[發(fā)明專利]衛(wèi)星地面融合網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011085725.7
• 申請日: 2020-10-12
• 公開（公告）號: CN112203308B
• 公開（公告）日: 2022-03-29
• 發(fā)明（設計）人: 柴蓉;陳米鈴;李錦紅;陳前斌
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學
• 主分類號: H04W24/02
• 分類號: H04W24/02;H04W24/06;H04W84/06
• 代理公司: 北京同恒源知識產(chǎn)權(quán)代理有限公司 11275
• 代理人: 楊柳岸

1.衛(wèi)星地面融合網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

S1：建模衛(wèi)星及網(wǎng)關(guān)連接狀態(tài)；

S2：建模衛(wèi)星關(guān)聯(lián)及鏈路選擇變量；

S3：建模基站關(guān)聯(lián)變量；

S4：建模簇頭選擇變量；

S5：建模網(wǎng)絡總時延；

S6：建模衛(wèi)星關(guān)聯(lián)模式總時延；

S7：建模基站關(guān)聯(lián)模式總時延；

S8：建模用戶關(guān)聯(lián)及資源分配限制條件；

S9：基于網(wǎng)絡總時延最小化確定聯(lián)合用戶關(guān)聯(lián)及資源分配策略；

在該方法中，令衛(wèi)星數(shù)量為K，eMBB用戶數(shù)量為L，mMTC用戶數(shù)量為N；S_k表示第k個衛(wèi)星，E_i表示第i個eMBB用戶，M_n表示第n個mMTC用戶，表示E_i需要上傳的數(shù)據(jù)量大小，表示M_n需要上傳的數(shù)據(jù)量大小，1≤k≤K,1≤i≤L,1≤n≤N；網(wǎng)絡帶寬資源劃分為多個帶寬相同的子信道，子信道帶寬為B，用戶采用頻分多址的方式接入網(wǎng)絡；

在S1中，建模衛(wèi)星及網(wǎng)關(guān)連接狀態(tài)具體包括：令為E_i與S_k間鏈路連接狀態(tài)，若表示E_i與S_k為鄰居節(jié)點，兩者之間存在直傳鏈路，反之，令x_k,j∈{0,1}為S_k與S_j間鏈路連接狀態(tài)，若x_k,j＝1，表示S_k與S_j為鄰居節(jié)點，兩者之間存在直傳鏈路，反之，x_k,j＝0；令x_k∈{0,1}為S_k與衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)連接狀態(tài)，若x_k＝1，表示S_k與衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)存在直傳鏈路，反之，x_k＝0；

在S2中，建模衛(wèi)星關(guān)聯(lián)變量具體包括：令α_i,k∈{0,1}為E_i與S_k的關(guān)聯(lián)變量，若α_i,k＝1，表示E_i與S_k建立關(guān)聯(lián)，進行數(shù)據(jù)傳輸；反之，α_i,k＝0；令α_i,k,j∈{0,1}為星間鏈路選擇關(guān)聯(lián)變量，若α_i,k,j＝1，表示E_i經(jīng)S_k與S_j間的衛(wèi)星鏈路傳輸數(shù)據(jù)，反之，α_i,j,k＝0；令為衛(wèi)星/網(wǎng)關(guān)鏈路選擇變量，若表示E_i經(jīng)衛(wèi)星/網(wǎng)關(guān)鏈路傳輸數(shù)據(jù)，反之，

在S3中，建模基站關(guān)聯(lián)變量具體包括：令為E_i與基站的關(guān)聯(lián)變量，若表示E_i與基站建立關(guān)聯(lián)，反之，令為M_n與基站的關(guān)聯(lián)變量，若表示M_n與基站建立關(guān)聯(lián)，反之，

在S4中，簇頭選擇變量具體包括：令β_n,i∈{0,1}為M_n與E_i的關(guān)聯(lián)變量，若β_n,i＝1，表示M_n采用簇頭轉(zhuǎn)發(fā)模式，選擇E_i作為簇頭，進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，反之，β_n,i＝0；

在S5中，建模網(wǎng)絡總時延為T＝T^s+T^b，其中，T^s表示衛(wèi)星關(guān)聯(lián)模式總時延，T^b表示基站關(guān)聯(lián)模式總時延；

