一种基于终端位置和业务优先级的卫星通信资源分配方法与流程

本发明涉及低轨卫星网络通信，具体涉及一种基于终端位置和业务优先级的卫星通信资源分配方法。

背景技术：

1、随着近几年地面网络信息、空中网络信息的不断膨胀，地面用户和空中用户通信需求不断上升，地面、空中移动设备接入卫星网络的需求也随之增大，低轨卫星通信系统的研究发展不断前进。空中终端、地面终端和接入卫星之间需要具备完善的信息交互流程、高效的资源分配算法，这也是需要解决的问题。

2、无线资源调度管理是对卫星通信系统中涉及的各种资源统一调度分配的过程，具体的目标是利用有限的资源，尽可能的满足用户提出的业务和通信质量的要求。基于并发集进行时隙资源分配能够取得好的吞吐量性能，而现有技术忽略了并发集这一概念在提高时隙空间复用能力以及时隙资源调度策略中的优势，基于网络特征和形态提出恰当的解决方案，从而制定有效的时隙资源分配决策。在之前的研究中并发集的选择只单一的考虑了终端与卫星远距离传输所带来的传播时延大、传输成本高的问题，在设计并发分组并未对终端进行区分。但在实际应用场景中还需要考虑终端传输数据类型的需求，现在为了满足业务传输对时延的需求对业务类型进行优先级的划分，终端根据待传输的业务类型优先级的需求，对终端进行等级的划分。系统能够根据终端等级的不同进行调度，使具有高优先级业务的终端能够比低优先级业务的终端有更大的概率被调度，从而可尽可能多的获得空口资源使用权,以保障高优先级业务的要求。这种分配策略是可以优先保障高优先级用户的需求，但也存在需要根据用户的优先级提前预留一部分 资源，且对低优先级用户资源响应滞后、资源分配策略不够灵活的诸多问题。

3、综上所述，根据终端距离的不同所带来的传播时延差距较大的情况，以及终端传输数据类型所带来的优先级等级的变化，这就需要设计一种与传播时延和优先级有关的时间资源分配方法，减少数据接收碰撞冲突，减少数据包重传次数，满足时延需求，提高网络的吞吐量。

技术实现思路

1、为了提高网络吞吐量，本发明提出一种基于终端位置和业务优先级的卫星通信资源分配方法，具体包括以下步骤：

2、获取当前终端待发送业务的类型，并计算在当前状态下的发送数据包的优先级；

3、将当前终端发送数据包的优先级、位置信息和发送数据包的时隙需求加入接入请求数据包；

4、判断当前时隙是否为接入时隙，若是接入时隙则将接入请求数据包发送给低轨卫星；

5、低轨卫星根据收到接入请求数据包对终端进行分组并为每个组设置一个数据传输时隙，将分组表和时隙表发送给各个终端；

6、当终端接收到低轨卫星发送的分组表和时隙表后，根据分组表和时隙表计算匹配数据发送时隙；

7、当当前时隙为匹配数据发送时隙，则当前终端发送数据包。

8、进一步的，终端j在第t时刻的优先级表示为：

9、；

10、其中，e表示终端i在第t时刻的优先级；表示计算以10为底的对数；为终端i的qos优先级，本发明中选择选择qci值作为终端i的qos优先级，详细应用和优先级的划分见图3；表示终端i在t时刻的最大数据传输速率；表示终端i在t时刻的平均数据传输速率；表示终端i在t时刻的业务待发送的等待时延；表示在终端i在t时刻的业务最大等待时延，每个数据包在终端排队等待时间超过则将该数据包丢弃；λptr为标准qci属性表中ptr业务的qci值对应的优先级大小，ε为ptr业务的优先级权重；λrptr为标准qci属性表中rptr业务的qci值对应优先级大小，η为rptr业务的优先级权重，且 ε + η=1，0< ε <1，0< η <1；表示计算ex。

11、进一步的，低轨卫星根据收到接入请求数据包对终端进行分组包括：

12、计算出当前终端与卫星节点的距离di、传播时延tp和综合评价值θ=α×di +e，其中，α为当前终端与卫星节点的距离di的权重，且，dmin为终端距离卫星的最近距离，为当前所有终端与卫星节点距离之和；e表示终端i在第t时刻的优先级；

