基于快速索引的混合交换型卫星多业务无线资源管理方法与流程

本发明属于通信技术领域，是一种针对新型多业务混合交换型卫星通信系统中的无线资源统一化管理方法。

背景技术：

目前卫星通信系统主要采用CS域(电路交换)或PS域(分组交换)。CS域面向电路连接，可以承载多种带宽的传输业务；PS域以卫星宽带通信系统为代表，其运行业务主要是IP数据报文。例如国际海事卫星系统(Inmarsat)、瑟拉亚卫星系统(Thuraya)、亚洲蜂窝卫星系统(ACeS)、全球星系统(Globalstar)等主要采用电路交换方式，提供语音、传真、短信等窄带业务；而IPSTAR宽带卫星系统、AmerHis卫星通信系统、WINDS系统等宽带卫星系统主要采用分组交换方式，提供IP语音数据、视频会议、视频点播、因特网接入、流媒体等宽带业务。同时，CS域卫星通信业务按照业务传输带宽来分，可划分为低数据率(Low Data Rate，LDR)、中数据率(Medium Data Rate，MDR)、高数据率(High Data Rate，HDR)等业务。LDR、MDR、HDR业务的数据传输速率档次分别为bit/s，kbit/s和Mbit/s。然而，未来发展趋势将是窄带和宽带卫星通信系统逐渐走向融合、走向统一。这意味着，一个卫星通信系统将不仅需要承载LDR、MDR、HDR等多种类型不同速率的电路域业务，还同时需要承载灵活可变的分组域业务。这些业务对应的卫星无线资源具有类型繁多、资源分配粒度单元大小参差不齐等特点。因此，如何实现对多业务卫星无线资源的高效管理就成为解决多业务系统融合问题的关键核心。

此外，混合交换型卫星通信系统同时承载多种类型通信业务。各种类型业务通信量也呈现动态变化，有时某种业务通信量激增、其他业务通信量减少，有时多种业务通信量同时增长。为了应对这种多业务通信量动态变化的情况，混合交换型卫星通信系统应具备不同类型业务间无线资源可分配份额灵活调整的重要特征。而实现无线资源份额灵活可配的目标依赖于对不同业务类型无线资源的高效访问和管理。

目前，卫星无线资源管理方式主要采用数组或链表等方式。这种方式的问题在于：一来混合交换型卫星通信系统含有多种不同类型的卫星无线资源，并且不同类型卫星无线资源的分配单位大小、份额数量各不相同，数组和链表方式不便于灵活管理和访问；再者数组或链表的无线资源管理组织形式对于多业务融合的卫星通信系统来说，不利于不同业务间卫星无线资源可分配份额的灵活调整，如将LDR类型业务的卫星无线资源调整给HDR类型业务的情况；最后，分配、调整、回收卫星无线资源时，需要遍历查询数组或链表才能够获得用户通信所需的无线资源分配表——耗费较多的查询时间、效率较低。

因此，本发明为多业务融合卫星通信系统提供了一种灵活、高效的卫星无线资源管理方式。该方法在通信申请和资源分配过程中以用户唯一标识为依据构建指向无线资源列表的快速索引，并在通信调整以及撤销等过程中通过已建立的索引快速、准确地掌握用户相关的分配资源信息，从而高效定位到资源列表，并进行后续流程处理。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述背景技术的不足，提供了一种灵活、高效的针对新型多业务混合交换型卫星通信系统中的无线资源统一化管理方法，该方法在通信申请和资源分配过程中以用户唯一标识为依据构建指向无线资源列表的快速索引，并在通信调整以及撤销等过程中通过已建立的索引快速、准确地掌握用户相关的分配资源信息，从而高效定位到资源列表，并进行后续流程处理，具体由以下方案实现：

所述基于快速索引的混合交换型卫星多业务无线资源管理方法，包括如下步骤：

1)通过包含有若干无线资源参数的无线资源描述表项节点构建可前向或返向遍历的无线资源表，所述无线资源表包括与用户一一对应的已分配无线资源表和与一类业务一一对应的未分配无线资源表；

