CN103237325A

CN103237325A - 一种基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法

Info

Publication number: CN103237325A
Application number: CN2013101596101A
Authority: CN
Inventors: 林福宏; 周贤伟; 陈月云; 王建萍; 高俊超; 安建伟
Original assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Current assignee: University of Science and Technology Beijing USTB
Priority date: 2013-05-03
Filing date: 2013-05-03
Publication date: 2013-08-07
Anticipated expiration: 2033-05-03
Also published as: CN103237325B

Abstract

本发明提供一种基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法，该方法在当前服务卫星监测到接入终端可能要发生越区切换时，通知其所有邻居卫星监测接入终端的功率值，等待一段时间后所有邻居卫星再次对接入终端的功率值进行监测；将当前服务卫星的每个邻居卫星两次监测的结果相减后得到一个功率差值集合，随后将该功率差值集合中值大于预定阈值的卫星作为候选卫星，并将接入终端的某些重要信息提前备份到所有候选卫星上；因此在接入终端真正发生越区时，利用备份的信息可以及时将接入终端与提供服务的卫星建立连接，从而降低了越区切换过程中通信中断的概率，进一步保障了用户的通信质量。

Description

一种基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法

技术领域

本发明涉及通信领域，尤其涉及一种基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法。

背景技术

卫星通信系统由卫星端、地面端、用户端三部分组成。卫星端在空中起中继站的作用，即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站。地面站（也叫接入终端）则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户也可以通过地面站出入卫星系统形成链路。用户端即是各种用户终端。卫星通信主要有如下一些特点：下行广播，覆盖范围广；工作频带宽；通信质量好；网络建设速度快、成本低；控制复杂。

在卫星通信系统中，按照卫星或接入终端是否移动，可以分为如下几种服务方式：

1．卫星静止（静止地球轨道（GEO）卫星），接入终端相对静止；

2．卫星静止，接入终端移动；

3．卫星移动（高轨和底轨卫星），接入终端移动；

4．卫星移动，接入终端移动。

在上述第一种服务模式中，由于整个卫星通信过程中各部分处于相对稳定状态，因此整个通信过程可以顺利进行。而在后三种情况中，由于卫星或接入终端相对位置变化，并且每一颗卫星的覆盖区域是有限的，再一次通信过程中存在越区切换问题。

为解决越区切换问题，现有技术中提出了各种接入控制算法，如GSM、CDMA，TD-SCDMA，CDMA2000，WCDMA，LTE等。这些算法主要集中在研究何时服务卫星进入切换状态（如，用户的接入功率降低到某一个门限值，则开启切换），从而降低越区切换过程中通信中断概率，保障用户的通信质量。但是，现有的越区切换方法由于没有提前备份接入终端信息，因此虽然能够在一定程度上降低越区切换过程中通信中断概率，但是越区切换的中断概率仍旧非常高。

而事实上，影响越区切换效果的不仅仅是越区切换时刻的选取，另一个重要的因数是下一颗服务卫星的选取，即接入终端要切换到哪一个卫星来获取服务，能最大情况下降低切换过程中通信的中断概率。如果在切换发生前，正在提供服务的卫星监测到接入终端可能要发生切换动作时，可以将一些接入终端的某些信息（如，连接信息）提前备份给下一阶段可能提供的卫星上，这样在后续的切换过程中可以降低越区切换过程中通信中断的概率，进一步保障了用户的通信质量。因此，如何设计一种方法选取候选信息备份卫星，既可以降低通信的中断概率，又可以尽可能的降低备份开销，是卫星通信系统越区切换中需要解决的关键问题。

发明内容

本发明提供一种基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法，用于解决现有的卫星通信越区切换方法由于没有提前备份接入终端信息造成通信中断概率高的问题。本发明提供的方法的越区切换中断概率低，用户的通信质量好。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法，该方法包括：