13、卫星将接入终端根据综合评价值θ，为每个节点匹配时间复用并发传输节点，即在同一发送时隙向卫星发送数据，并生成终端分组表；

14、由于每个终端在不同时刻待传数据类型不同，在每次接入时隙阶段前调整优先级等级，卫星根据终端优先级变化调整并发传输节点。

15、进一步的，低轨卫星根据对终端的分组情况，为每个分组分配接收数据时隙个数，一个分组分配接收数据时隙个数为，其中m为每帧中时隙的数量，ω为分时复用段所占的比例，pj为第j个分组中待传输的业务量，y为最终分组的个数。

16、进一步的，确定一个分组分配接收数据时隙的长度的过程包括以下步骤：

17、根据终端传输的数据包长度和传播时延确定每一个时隙的长度；

18、为了使数据包达到接收节点时位于一个完整的时隙之内，每个时隙长度进行补偿，得到最终每个时隙的长度。

19、进一步的，补偿后得到的一个时隙的长度表示为：

20、

21、其中，tph表示补偿后的一个时隙的长度；表示第j个分组uj中的时隙长度，表示为，trx表示第j个分组uj中第x个终端的数据包传输时延，n为每个分组中终端的个数；tp表示分组中每个终端与接收节点之间的传输时延；mod( )表示取模运算。

22、进一步的，终端节点对发送时隙进行调度的过程包括：

23、计算备选时隙，备选时隙表示为：

24、

25、从备选时隙中选择最优策略作为发送时隙，则发送时隙的选择表示为：

26、

27、其中，tz为满足数据包到达时间需求的备选时隙；ad为传输终端集合，其表示由所有分组并集构成的终端集合；trk表示集合ad中第x个终端的数据包传输时延；tk为集合ad中第k个终端向卫星发送数据的传播时延；λ表示是否存在占用前一个时隙的风险的参数，若存在占用风险则λ=1，否则λ=0；tzn为备选时隙中选择的发送时隙；min{ }表示计算最小值；tsubtran表示星接收数据传输时间分配固定长度的子时隙；表示第j个分组uj中的时隙长度。

28、本发明根据低轨卫星下发的分组表和接收时隙表，设计数据发送时隙匹配机制，以确保它能够在指定的时隙内发送数据，并且不会干扰其他终端设备的通信，达到减少数据接收碰撞冲突，减少数据包重传次数，提高网络的吞吐量的目的。

技术特征：

1.一种基于终端位置和业务优先级的卫星通信资源分配方法，其特征在于，具体包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种基于终端位置和业务优先级的卫星通信资源分配方法，其特征在于，终端j在第t时刻的优先级表示为：

3.根据权利要求1所述的一种基于终端位置和业务优先级的卫星通信资源分配方法，其特征在于，低轨卫星根据收到接入请求数据包对终端进行分组包括：

4.根据权利要求1或3所述的一种基于终端位置和业务优先级的卫星通信资源分配方法，其特征在于，低轨卫星根据对终端的分组情况，为每个分组分配接收数据时隙个数，一个分组分配接收数据时隙个数为，其中m为每帧中时隙的数量，ω为分时复用段所占的比例，pj为第j个分组中待传输的业务量，y为最终分组的个数。

5.根据权利要求4所述的一种基于终端位置和业务优先级的卫星通信资源分配方法，其特征在于，确定一个分组分配接收数据时隙的长度的过程包括以下步骤：

6.根据权利要求5所述的一种基于终端位置和业务优先级的卫星通信资源分配方法，其特征在于，补偿后得到的一个时隙的长度表示为：

7.根据权利要求5所述的一种基于终端位置和业务优先级的卫星通信资源分配方法，其特征在于，终端节点对发送时隙进行调度的过程包括：

技术总结
本发明涉及低轨卫星网络通信技术领域，具体涉及一种基于终端位置和业务优先级的卫星通信资源分配方法，包括获取当前终端待发送业务的类型，并计算在当前状态下的发送数据包的优先级；将当前终端发送数据包的优先级、位置信息和发送数据包的时隙需求加入接入请求数据包；判断当前时隙是否为接入时隙，若是接入时隙则将接入请求数据包发送给低轨卫星；低轨卫星根据收到接入请求数据包对终端进行分组并为每个组设置一个数据传输时隙，将分组表和时隙表发送给各个终端；当终端接收到低轨卫星发送的分组表和时隙表后，根据分组表和时隙表计算匹配数据发送时隙；当当前时隙为匹配数据发送时隙，则当前终端发送数据包；本发明可以提高网络的吞吐量。

技术研发人员：陈永刚,王志刚,苟娟
受保护的技术使用者：成都本原星通科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15