一种基于用户切换限制和卸载的卫星跨信关站馈电链路切换方法与流程

本发明属于低轨卫星通信领域，具体涉及到一种基于用户切换限制和卸载的卫星跨信关站馈电链路切换方法。

技术背景

随着低轨卫星星座的蓬勃发展，越来越多的低轨卫星系统正在开展建设。低轨卫星系统所特有的卫星跨信关站馈电链路切换问题已成为系统方案研究的重要课题。尤其是卫星透明转发的低轨卫星系统，卫星仅起到覆盖主用，卫星要能为覆盖区的用户终端服务，必须与信关站一直建立馈电链路连接。低轨卫星高速运动跨信关站覆盖时，馈电链路将从源信关站切换到目标信关站，导致接受卫星服务的用户终端集体发生切换。短时间内大规模用户发起切换，将产生拥塞，切换用户丢失严重。

目前，针对透明转发的卫星馈电链路切换，研究多集中在信关站如何选择新卫星进行连接，出现了基于负载均衡、基于最长服务时间、基于二分图最大匹配等策略。但是，针对因卫星馈电链路切换导致大量用户终端切换的问题，研究较为薄弱。

针对因卫星馈电链路切换导致大量用户终端集体切换的问题，需进一步给出一套有效地解决方案，减少跟随卫星跨信关站切换的用户数量、减少用户切换掉话率，提升卫星跨信关站馈电链路切换情况下系统用户整体体验。

技术实现要素：

为了解决卫星馈电链路切换导致大量用户终端切换的问题，本发明提出了一种基于用户切换限制和卸载的卫星跨信关站馈电链路切换方法，方法基本思想是将需要跨信关站切换的卫星的星下覆盖区中单星覆盖区域最小化(用户数)，同时将其中多星覆盖区的接受卫星服务的用户逐渐卸载到其它卫星，并针对接收其它卫星服务的用户进行限制，避免切换到当前卫星。

本发明提出了一种基于用户切换限制和卸载的卫星跨信关站馈电链路切换方法，如图1所示，该方法的实现流程组成部分包括：满足优化条件的跨信关站馈电链路切换位置计算1、预先估算卫星s跨信关站馈电链路切换时的地面覆盖区域以及其中的多星覆盖区域2、用户切换限制3、用户卸载4、单星覆盖区用户跟随卫星跨信关站切换5、撤销针对卫星s的切换限制和卸载策略6。

本发明技术方案为一种基于用户切换限制和卸载的卫星跨信关站馈电链路切换方法，该方法包括：

步骤1：在源信关站和目标信关站交叠覆盖区域内，以最小化卫星s覆盖区域中单星覆盖区域内用户数量为目标，基于星历、源信关站与目标信关站位置、用户分布率计算出卫星s跨信关站馈电链路切换的轨道位置；

步骤2：源信关站预先计算出卫星s在跨信关站馈电链路切换位置的地面覆盖区域，以及计算出该覆盖区域内的多星覆盖范围；

步骤3：用户切换限制

针对步骤2中所述的多星覆盖区域中接收其它卫星服务的用户，进行切换限制，这类用户在即将仅被卫星s覆盖时，才向卫星s切换；

步骤4：用户卸载策略

针对步骤2中所述的多星覆盖区域中接收卫星s服务的用户被卫星s和其它卫星同时覆盖，选择其它卫星进行切换，将用户卸载到其它卫星；

步骤5：卫星s跨信关站馈电链路切换，卫星s覆盖下的单星覆盖区域用户集体跟随卫星s跨信关站切换到目标信关站；

步骤6：卫星s完成跨信关站馈电链路切换后，撤销针对卫星s的用户切换限制和用户卸载策略。

进一步的，所述步骤1中用户分布率，是指单位覆盖面积内与信关站保持连接状态的用户数目，通过信关站对卫星s所在的轨道面上所有卫星覆盖的带状区域用户情况进行统计获得，数据定期更新，不同地理区域不同时间段用户分布率不同。

进一步的，所述步骤1中卫星s切换位置的计算方法为：

步骤1.1：根据基于星历、源信关站与目标信关站位置确定出卫星s能同时被源信关站与目标信关站覆盖的轨道位置区间；

步骤1.2：在该区间上以一定的步长移动卫星s覆盖的区域，计算每次卫星s覆盖区域中多星覆盖区域内的用户数量；

步骤1.3：选择出用户数量最少时对应的卫星s所在的轨道位置，即为卫星s跨信关站馈电链路切换的轨道位置。

进一步的，所述步骤1中卫星s跨信关站馈电链路切换轨道位置具备以下特性：在卫星s滑过源信关站和目标信关站交叠覆盖区域的整个过程中，卫星s在该位置的星下覆盖区域中单星覆盖区域的用户数目最少。

进一步的，所述步骤4中用户卸载，随着卫星的运动，步骤4中所述的接收卫星s服务的用户逐渐卸载到其它卫星，步骤2所述多星覆盖区域中接受卫星s服务的用户逐渐减少，直到该区域所有用户都被卸载。

进一步的，所述步骤4中用户卸载选择其它卫星，其卫星选择策略是在其他卫星中优先选择与卫星s归属于相同信关站的卫星。选择与卫星s归属相同信关站的卫星，则执行的是信关站内星间切换，比起跨信关站切换时延更短，用户体验更好。