2)引入用户资源分配哈希表，将用户唯一标识快速索引到用户已分配无线资源表地址；

3)将各业务类型的未分配无线资源表组成未分配无线资源池，并根据各业务无线资源分配粒度关系配置各业务无线资源；

4)当接收到通信申请请求时，构建当前用户标识与对应哈希表的，从申请业务类型的无线资源池中按照资源请求数量取出无线资源描述表项节点，当接收到通信撤销申请请求时根据快速索引得到的哈希表，取得用户已分配无线资源表表头地址，释放已分配无线资源表中当前资源描述表项节点所指向的无线资源，将节点从已分配无线资源表中删除。

所述基于快速索引的混合交换型卫星多业务无线资源管理方法的进一步设计在于，所述哈希表通过键key表示用户唯一标识，并通过值value表示已分配无线资源表表头地址。

所述基于快速索引的混合交换型卫星多业务无线资源管理方法的进一步设计在于，各业务类型包括低数据率LDR业务、中数据率MDR业务、高数据率HDR业务以及分组交换PS业务。

所述基于快速索引的混合交换型卫星多业务无线资源管理方法的进一步设计在于，所述步骤4)中处理通信申请请求具体包括如下步骤：

a.设置未分配无线资源池中各业务类型无线资源的数量，等待通信申请请求；

b.根据用户标识为key查询用户资源分配哈希表：若用户资源分配哈希表存在，则判定此次请求应为通信调整请求，故流程转入到通信调整申请子处理流程；若用户资源分配哈希表不存在，则进入通信资源分配处理流程；

c.查询未分配无线资源池，检测本次通信请求所需分配的无线资源是否足够：若剩余无线资源不足，则说明此次通信申请请求无法满足，拒绝当前通信申请；若资源充足，则进入后续资源分配过程；

d.从申请业务类型的无线资源池中按照资源请求数量取出无线资源描述表项节点，并更新对应类型业务未分配无线资源数量；

e.将从无线资源池中取出的无线资源分配给申请用户，放入通信申请用户的已分配无线资源表中；并将已分配无线资源表的表头地址赋值给新建用户资源分配哈希表中的value项；

f.返回步骤a，继续等待处理下一个通信申请请求。

所述基于快速索引的混合交换型卫星多业务无线资源管理方法的进一步设计在于，所述通信调整申请子处理流程包括如下步骤：

Ⅰ)以用户标识为键key，快速搜索用户资源分配哈希表；

Ⅱ)根据搜索得到的用户资源分配哈希表，获得已分配无线资源表ART表头地址；

Ⅲ)查询本次通信调整申请请求，比较已分配无线资源量与通信调整申请请求所需资源量；

Ⅳ)检测本次通信调整申请请求所需资源是否需要增加：如果资源量需求减少，则进入资源释放处理流程：如果资源量需求增加，则进入资源申请处理流程。

所述基于快速索引的混合交换型卫星多业务无线资源管理方法的进一步设计在于，步骤Ⅳ)中资源申请处理流程包括：查询未分配无线资源池：如果未分配无线资源不足，则维持现有已分配无线资源数量，则拒绝通信调整申请子处理并返回通信申请流程；如果未分配无线资源足够，则从申请业务类型的无线资源池中按照新申请数量取出无线资源描述表项节点，更新相应类型业务未分配无线资源数量，并将从未分配无线资源池中取出的无线资源分配给申请用户，放入通信用户已分配无线资源表中，处理完成后返回通信申请流程。

所述基于快速索引的混合交换型卫星多业务无线资源管理方法的进一步设计在于，步骤Ⅳ)中所述资源释放处理流程包括如下步骤：

i)释放已分配无线资源表中当前资源描述节点RDN所指向的无线资源，并将资源描述节点从表中删除；

ii)将删除的无线资源描述表项节点RDN移动到未分配无线资源池中对应业务类型的链表结构中；

iii)检测无线资源调整是否释放完毕：如果未释放完毕，则继续将当前链表地址指针移到下一个链表节点，并跳转到步骤i)进行循环处理；如果释放完毕，则更新相应类型业务未分配无线资源数量。

