[發明專利]AOS中基于QoS的業務跨層功率控制方法

有效

• 申請號: 202010117823.8
• 申請日: 2020-02-25
• 公開（公告）號: CN111447668B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 劉慶利;潘成勝;盧美玲
• 申請（專利權）人: 大連大學
• 主分類號: H04W52/24
• 分類號: H04W52/24;H04W52/26;H04W52/36;H04W72/04;H04W72/12;H04W72/044
• 代理公司: 大連東方專利代理有限責任公司 21212
• 代理人: 李馨

本發明提供一種AOS中基于QoS的業務跨層功率控制方法，包括：構造基于功率控制的AOS跨層資源優化模型；對跨層資源控制模塊功率控制過程中影響業務QoS的相關元素進行分析；基于業務的QoS需求來構造效用函數；通過動態資源規劃算法對效用函數進行求解，為各業務分配功率資源。本發明既保證了實時性業務的優先發送又降低了可靠性業務的誤幀率，提高了業務的吞吐量，同時降低了系統的能量消耗，節省了資源。

技術領域

本發明涉及衛星通信技術領域，具體而言，尤其涉及一種對衛星空間通信系統中的高級在軌系統進行功率資源控制的方法。

背景技術

隨著空間站通信技術的不斷發展,空間通信系統承載的業務類型越來越多，業務的QoS(Quality?of?Service，服務質量要求)也各不相同，為了滿足復雜的數據需求，多國聯合成立了空間數據系統咨詢委員會(Consultive?Committee?for?Space?Data?System,CCSDS)，并提出了高級在軌系統(Advanced?Orbiting?System,AOS)。AOS系統可以統一地、動態地處理多樣化的數據類型，并滿足其對應的QoS要求。但是信號傳輸時延較大、誤碼率較高，容易造成系統吞吐量降低等問題。增加發射功率可以使系統的吞吐量得到提升，但是因為功率資源有限，過多的消耗功率資源會造成浪費甚至降低系統的使用壽命，如何合理的控制功率資源成為AOS系統亟待解決的問題。

對于功率的控制問題，傳統的固定功率分配方法將總功率平均分配給每一個業務，保證了功率分配的公平性，但是沒有對應用層業務的QoS進行分析，不能很好的滿足各類業務的需求。文獻《基于LTE-A的無線資源分配算法研究》提出一種基于遺傳算法的下行鏈路功率優化分配算法(Optimal?power?allocation?algorithm?for?downlink?based?ongenetic?algorithm，OPOGA)，該算法兼顧各類業務的QoS需求和公平性要求，利用遺傳算法對功率分配模型進行求解，算法明顯提高了QoS需求，但是沒有考慮到功率消耗代價的函數，容易使系統的資源過度消耗。文獻《AdHoc網絡節能型功率控制與擁塞控制的跨層優化》就能耗和擁塞的問題提出相應的節能型功率控制與擁塞控制聯合的優化算法，在最終的效用函數中引入了能量消耗成本函數，既提升了網絡的效用又延長了網絡的壽命，但是算法計算量較大，求解困難。文獻《ARobust?Energy?Aware?Power?Control?Algorithm?withSINR-Flexible?Requirement?in?Cognitive?Radio?Networks》算法比較容易實現，在滿足信噪比要求的同時降低了總發射功率，考慮了功耗和信噪比之間的折衷，但是公平性較低。文獻《認知無線網絡中基于襯底模式的功率控制算法》提出一種改進的基于襯底模式的功率控制算法(Power?control?method?based?on?substrate?mode，PCBSM)，算法兼顧了業務的公平性，有效地降低了算法的時間復雜度，并考慮了系統中能量的消耗問題，但是算法沒有對數據鏈路層的虛擬信道隊列積壓程度進行分析，容易導致信道的堵塞。

發明內容

根據上述提出AOS傳輸業務種類多、業務傳輸過程中存在的誤幀率高、資源受限和物理信道狀態時變的問題，提出一種基于業務QoS的跨層功率控制方法，該方法既保證了實時性業務的優先發送又降低了可靠性業務的誤幀率，在提高業務的吞吐量的同時，降低了系統的能量消耗，節省了資源。

本發明采用的技術手段如下：

一種AOS中基于QoS的業務跨層功率控制方法，包括：

S1、構造基于功率控制的AOS跨層資源優化模型，所述跨層資源優化模型包括應用層、數據鏈路層、物理層以及跨層資源控制模塊，所述跨層資源控制模塊用于接收應用層提出的QoS要求、數據鏈路層輸出的虛擬新到積壓隊列比以及物理層輸出的信道狀態并進行功率控制；

S2、對跨層資源控制模塊功率控制過程中影響業務QoS的相關元素進行分析；