[發(fā)明專利]一種基于業(yè)務(wù)預(yù)測的低軌衛(wèi)星點(diǎn)波束關(guān)閉方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110523767.2
• 申請日: 2021-05-13
• 公開（公告）號: CN113259950B
• 公開（公告）日: 2022-03-11
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 唐倫;朱丹青;陳前斌
• 申請（專利權(quán)）人: 重慶郵電大學(xué)
• 主分類號: H04W16/22
• 分類號: H04W16/22;H04W16/28;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: 趙榮之

1.一種基于業(yè)務(wù)預(yù)測的低軌衛(wèi)星點(diǎn)波束關(guān)閉方法，其特征在于：包括以下步驟：

S1：從低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中獲取歷史業(yè)務(wù)時空分布信息，將業(yè)務(wù)量數(shù)據(jù)處理成按時間序列排列的二維業(yè)務(wù)分布熱力圖；具體包括以下步驟：

S11：采用網(wǎng)格法，將網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域劃分為若干個的網(wǎng)格區(qū)域；

S12：定義每個網(wǎng)格中心的緯度為θ_c，網(wǎng)格經(jīng)度長l_lon，緯度長l_lat，地球半徑R_e，每個網(wǎng)格內(nèi)的業(yè)務(wù)量N_u，得到網(wǎng)格業(yè)務(wù)密度ρ；將每個位于同一網(wǎng)格內(nèi)的業(yè)務(wù)量取平均值作為該網(wǎng)格的業(yè)務(wù)量數(shù)值以表征該地區(qū)的業(yè)務(wù)量分布；設(shè)每個網(wǎng)格的業(yè)務(wù)呈均勻分布，所述網(wǎng)格業(yè)務(wù)密度ρ由下式得到：

S13：以網(wǎng)格經(jīng)緯度數(shù)據(jù)為坐標(biāo)，以網(wǎng)格業(yè)務(wù)密度數(shù)據(jù)為熱力圖中各區(qū)域的取值，生成二維業(yè)務(wù)分布熱力圖；

S2：輸入業(yè)務(wù)預(yù)測模型，預(yù)測下一時隙的業(yè)務(wù)分布情況，輸出業(yè)務(wù)分布熱力圖；具體包括以下步驟：

S21：以時間連續(xù)的業(yè)務(wù)分布熱力圖作為業(yè)務(wù)預(yù)測模型的輸入，利用二維卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)提取熱力圖的空間特征；

S22：加池化層，池化窗口大小為2×2，通過池化將生成的特征序列維度縮減到原來的一半；

S23：將空間特征在時間維度上拼接成時間序列向量，作為長短期記憶LSTM模型的輸入，再通過LSTM模型提取時間維度特征；

S24：通過兩層全連接層，增加模型的非線性表達(dá)能力；

S25：將輸出的一維向量矩陣進(jìn)行反卷積，輸出預(yù)測的業(yè)務(wù)分布熱力圖；

S3：基于業(yè)務(wù)預(yù)測結(jié)果，保證全網(wǎng)業(yè)務(wù)的覆蓋，以關(guān)閉盡可能多的衛(wèi)星波束為目標(biāo)，對網(wǎng)絡(luò)中的可關(guān)閉波束集合進(jìn)行求解；具體包括以下步驟：

S31：建立問題模型，目標(biāo)為最小化低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)中開啟的波束數(shù)量，具體描述如下：

其中，

滿足對服務(wù)用戶的覆蓋需求，在網(wǎng)絡(luò)中部分波束關(guān)閉后，對于系統(tǒng)中的每一個用戶而言，至少存在一個服務(wù)該用戶的衛(wèi)星波束

其中，為覆蓋因子，

對于網(wǎng)絡(luò)中的用戶而言，正在進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸服務(wù)的波束不可被關(guān)閉，將此類正在服務(wù)用戶的波束集合記為B_s，則該約束為：

若下一個時隙某波束覆蓋范圍內(nèi)存在業(yè)務(wù)需求，則該波束不可關(guān)閉，將此類波束集合記為B_p，則該約束為：

其中，對B_s的求解利用業(yè)務(wù)預(yù)測模型對下一個時隙不同地區(qū)的業(yè)務(wù)進(jìn)行預(yù)測得到；基于業(yè)務(wù)需求預(yù)測結(jié)果，通過對下一時隙存在業(yè)務(wù)的地區(qū)與波束間的覆蓋因子的計算得出存在業(yè)務(wù)需求的波束集合B_s；

S32：建立矩陣A來表征網(wǎng)絡(luò)中波束與用戶的覆蓋情況，波束用矩陣的行表示，用戶用矩陣的列表示：

其中a_ij為覆蓋因子：

矩陣A的行向量用a_i表示，由部分行向量組成的新矩陣為A的子矩陣A'；

S33：基于流量預(yù)測的低軌衛(wèi)星波束關(guān)閉問題求解；步驟S33具體包括以下步驟：

S331：初始化矩陣A，令A(yù)'＝A；

S332：選擇一個波束i，將子矩陣A'中波束i對應(yīng)的行a_i中元素全部置0；同時令迭代次數(shù)n＝0；

S333：查看矩陣A'是否滿足覆蓋所有業(yè)務(wù)的約束條件，若能夠滿足，則令矩陣A＝A'，跳至步驟S332；若不滿足約束，則令迭代次數(shù)n+1，跳至步驟S334；

S334：查看迭代次數(shù)是否超過全網(wǎng)波束總數(shù)N次，如迭代達(dá)未到N次，跳至步驟S332；如超過N次，跳至步驟S335；

S335：輸出矩陣A；

S4：關(guān)閉該集合中的所有衛(wèi)星波束。