在S6中，建模衛(wèi)星關(guān)聯(lián)模式總時延具體包括：用戶通過直接傳輸模式或簇頭轉(zhuǎn)發(fā)模式傳輸數(shù)據(jù)至衛(wèi)星，衛(wèi)星經(jīng)網(wǎng)關(guān)接入核心網(wǎng)對應的時延，建模為：其中，為E_i傳輸自身數(shù)據(jù)及轉(zhuǎn)發(fā)mMTC用戶數(shù)據(jù)對應的時延，建模為

1)表示E_i作為簇頭轉(zhuǎn)發(fā)mMTC用戶數(shù)據(jù)對應的時延，建模為其中，為M_n傳輸數(shù)據(jù)至E_i對應的速率，建模為為M_n傳輸數(shù)據(jù)至E_i的發(fā)射功率，為M_n與E_i之間鏈路增益，σ²為噪聲功率；

2)表示E_i傳輸數(shù)據(jù)到S_k對應的時延，建模為其中，為E_i所需傳輸?shù)目倲?shù)據(jù)量，建模為為E_i傳輸數(shù)據(jù)至S_k對應的速率，建模為為E_i傳輸數(shù)據(jù)至S_k的發(fā)射功率，為E_i與S_k之間鏈路增益；

3)表示E_i經(jīng)S_k與S_j間的衛(wèi)星鏈路傳輸數(shù)據(jù)對應的時延，建模為其中，為S_k與S_j之間鏈路的傳輸數(shù)據(jù)速率，建模為G_r和G_t分別表示衛(wèi)星接收天線增益和發(fā)射天線增益，為S_k傳輸數(shù)據(jù)至S_j的發(fā)射功率，為S_k與S_j間的衛(wèi)星鏈路自由空間損耗，建模為其中，c為光速，f為載波頻率，為S_k與S_j的距離，k_s和T_s分別表示玻爾茲曼常數(shù)和系統(tǒng)噪聲溫度，N₀為噪聲功率譜密度函數(shù)，建模為N₀＝k_sT_S；

4)表示E_i經(jīng)S_k與衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)鏈路傳輸數(shù)據(jù)對應的時延，建模為其中，為S_k傳輸數(shù)據(jù)至衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)對應的速率，建模為為S_k傳輸數(shù)據(jù)至衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)的發(fā)射功率，為S_k與衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)之間鏈路增益，建模為其中，G_gr為衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)的接收天線增益，L_p為雨衰因子，為S_k與衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)鏈路間的自由空間損耗，建模為為S_k與衛(wèi)星網(wǎng)關(guān)間的距離；

在S7中，建模基站關(guān)聯(lián)模式總時延具體包括：用戶通過直接傳輸模式或簇頭轉(zhuǎn)發(fā)模式傳輸數(shù)據(jù)至基站，進而轉(zhuǎn)發(fā)至核心網(wǎng)對應的時延，建模為：

1)表示E_i傳輸數(shù)據(jù)到基站對應的時延，建模為其中，為E_i傳輸數(shù)據(jù)至基站對應的速率，建模為為E_i傳輸數(shù)據(jù)至基站的發(fā)射功率，為E_i與基站之間鏈路增益；

2)表示M_n傳輸數(shù)據(jù)到基站對應的時延，建模為其中，為M_n傳輸數(shù)據(jù)至基站對應的速率，建模為為M_n傳輸數(shù)據(jù)至基站的發(fā)射功率，為M_n與基站之間鏈路增益；

在S8中，建模用戶關(guān)聯(lián)及資源分配策略具體包括：

1)M_n關(guān)聯(lián)變量的限制條件為

2)E_i關(guān)聯(lián)變量的限制條件為

3)E_i的傳輸速率限制條件為其中，E_i的傳輸速率為為E_i經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)對應的速率，建模為為E_i的最小傳輸速率需求；

4)M_n的傳輸速率限制條件為其中，M_n的傳輸速率為為M_n通過E_i轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)對應的速率，建模為1≤i≤L,1≤k≤K,1≤j≤K,k≠j，為M_n的最小傳輸速率需求；

5)路由選擇約束條件為α_i,k,j＝0,若x_i,k,j＝0；若x_k＝0；α_i,k＝0,若

6)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)守恒限制條件為

S9具體包括：在滿足用戶關(guān)聯(lián)及資源分配限制條件，以網(wǎng)絡時延最小化為目標，優(yōu)化確定用戶關(guān)聯(lián)及資源分配策略，即：

其中，分別表示優(yōu)化后的α_i,k、α_i,k,j、β_n,i、