[發明專利]一種基于衛星協同傳輸的資源分配方法

在審

• 申請號: 201410479726.8
• 申請日: 2014-09-18
• 公開（公告）號: CN104270793A
• 公開（公告）日: 2015-01-07
• 發明（設計）人: 謝剛;倪楓;高錦春;劉元安;劉凱明;劉芳;胡碧波
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W28/16
• 分類號: H04W28/16;H04W28/08;H04W72/04
• 代理公司: 北京同恒源知識產權代理有限公司 11275
• 代理人: 張水俤

技術領域

本發明涉及無線通信技術，特別涉及一種協同傳輸的資源分配方法。

背景技術

衛星通信是地球表面基站和低軌衛星飛行器等無線電通信站間與空間軌道衛星(作為中繼或信源信宿)進行的通信。覆蓋全球的靜止地球軌道GEO衛星，軌道高度大約為36000km，成圓形軌道。通過多址連接的方式，同一個衛星轉發器可以聯接多個地球站。衛星通信常用的多址聯接方式有頻分多址聯接(FDMA)、時分多址聯接(TDMA)、碼分多址聯接(CDMA)和空分多址聯接(SDMA)。

當前的衛星通信場景正在向融合和協同的網絡化方向發展，隨著通信業務和傳輸方式的多樣化和業務量的加速增加，簡單的GEO-LEO即傳統點對點衛星通信模式已經不能滿足當前空天信息網絡中的用戶需求。同時靜態軌道衛星GEO的增多和通信能力不斷加強，例如激光通信技術在GEO上的應用使得高軌衛星間擁有了較高質量的通信鏈路從而可以進行流量的轉發和星間協作信令的傳輸，提供了進行衛星協作的上下行數據傳輸的可能性。

對現有的空天信息網絡的衛星協作研究多是針對網絡架構，分層模式以及單鏈路情況下的傳輸性能進行討論。針對多路協作傳輸的研究在地面通信網絡中開展的較為廣泛，例如：通過分離快速重傳機制,CMT的擁塞窗口增長機制，延遲的ACK應答機制處理SCTP并行傳輸協議中不必要的快速重傳，過多的確認包等問題。然而地面網絡的并傳協議與空天場景中的需求相差較大。因為衛星協作中涉及的轉發中繼不多，路由算法需求小。同時，地面并傳算法對空間通信中更為重視的全程傳輸時延缺乏考慮。

本發明通過將GEO間鏈路和GEO-LEO鏈路建模為M/M/1隊列的方式，建立兩個系統參數(系統傳輸時延、信源緩存隊列大小)和業務流量在轉發衛星間分配結果的關系。通過調整分配方案追求更優化的系統目標函數，從而突破單鏈路衛星通信情況下的傳輸速率限制，提高衛星信道的利用率，在提高用戶數據傳輸速率的同時平衡衛星網絡的負載。

發明內容

為了解決上述技術問題，本發明提供了一種基于衛星協作的資源分配方法。通過調整業務流量分配方案在單位時間內傳輸更多的數據，在一定程度上使得單位時間的傳輸時延最小，并且最大化系統吞吐量。分配子業務流時追求的優化目標函數為其中D_i表示第i顆轉發衛星所屬子流的全程時延。另外加入對源衛星緩存容量的約束，為協同信令提供容量保證。Ex_i表示源GEO為轉發GEO的業務花費的緩存開銷和維持中繼星信令花費的緩存開銷之比。

本發明提供的一種多衛星協同傳輸場景的業務分配方法，其特征在：

需要將從源GEO進入衛星網絡的業務建模為M/M/1隊列模型，從而利用數學方法進行業務分配方案對網絡時延和衛星緩存消耗量的計算，每條轉發路徑上的業務和信道傳輸速率服從以下條件：

1)包到達服從參數為λ的泊松分布

2)衛星信道服務速率μ服從指數分布

3)各信道中的業務子流相互獨立并仍服從泊松分布。

分配前的總業務流被分為多個業務子流在不同的網絡中進行傳輸時，為了對業務子流進行傳輸控制，將加入相應的控制信令，這必然加大空口的信令開銷，因此存在

所述方法中衛星信道中從而隊列的狀態構成的馬爾科夫鏈具有時間可逆性，即該隊列的輸出過程仍然服從參數為λ的泊松分布。

所述的多個M/M/1隊列所組成的衛星轉發子信道中，各隊列處于平穩狀態，從而各隊列中的包數獨立于過去從該隊列離開的包數，而且各隊列中的包數也是互相獨立的。

在系統滿足業務到達率服從泊松分布，信道服務速率服從指數分布時，所述的目標函數中的D_i可以通過M/M/1數學模型推導為其中n_hop為轉發衛星GEO_i與源衛星之間的跳數，μ_GEO為高軌衛星件激光通信信道的業務速率。其中為信道中已由源GEO₁發出但還未未被中繼GEO接收的業務數據，γ_i為對該GEO負責的業務需要緩存容量的加權(根據其距離源GEO的跳數而定)。L_x為源GEO₁與中繼GEO信令通信消耗的緩存，為定值。