本发明一种基于用户切换限制和卸载的卫星跨信关站馈电链路切换方法，相对于现技术具有以下的有益效果：

本发明通过计算星下覆盖区域中单星覆盖区域的用户数量最少对应的轨道位置作为卫星跨信关站馈电链路切换点，最小化跟随卫星跨信关站馈电链路切换的用户数量。

本发明针对星下覆盖区域中多星覆盖区域的不同种类用户实施切换限制、用户卸载，有效减少跟随卫星集体切换到目标信关站的用户数量，缓解切换压力，降低用户掉话率。

本发明方法有效解决卫星跨信关站时星下用户切换问题，适用于各种星座构型的低轨卫星系统，具有工程应用价值。

附图说明

图1是本发明基于用户切换限制和卸载的卫星跨信关站馈电链路切换方法示意图。

图2是本发明基于用户切换限制和卸载的卫星跨信关站馈电链路切换实现流程示意图。

图3是实施案例极轨星座中卫星s下单星覆盖区域面积最小化示意图。

图4是实施案例用户切换限制和卸载过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明进一步说明。

本发明提出了一种基于用户切换限制和卸载的卫星跨信关站馈电链路切换方法，如图1所示，该方法组成部分包括：满足优化条件的跨信关站馈电链路切换位置计算1、预先估算卫星s跨信关站馈电链路切换时的地面覆盖区域以及其中的多星覆盖区域2、用户切换限制3、用户卸载4、单星覆盖区用户跟随卫星跨信关站切换5、撤销针对卫星s的切换限制和卸载策略6。

为了说明基于用户切换限制和卸载的卫星跨信关站馈电链路切换方法，以极轨星座、用户均匀分布情况为例，参阅图3、4。具体处理步骤(参阅图2)如下：

步骤1：在源信关站和目标信关站交叠覆盖区域内，基于卫星s的星历、源信关站位置、目标信关站位置计算卫星s覆盖区域中单星覆盖区域内用户数量最少对应的轨道位置。由于用户均匀分布，只需计算卫星s覆盖区域中单星覆盖区域面积最小对应的轨道位置。又因为星座为极轨星座，同轨道面卫星覆盖交叠区域面积不变，随着纬度增高异轨道面卫星覆盖交叠区域面积变大，相应的单星覆盖区域面积变小，参见图3所示。因此，卫星s跨信关站馈电链路切换的最佳轨道位置为源信关站和目标信关站交叠覆盖区域的高纬度位置，如图3中o′位置。

步骤2：结合卫星#1、卫星#2、卫星#3和卫星#4的星历以及切换位置，预先估算卫星s到达馈电链路切换位置时，卫星s的覆盖范围(图4中虚线椭圆部分)以及与相邻卫星#1、卫星#2、卫星#3和卫星#4交叠的区域(图4中“口”型的外部区域)，参见图4所示。

步骤3：针对步骤2中所述的交叠区域，同时执行用户切换限制和用户卸载，在卫星移动过程中，经用户切换限制切换到卫星s的用户也需要参与用户卸载过程。用户切换限制为步骤4至步骤6，用户卸载为步骤7至步骤9。

步骤4：多星覆盖区域中的接受其它卫星(卫星#1、2、3、4)服务的用户保持接受当前卫星服务；

步骤5：判断用户终端是否即将离开服务卫星覆盖范围，如果即将离开，则执行步骤6；否则返回步骤4；

步骤6：判断用户终端是否即将仅被卫星s覆盖，如果即将仅被卫星s覆盖，则执行步骤7；否则返回步骤4；

如图4中的终端b，接受卫星#3服务，即将离开卫星#3覆盖范围，同时即将仅被卫星s覆盖，终端b从卫星#3切换到卫星s；终端c接受卫星#3服务，虽然被卫星s覆盖，但还不会离开卫星#3覆盖，因此继续接受卫星#3服务。

步骤7：多星覆盖区域中的接受卫星s服务的用户保持接受当前卫星服务；

步骤8：判断用户是否在其它卫星(卫星#1、2、3、4)覆盖范围，如果是，则执行步骤9，否则返回步骤7；

步骤9：判断其它卫星中是否有卫星属于当前信关站，如果是，则选属于当前信关站的卫星作为目标卫星，执行信关站内跨星切换；否则选择其中一个卫星作为目标卫星，执行跨信关站跨星切换；

如图4中的终端a，接受卫星s服务，处在卫星s、#1、#4的覆盖范围，其中卫星#1归属于源信关站，卫星#4归属于目标信关站，因此终端a优先选择卫星#1进行卸载，从信关站内卫星s切换到卫星#1。

步骤10：判断卫星s是否到达跨信关站馈电链路切换轨道位置，如果是，执行步骤11；否则返回步骤3；

步骤11：步骤2中所述的单星覆盖区域的用户终端跟随卫星s集体切换到目标信关站；

步骤12：撤销针对卫星s特定覆盖区域的切换限制和卸载策略。

以上对本发明实施例进行了详细介绍，本文中应用了具体实施方式对本发明进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及设备；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。