[發明專利]一種用于衛星網絡的帶寬分配方法

有效

• 申請號: 201410441343.1
• 申請日: 2014-08-29
• 公開（公告）號: CN104184514B
• 公開（公告）日: 2017-07-28
• 發明（設計）人: 楊力;常李霞;石懷峰
• 申請（專利權）人: 大連大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W72/04
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司21212
• 代理人: 姜玉蓉,李洪福

1.一種用于衛星網絡的帶寬分配方法，其包括以下步驟：

1)衛星節點所在鏈路狀態發生變化或新一輪用戶申請帶寬更新時，對衛星節點進行初始化，并計算衛星節點處的可用總帶寬A；

2)計算新到業務和前一次未能滿足需求業務的帶寬申請總帶寬B；

3)判斷衛星節點處的可用總帶寬A是否能夠滿足新到業務和前一次未能滿足需求的業務帶寬申請總帶寬B；若A＞B，進入下一步，否則轉到步驟5)；

4)根據在數據鏈路層獲得的數據幀格式得到的新到業務和前一次未能滿足需求的業務的重要緊迫度和業務類型，進而獲得各業務對應的業務QoS服務等級，并先按照重要緊迫度由大到小，再按照業務QoS優先級由大到小進行帶寬分配，直到A＝0；轉到步驟7)；

5)收集新到業務和前一次未能滿足需求的業務特性和衛星鏈路信道狀態信息；

6)通過最優化效用函數帶寬分配模型為新到業務和前一次未能滿足需求的業務中每個業務分配帶寬，最優化效用函數帶寬分配模型采用效用函數u(x_i)將衛星節點所收集到的新到業務和前一次未能滿足需求的業務的重要緊迫度參數m_i，業務QoS服務等級的優先級參數q_i和鏈路的信道狀態參數s_i進行建立的；該效用函數u(x_i)需要同時滿足非否、單調非減、一階導數先增后減和有上界的條件，其最優化效用函數帶寬分配模型如下：

$u\left(x_i\right)=({\mathrm{\αm}}_i+{\mathrm{\βq}}_i)ln(1+\frac{x_i}{b_i})+ln(1+s_i\frac{x_i}{b_i})$

其中，效用函數u(x_i)表示業務i在獲得帶寬資源數量為x_i時的滿意程度；業務i表示新到業務和前一次未能滿足需求的業務中第i個業務，且業務共n個，且n為正整數；x_i是相對應于業務i分配得到的帶寬；α表示業務特性中重要緊迫度參數m_i所占權重的大小，β表示業務特性中業務QoS服務等級的優先級參數q_i所占權重的大小，且α+β＝1；b_i表示業務i請求分配的帶寬量；

單一一個業務的效用值大，并不能保證整個網絡的效用最大化，因此將帶寬分配優化問題轉化為非線性規劃問題進行最優化分配帶寬，其分配模型如下：

$\underset{x_1,x_2,...,x_n}{max}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}u\left(x_i\right)$

$s.t.\left\{\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_i\≤A\\ x_i\≥a_i(1\≤i\≤n)\end{array}\right.$

其中，n表示新到業務和前一次未能滿足需求的業務的總數量，A表示衛星節點處的可用總帶寬，α_i表示業務需要的最小帶寬量；

7)根據不同類型業務在衛星網絡傳輸中需要滿足不同的最小需求帶寬來判斷為每一個業務分配的帶寬是否滿足其自身對帶寬的要求；若不滿足，則進入下一步，否則帶寬分配結束；

8)根據帶寬分配后不滿足需求的業務的重要緊迫度的大小，按照動態搶奪式方式進行帶寬的釋放和搶奪，動態搶奪式方式的搶奪過程如下：

①判斷業務i的重要緊迫參數m_i，若m_i＝3或m_i＝2，則進入步驟②，若m_i＝1，則進入步驟③；

②當m_i＝3或m_i＝2時，按照重要緊迫度參數m_i由大到小的順序搶奪m_i＝1業務的帶寬：

經過步驟6)進行分配帶寬后，設沒有滿足要求的帶寬量的業務稱為搶奪業務k；得到滿足或得到過量帶寬的業務稱為被搶奪業務l，且k、l為正整數，表示在所有業務中的第k個，第l個業務；被搶奪業務l應滿足的條件為其中，是經過按照步驟6)中進行分配帶寬后被搶奪業務l當前分配得到的帶寬，a_l是被搶奪業務l的最小需求帶寬，a_k是搶奪業務k的最小需求帶寬，m_i是搶奪業務k重要緊迫度參數；1表示帶寬量綱；當被搶奪業務l不滿足條件時，說明此時搶奪業務k只搶奪一個被搶奪業務l的剩余帶寬不能滿足要求，搶奪業務k需要搶奪多個業務的剩余帶寬，并且當有多種方案可選擇時，搶奪業務k搶奪的業務個數應滿足最少原則；搶奪業務k只搶奪被搶奪業務l超過a_l的剩余帶寬，被搶奪業務l最終分配帶寬為x_l，x_l應滿足條件為進入步驟9)；

③當m_i＝1時，先判斷該m_i＝1業務的QoS服務等級，若為高QoS服務等級，則再搶奪信道狀態差和QoS服務優先級低的業務所占用的帶寬，進入步驟9)；

9)再次判斷為業務分配的帶寬是否滿足該業務對帶寬的要求；若不滿足進入下一步；否則，帶寬分配結束；

10)判斷所得帶寬不滿足業務的重要緊迫度；若重要緊迫度為最高級別，則放棄對該業務的處理，帶寬分配結束；否則將該業務的重要緊迫度上升一個級別，轉到步驟2)中，作為步驟2)中前一次未能滿足需求的業務，繼續進行帶寬分配。