所述基于快速索引的混合交换型卫星多业务无线资源管理方法的进一步设计在于，资源申请处理流程中从未分配无线资源池中取出的无线资源分配给申请用户包括如下步骤：

首先，从未分配无线资源池中取出待分配无线资源描述表项节点：删除指向待分配无线资源描述表项节点的上一个无线资源描述节点的“下一个资源节点地址”的值与待分配无线资源描述节点RDN中的“前一个资源节点地址”的值；

接着，将待分配无线资源描述节点移动到申请用户的已分配无线资源表；

最后，更新待分配资源描述节点RDN以及已分配无线资源表的相应数据信息：将已分配无线资源表的最后一个资源描述节点的“下一个资源节点地址”的值设置成待分配资源描述节点的地址；将待分配资源描述节点的“前一个资源节点地址”的值设置成已分配无线资源表的最后一个资源描述节点的地址。

所述基于快速索引的混合交换型卫星多业务无线资源管理方法的进一步设计在于，处理通信撤销申请具体包括如下步骤：

A.等待接收通信撤销请求申请；

B.接收到通信撤销请求后，以用户标识为键key，快速索引到用户资源分配哈希表；

C.根据快速索引得到的哈希表，取得用户已分配无线资源表表头地址；

D.释放已分配无线资源表中当前资源描述表项节点RDN所指向的无线资源，将节点从已分配无线资源表中删除；

E.将删除的无线分配资源描述节点移动到未分配无线资源池中对应业务类型的链表结构中；

F.检测用户已分配无线资源节点是否释放完毕：若未释放完毕，则将当前链表地址指针移动到下一个链表节点，并进入步骤D处理；若所有节点释放完毕，则进入后续处理流程；

G.删除以用户标识为键key的用户资源分配哈希表项，并更新相应类型业务未分配无线资源数量参数；

H.返回步骤A，进入等待通信撤销请求过程。

所述基于快速索引的混合交换型卫星多业务无线资源管理方法的进一步设计在于，步骤3)中LDR、MDR、HDR以及PS业务的无线资源粒度需满足如下的数学关系：

GMDR＝m×GLDR(m∈N&m≥2)，N为自然数集

GHDR＝n×GMDR＝n×m×GLDR(m,n∈N&m,n≥2)

GPS＝l×GLDR(l∈N&l≥1)

其中，设定LDR、MDR、HDR以及PS业务的无线资源最小分配粒度分别为GLDR、GMDR、GHDR、GPS。

本发明的有益效果为：

本发明针对现有卫星无线资源的数组和链表管理方式的不足，本发明为卫星无线资源管理引入快速索引哈希表的方法，采用哈希表建立通信业务用户与用户无线资源分配表之间的映射关系。通过运用该映射关系，卫星通信系统能够依据用户标识快速定位并访问到用户无线资源分配表，从而能够便捷、统一、高效地对其无线资源进行各类操作，如分配资源、回收资源等。

本发明采用无线资源描述节点来统一管理各种类型业务的无线资源单元(各类业务资源的最小分配粒度)，即不管无线资源属于哪一类业务类型，该资源都采用统一的无线资源描述节点进行描述和表达。同时，对无线资源的访问和操作，都可通过对这些无线资源描述节点的操作来完成。这种统一的无线资源描述方式将有利于解决不同业务类型无线资源的单元大小不一、难以相互转换和统一管理的问题。

本发明提出对用户已分配无线资源表和未分配无线资源表都采用双向链表这种结构方式实现，即将无线资源描述节点按照不同业务类型和是否分配等特征运用前后双向地址指针方式串联成双向链表。链表结构方式对于处理无线资源节点增加、删除和调整等方式较为简单灵活，因此该结构有利于在各类业务无线资源分配份额之间实现灵活相互调配，从而实现动态调整不同业务类型无线资源的划分比例，实时响应不同类型业务通信量的周期性变化。

附图说明

图1为本发明的无线资源管理方法示意图。

图2为本发明的通信申请请求阶段无线资源管理流程。

图3为本发明的通信撤销申请阶段无线资源管理流程。

图4为本发明的通信调整申请阶段子处理流程。

图5为本发明的无线资源分配和调整处理过程示意图。

图6为本法明的无线资源释放处理过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本申请作进一步详细的说明。

