盖时间因素，负载均衡策略重点考虑接入卫星空闲信道因素。将上述三种策略涉及的参数进行加权计算，形成加权目标函数，并根据实际情况对上述三种参数的加权系数进行选择、计算和确定，设计适用于不同情况下的接入方法。本专利提出在不同业务情况下，改变加权目标接入函数的权值系数，调整卫星空闲信道数量、卫星覆盖时间、仰角三种因素对加权目标接入函数的影响比重，形成适用的接入方法，一般数据业务情况下，综合卫星空闲信道数量、卫星覆盖时间以及传输距离三种因素进行加权，选择最佳卫星接入；紧急数据业务情况下，由于数据传输的紧急特性，可以在没有空闲信道的情况下抢占当前正在传输的一般数据业务的传输信道，并且进一步综合加权卫星覆盖时间、传输距离两种因素，形成加权目标接入方法，选择最佳卫星进行接入。本专利提出将卫星覆盖范围划分为多个蜂窝网络，DCP均匀分布在蜂窝网络的节点，首先确定卫星覆盖范围；其次根据DCP数量确定蜂窝网络的半径，并且将DCP均匀分布在蜂窝网络的节点，通过半径上DCP数量与覆盖范围内DCP数量的映射关系，确定卫星覆盖范围内的DCP的分布情况。
【专利附图】
【附图说明】
[0005]图1数据用户综合加权接入方法示意图
[0006]图2数据采集平台接入流程图
[0007]图3不同权值系数下的接入策略图
[0008]图4卫星覆盖范围蜂窝网络划分方法
[0009]图4 中:
[0010]I表示卫星覆盖范围；
[0011 ]2表示卫星覆盖范围半径；
[0012]3表示划分出的蜂窝网；
[0013]4表示地面数据采集平台。
【具体实施方式】
[0014]在数据采集系统中，多星覆盖数据采集平台的情况下，数据采集平台需要通过一定的接入算法选择最佳的卫星进行接入，以保证接入成功的概率，提高系统的吞吐量并且保证较高的传输质量。在最长服务时间接入策略中，由于要优先接入服务时间最长的卫星，导致相对于最短距离接入策略，卫星仰角趋于低仰角的概率增大；相反，在最短距离接入策略中，由于要优先接入传输距离较短的卫星，相对于最长服务时间接入策略，卫星覆盖时间变短的概率增大。因此，在保证卫星具有空闲信道的基础上，需要设计一种综合的加权策略，既保留最长服务时间策略系统切换开销小、切换失败率低的优点，又避免较低仰角带来的信道恶化，同时还要尽量使空间的通信业务量趋于均衡，避免呼叫频繁的部分卫星过载。
[0015]针对一般业务的数据传输，在确保覆盖DCP的卫星具有空闲信道的基础上，对卫星空闲信道数量、卫星覆盖时间、仰角三种因素进行加权计算，选择空闲信道数量多的卫星，均衡网络负载，避免呼叫频繁的部分卫星过载；选择卫星覆盖时间较长的卫星，保证服务时间最长，最大限度降低切换次数，减小切换引起的系统开销，获得较低的切换失败率；选择仰角较大即传输距离较短的卫星，避免较低仰角带来的信道恶化。在本专利中，覆盖时间和空闲信道数采用线性加权，由于信道衰减损耗、遮蔽效应与仰角存在非线性关系，卫星仰角采用非线性加权，以避免仰角取最小仰角时，卫星信道出现严重恶化。
[0016]针对紧急数据业务，如果覆盖DCP的卫星中具有空闲信道，则按照上述一般业务情况的接入策略进行综合加权接入；如果覆盖DCP的卫星中均无空闲信道，则暂停目前覆盖DCP的卫星中的一般业务，抢占一般业务信道，保障紧急数据业务的传输，继而对卫星覆盖时间、传输距离三种因素进行加权计算，形成适用的接入方法，选择最佳加入卫星。[0017]数据用户综合加权接入方法示意图如图1所示。当有多颗卫星覆盖终端DCP时，判断覆盖DCP的多颗卫星中是否具有空闲信道，如果有空闲信道，则实行综合空闲信道数量、卫星覆盖时间、仰角三种因素的目标加权接入方法；如果没有空闲信道，且数据业务的类型是一般业务，则DCP进入排队等待状态；如果没有空闲信道，且数据业务的类型是紧急业务，则暂停当前卫星的数据传输业务，抢占一般业务的信道，综合加权卫星覆盖时间以及仰角因素，形成适用的接入方法，选择最佳的卫星进行接入。
[0018]数据采集平台DCP接入流程图如图2所示。当有新呼叫请求时，呼叫进入服务列表，按照上述综合考虑覆盖时间、传输距离策略以及负载均衡选择卫星；之后按照接入方案选择信道，如果接入成功，则占用信道传输数据；如果被阻塞，则清除服务列表项，一定时间间隔后重新请求。
[0019]我们将多星覆盖DCP时的加权目标函数公式设定如下:
[0020]
【权利要求】
1.本专利提出数据采集平台(DCP)接入卫星时的权值接入策略，该策略包括: A.综合考虑卫星空闲信道、卫星覆盖时间、仰角三种参考因素； B.将上述三种参数进行加权计算,形成加权目标接入函数； C.对上述三种参数的加权系数进行选择、计算和确定。 该策略既保留系统切换频率低的优点，又要避免接入过程中发生信道恶化，还需要使空间的通信业务量趋于均衡，避免呼叫频繁的部分卫星过载。
2.本专利提出在不同业务情况下，改变加权目标接入函数的权值系数，调整卫星空闲信道数量、卫星覆盖时间、仰角三种因素对加权目标接入函数的影响比重，形成适用的接入方法。改变权值系数的原则有以下几点: A.如果业务种类为一般业务，则在覆盖DCP的多颗卫星中选择空闲信道数量多的卫星，如果所有卫星均没有空闲信道，则进入排队等待状态(新呼叫)或者切换失败，重新发起呼叫(非新呼叫);如果业务种类为紧急业务，则在覆盖DCP的多颗卫星中选择空闲信道数量多的卫星，如果当前覆盖DCP的多颗卫星中没有空闲信道，则暂停当前卫星的传输业务，抢占一般业务信道； B.在确保有空闲信道的基础上，对空闲信道数量、卫星覆盖时间以及仰角因素进行加权计算，选择最佳的卫星进行接入。
3.本专利提出将卫星覆盖范围划分为多个蜂窝网络，DCP或地面用户均匀分布在蜂窝网络的节点，划分步骤为以下几点: A.确定卫星覆盖范围； B.根据DCP数量确定蜂窝网络的半径； C.DCP均匀分布在蜂窝网络的节点。
【文档编号】H04B7/185GK103795455SQ201410015630
【公开日】2014年5月14日 申请日期:2014年1月14日 优先权日:2014年1月14日
【发明者】张琦, 忻向军, 田清华, 张丽佳, 刘博 , 王拥军, 齐小航, 陈天双, 文国莉, 李欢, 王厚天, 周宇 申请人:北京邮电大学