[發明專利]一種面向低軌星座系統的Aloha增強接入方法

在審

• 申請號: 202011147983.3
• 申請日: 2020-10-23
• 公開（公告）號: CN112312581A
• 公開（公告）日: 2021-02-02
• 發明（設計）人: 冉靜;秦興;劉元安;胡鶴飛;劉芳;張洪光
• 申請（專利權）人: 北京郵電大學
• 主分類號: H04W74/00
• 分類號: H04W74/00;H04W74/04;H04W74/08
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明涉及一種面向低軌星座系統的Aloha增強接入方法，屬于衛星通信領域，用以解決高動態終端與新一代低軌星座系統通信時，面臨的快速接入的問題。該方法首先構建系統衛星接入系統模型；提前為相關的高動態終端的不同優先級用戶預留不同數量的信道；然后當用戶終端有接入需求時，利用接入控制來計算發送數據包的具體時刻，當數據包發送時，用戶終端利用本地時鐘將信道劃分為時隙，隨機將數據包放入時隙中發送；最后利用用戶終端在通信過程中被系統多星覆蓋的特點，每顆接受端衛星接收到數據包后，將數據包轉發到低軌星座系統中進行干擾消除，直到成功解碼出所有數據包或者到達最大迭代次數為止。本發明可以優化系統的吞吐率與丟包率指標，提升資源利用率，并可以優化高動態終端的首次接入成功率。

技術領域

本發明提供了一種面向低軌星座系統的Aloha增強接入方法，屬于衛星通信領域。主要涉及一種面向低軌星座系統的高動態終端的可靠的快速接入方法。

背景技術

隨著“空天技術”的發展與成熟，滿足低軌衛星(Low Earth Orbit,LEO)信息業務多樣化與實時化發展要求的高性能低軌衛星系統的概念應運而生。當前存在的業務要求有著較強的在軌信息轉發與處理能力。在物理層面，低軌衛星系統距離地表近，其鏈路損耗和延遲相比中、高軌道的衛星相對較小，對于衛星的體積、功耗要求更低，能夠通過大規模部署形成全球覆蓋星座形式，實現全網用戶連續的、高速度、高質量的通信。

低軌衛星系統可以為各類用戶提供通用化與定制化的信息服務，傳統策略中各類用戶可以按照通信終端速率的高低分為高動態終端與低動態終端。高動態終端一般指代的是臨近空間飛行器，其速率在5至15馬赫之間，與LEO對地速率相比，不可忽略，具有飛行速度快，飛行距離遠，機動能力強等獨特優勢。低動態終端一般指的是手持接入通訊設備與一般交通工具接入通信終端，通信終端速率相對于LEO對地速率來說，可忽略不計。除此之外的還有大量的各類速率尚未達到五馬赫速率標準，但相較與低軌衛星波束小區的移動速度其在精準計算下仍不可忽略的移動設備。因此本專利在按照通信終端速率的高低時將通信終端分為高、中、低三大類型，標準為速度屬于0～1000km/s屬于低動態終端，1000km/s～6120km/s的屬于中動態終端，速度高于6120km/s(5馬赫)屬于高動態終端。除了對終端設備的動態性做出設定之外，為了進一步提升該低軌衛星系統對于高動態終端的業務支撐能力，進一步對高動態衛星的業務類型進行細分。具體將衛星業務分為語音業務、流類業務、交互類業務、背景類業務。同時通過在終端設備中的定位設備，可以對終端業務進行軌跡預測，進而判斷屬于新產生的呼叫抑或是有切換的需求。

相關優先級策略的指定需要立足于相關類型業務的特性要求，語音業務的特點是端到端時延小，業務量上下行對稱或幾乎對稱。為了保證話音類業務的時延和時延抖動指標，通常將該類業務映射成為最高優先級。會話類業務的最關鍵的QoS指標是傳輸時延。同時，時延抖動也是影響會話類業務的重要指標，嚴重的時延抖動會導致會話無法正常進行下去。對于丟包率和錯包率來說，人類的耳朵卻沒有那么敏感，可以允許一些短暫的話音停頓和畫面馬賽克現象。流類業務也是實時性的，但是由于它是單向傳輸，不需要進行交互，所以實時性要求沒有會話類業務那么嚴格。同會話類業務一樣，時延抖動也是影響流類QoS的一項重要指標，并且允許一定的丟包率和錯包率。由于流類業務沒有實時交互的需求，并且本地通常設有緩存來保持一定時間的業務連續，所以該類業務對時延參數并沒有會話類業務敏感。另外，流媒體的接收端要對接收到的數據進行時間上的排序，系統允許的最大時延抖動取決于終端的排序能力。交互類業務的時延取決于人們對于等待時間的容忍度，比會話類業務要長，但是可能比流類業務要短。這種數據業務對時延抖動沒有要求，但是對丟包率的要求很高，一般都需要零丟包率(可以通過上層應用保證)。交互類業務時延要求沒有會話類嚴格，網絡采用加權公平隊列來保證交互類業務的優先級。背景類業務包括一些自動的后臺E-mail接收、SMS或者接收一些文件和數據庫下載。這類業務的特點是用戶對傳輸時間沒有特別的要求，但是對丟包率的要求很高，一般都需要零丟包率(可以通過上層應用保證)。當系統擁塞時，允許對該類型用戶進行丟棄操作。背景類業務對時延和時延抖動要求較低，采用盡力而為方式進行轉發，因此將其設置為最低優先級。