本实施例的基于快速索引的混合交换型卫星多业务无线资源管理方法包括如下步骤：

1)通过包含有若干无线资源参数的无线资源描述表项节点构建可前向或返向遍历的无线资源表，所述无线资源表包括与用户一一对应的已分配无线资源表和与一类业务一一对应的未分配无线资源表。无线资源表采用链表结构，链表结构方式对于处理无线资源节点增加、删除和调整等方式较为简单灵活，因此该结构有利于在各类业务无线资源分配份额之间实现灵活相互调配，从而实现动态调整不同业务类型无线资源的划分比例，实时响应不同类型业务通信量的周期性变化。2)引入用户资源分配哈希表，将用户唯一标识快速索引到用户已分配无线资源表地址，即构建映射关系。通过运用该映射关系，卫星通信系统能够依据用户标识快速定位并访问到用户无线资源分配表，从而能够便捷地对其无线资源进行各类操作，如分配资源、回收资源等。

3)将各业务类型的未分配无线资源表组成未分配无线资源池，并根据各业务无线资源分配粒度关系配置各业务无线资源。

4)当接收到通信申请请求时，构建当前用户标识与对应哈希表的，从申请业务类型的无线资源池中按照资源请求数量取出无线资源描述表项节点，当接收到通信撤销申请请求时根据快速索引得到的哈希表，取得用户已分配无线资源表表头地址，释放已分配无线资源表中当前资源描述表项节点所指向的无线资源，将节点从已分配无线资源表中删除。

如图1，本实施例根据上述方法提供了一种基于快速索引的混合交换型卫星多业务无线资源管理系统，包括无线资源分配模块、未分配无线资源管理模块以及通信申请撤销模块。无线资源分配模块，根据通信业务类型建立不同类别的哈希索引表，哈希索引表通过用户标识与资源链表地址构建起由用户到已分配无线资源表的映射关系。未分配无线资源管理模块，按照不同的通信业务类型对尚未分配给用户使用的卫星无线资源中同一类业务的无线资源组织成双向链表进行调配。通信申请撤销模块，处理来自各类业务的通信请求和撤销申请，同时管理无线资源分配模块和未分配无线资源管理模块。该哈希表项以用户标识为键key，以资源链表地址为值value，从而构建起由用户到已分配无线资源表的映射关系。同时，未分配无线资源管理模块主要按照不同的通信业务类型对尚未分配给用户使用的卫星无线资源进行统一管理，将同一类业务的无线资源组织成双向链表进行调配。

无线资源描述表项节点用于精确描述各类业务卫星无线资源，并且是实现无线资源管理的媒介，通过对该表项节点的操作实现对各类业务卫星无线资源的分配、调整、回收等资源管理操作。每个节点包括无线资源类型(LDR、MDR、HDR、PS等)，资源地址(指向已分配或未分配无线资源实际地址)，资源长度(某业务类型无线资源单位数量)，下一个资源描述节点地址指针(指向链表下一个资源描述节点)，前一个资源描述节点地址指针(指向链表前一个资源描述节点)等。

已分配无线资源表存储描述特定用户正在使用(即已分配给该用户)的无线资源的描述表项节点RDN表；未分配无线资源表存储尚未分配的那部分各类型业务无线资源描述表项节点RDN表。一个用户拥有一个已分配无线资源表；而一类业务无线资源对应一个未分配无线资源表。

已分配无线资源表和未分配无线资源表都采用双向链表的组织结构形式，均由无线资源描述表项节点组成，并由下/前一个资源描述节点地址串接形成双向链表。系统根据这两类节点地址，可前向或返向遍历无线资源表。

用户资源分配哈希表(key-value:用户标识-用户已分配无线资源表地址)将用于实现由用户唯一标识快速索引到用户已分配无线资源表地址，即完成用户到用户无线资源表的映射。

每一个用户资源分配哈希表项含有两项内容：键key采用用户唯一标识来表示；值value采用已分配无线资源表表头地址来表示。因此，只需根据用户标识便可以快速索引到用户无线资源列表。

进一步的，未分配无线资源池用于集中管理未使用、未分配的多个业务类型无线资源，本质上就是负责管理LDR、MDR、HDR、PS业务的未分配无线资源列表。

未分配无线资源池由四个业务类型未分配无线资源链表构成。

各业务无线资源分配粒度关系的配置方式主要从以下几个方面和目的考虑：

1.统一管理多种业务类型卫星无线资源的需要，采用内部统一的资源描述和管理单位；

2.灵活实现多种业务间无线资源份额调整的需要，即不同业务卫星无线资源间可以相互转换，如多个连续的LDR无线资源单位可以转换成MDR或其他业务类型的无线资源；

3.不同业务类型的无线资源粒度需满足如下的数学关系：

因此，根据上述考虑，设定LDR业务的无线资源最小分配粒度为GLDR，则MDR、HDR以及PS业务的无线资源最小分配粒度分别为

GMDR＝m×GLDR(m∈N&m≥2)，N为自然数集

GHDR＝n×GMDR＝n×m×GLDR(m,n∈N&m,n≥2)

GPS＝l×GLDR(l∈N&l≥1)

总之，MDR、HDR以及PS业务的无线资源最小分配粒度与LDR业务的资源最小分配粒度间为整倍数关系。

本实施例采用无线资源描述节点来统一管理各种类型业务的无线资源单元，即各类业务资源的最小分配粒度，不论无线资源属于哪一类业务类型，该资源都采用统一的无线资源描述节点进行描述和表达。同时，对无线资源的访问和操作，都可通过对这些无线资源描述节点的操作来完成。这种统一的无线资源描述方式将有利于解决不同业务类型无线资源的单元大小不一、难以相互转换的问题。

如图2，通信申请请求过程中卫星无线资源管理流程包括如下步骤：

1.初始化无线资源分配流程处理；

2.设置未分配无线资源池中各业务类型无线资源的数量；

3.参数设置完毕后，流程进入到等待通信申请请求阶段；

4.一旦接收到来自用户的通信申请请求后，开始通信申请处理过程；

5.以用户标识为key查询用户资源分配哈希表：

(a)用户资源分配哈希表存在，则说明该用户之前已经申请过通信请求，此次请求应为通信调整请求，故流程转入到通信调整申请子处理流程；

(b)用户资源分配哈希表不存在，则说明此次请求为新用户通信申请，进入通信资源分配处理流程；

6.查询未分配无线资源池，检测本次通信请求所需分配的无线资源是否足够：

(a)剩余无线资源不足，则说明此次通信申请请求无法满足，进入通信申请拒绝子处理流程；

(b)资源充足，则进入后续资源分配过程；

7.建立以用户唯一标识为键key的用户资源分配哈希表项；

8.从申请业务类型的无线资源池中按照资源请求数量取出无线资源描述表项节点RDN，并更新对应类型业务未分配无线资源数量；

9.将从无线资源池中取出的无线资源分配给申请用户，放入通信申请用户的已分配无线资源表中；

10.将已分配无线资源表的表头地址赋值给新建用户资源分配哈希表中的value项；

11.返回步骤3，继续等待处理下一个通信申请请求。

如图3，通信撤销申请过程中卫星无线资源管理流程(与通信申请过程独立的一个流程)包括如下步骤：

1.初始化无线资源撤销流程；

2.等待接收通信撤销请求申请；

3.一旦接收到通信撤销请求后，进入通信撤销请求处理流程；

4.以用户标识为键key，快速索引到用户资源分配哈希表；

5.根据快速索引得到的哈希表，取得用户已分配无线资源表ART表头地址；

6.释放已分配无线资源表中当前资源描述表项节点RDN所指向的无线资源，将节点从已分配无线资源表中删除；

7.将删除的无线分配资源描述节点RDN移动到未分配无线资源池中对应业务类型的链表结构中；

8.检测用户已分配无线资源节点是否释放完毕：

(a)未释放完毕，则将当前链表地址指针移动到下一个链表节点，并进入步骤6处理；

(b)所有节点释放完毕，则进入后续处理流程；

9.删除以用户标识为键key的用户资源分配哈希表项；

10.更新相应类型业务未分配无线资源数量参数；

11.返回步骤2，进入等待通信撤销请求过程。

如图4，通信调整申请阶段子处理流程包括如下步骤：

1.由通信申请流程根据条件跳转进入通信调整申请子处理流程；

2.接收通信调整申请请求；

3.以用户标识为键key，快速搜索用户资源分配哈希表；

4.根据搜索得到的用户资源分配哈希表，获得已分配无线资源表ART表头地址；

5.查询本次通信调整申请请求，比较已分配无线资源量与通信调整申请请求所需资源量；

6.检测本次通信调整申请请求所需资源是否需要增加：

(a)如果资源量需求减少，则进入资源释放处理流程：

i)释放已分配无线资源表中当前资源描述节点RDN所指向的无线资源，并将资源描述节点从表中删除；

ii)将删除的无线资源描述表项节点RDN移动到未分配无线资源池中对应业务类型的链表结构中；

iii)检测无线资源调整是否释放完毕：如果未释放完毕，则继续将当前链表地址指针移到下一个链表节点，并跳转到步骤i)进行循环处理；如果释放完毕，则更新相应类型业务未分配无线资源数量；

(b)如果资源量需求增加，则进入资源申请处理流程，查询未分配无线资源池：

i)如果未分配无线资源不足，则维持现有已分配无线资源数量，进入通信调整申请拒绝子处理流程，处理完成后返回通信申请流程；

ii)如果未分配无线资源足够，则从申请业务类型的无线资源池中按照新申请数量取出无线资源描述表项节点RDN，更新相应类型业务未分配无线资源数量，并将从未分配无线资源池中取出的无线资源分配给申请用户，放入通信用户已分配无线资源表中，处理完成后返回通信申请流程。

如图5，通信申请请求过程中如何将一个未分配的无线资源分配给申请用户的过程如下：

1.从未分配无线资源池中取出待分配无线资源描述表项节点RDN：

(a)删除指向待分配无线资源描述表项节点RDN的上一个无线资源描述节点的“下一个资源节点地址”的值；

(b)删除待分配无线资源描述节点RDN中的“前一个资源节点地址”的值；

2.将待分配无线资源描述节点RDN移动到申请用户的已分配无线资源表；

3.更新待分配资源描述节点RDN以及已分配无线资源表的相应数据信息：

(a)将已分配无线资源表的最后一个资源描述节点RDN的“下一个资源节点地址”的值设置成待分配资源描述节点RDN的地址；

(b)将待分配资源描述节点RDN的“前一个资源节点地址”的值设置成已分配无线资源表的最后一个资源描述节点的地址。

如图6，通信撤销请求过程中如何释放无线资源并将资源返回到未分配无线资源池中的过程如下：

1.从已分配无线资源表中取出待释放无线资源描述表项节点RDN：

(a)删除指向待释放无线资源描述节点RDN的上一个无线资源描述节点的“下一个资源节点地址”的值；

(b)删除待释放无线资源描述节点RDN中的“前一个资源节点地址”的值；

2.将待释放无线资源描述节点RDN移动到对应业务类型的未分配无线资源池；

3.更新待释放资源描述节点RDN以及未分配无线资源表的相应数据信息：

(a)将未分配无线资源表的最后一个资源描述节点RDN的“下一个资源节点地址”的值设置成待释放资源描述节点RDN的地址；

(b)将待释放资源描述节点RDN的“前一个资源节点地址”的值设置成未分配无线资源表的最后一个资源描述节点的地址。

本发明的基于快速索引的混合交换型卫星多业务无线资源管理方法可应用在此类混合交换型卫星通信系统中。这类系统一般拥有以下主要特征：承载多种通信业务类型；不同业务类型间通信承载量可调配。具体而言存在以下情况之一：

1.卫星通信系统承载多种不同带宽、不同域的通信业务——需要支持LDR、MDR、HDR等多种电路域业务和PS域类业务；

2.卫星通信系统内不同业务类型的可分配无线资源份额灵活可配——需要将某些业务类型的无线资源份额调整为其他类型业务；

3.需要以用户为中心高效实现对用户无线资源的访问和操作，提高系统整体效率。

存在以上一种或多种需求的情形下，就可以考虑采用本发明中描述的方法。

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，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。