初始化接入终端、当前服务卫星以及当前服务卫星的邻居卫星；

当当前服务卫星监测到接入终端要越区切换时，当前服务卫星通知自身的所有邻居卫星分别监测接入终端的功率值，并将所有当前服务卫星的邻居卫星监测到的接入终端的功率值记录到第一功率表中；

等待预定时间，所有当前服务卫星的邻居卫星再次监测接入终端的功率值，并将所有当前服务卫星的邻居卫星监测到的接入终端的功率值记录到第二功率表中；

将所述第二功率表中记录的当前服务卫星的每个邻居卫星监测到的接入终端的功率值减去第一功率表中记录的同一卫星监测到的接入终端的功率值，并将得到的对应于当前服务卫星的每个邻居卫星的功率差值记录到功率差值表中；

选取所述功率差值表中所有大于预定阈值的值所对应的卫星组成候选备份卫星集；

当前服务卫星将接入终端的信息备份在所述候选备份卫星集中的每一个卫星上；

判断接入终端最终是否切换到所述候选备份卫星集中的任一卫星P上，若是，则该卫星P和接入终端建立连接关系并为接入终端提供服务，并通知所述候选备份卫星集中的其他卫星删除所备份的接入终端的信息并结束流程；否则，删除所述候选备份卫星集中所有卫星中所备份的接入终端的信息，结束流程。

优选地，上述方法中，所述预定阈值的确定方法为：

初始化卫星节点门限值为0；

选择所述功率差值表中所有大于所述卫星节点门限值的值所对应的卫星组成卫星节点集；

根据所述卫星节点集中各卫星在所述功率差值表中对应的值的大小对所述卫星节点集中的元素进行降序排序；

统计并判断所述卫星节点集中的元素个数是否小于等于4，若是，则确定预定阈值使得所述候选备份卫星集由进行降序排序后的卫星节点集中前两个卫星组成；否则，确定预定阈值使得候选备份卫星集由进行降序排序后的卫星节点集中前50%个卫星组成。

优选地，当所述卫星节点集中的元素个数N为奇数时，所述确定预定阈值使得候选备份卫星集由进行降序排序后的卫星节点集中前50%个卫星组成包括：确定预定阈值，使得候选备份卫星集由进行降序排序后的卫星节点集中前（N+1）/2个卫星组成。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

本发明提出基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法。在接入终端要发生越区切换前，提供服务的卫星将该终端的某些重要信息（如连接信息）提前备份到下一阶段可能提供服务的卫星上。在接入终端真正要发生越区时，利用备份的信息可以及时与提供服务的卫星建立连接，从而降低了越区切换过程中通信中断的概率，进一步保障了用户的通信质量。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法实施原理图；

图2为本发明实施例提供的一种基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法流程图；

图3为图2中S6中预定阈值δ的确定方法流程图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

图1为本发明实施例提供的一种基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法实施原理图。图2为本发明实施例提供的一种基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法流程图。图1中，接入终端1周围的虚线框表示接入终端1的当前位置4，接入终端1周围的实线框表示接入终端1的下一时刻位置5。

如图1所示，将卫星网络看成是一个无向图G=(V,E)，其中V={p₁p₂…p_n}代表卫星网络中各个卫星节点，E={e₁e₂…e_n}为卫星节点之间边的连接情况。e_ij=e_ji=(p_i，p_j)=1代表卫星节点p_i与卫星节点p_j之间存在一条边，此时卫星节点p_i与卫星节点p_j互为邻居节点，因此卫星节点p_i的邻居卫星节点集可表示为Neighbor(p_i)={p_i:p_j∈V&&(p_i,p_j)∈E}，即卫星节点p_i的邻居卫星节点p_j应该满足p_j属于集合V且在E中(p_i，p_j)=1。

如图2所示，本发明实施例提供的基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法按如下步骤实现：

S1：初始化接入终端1、当前服务卫星2以及当前服务卫星2的邻居卫星3。

S2：当前服务卫星2实时监测接入终端1是否要越区切换，若是，则执行S3，否则继续监测。

S3：当前服务卫星2通知其所有邻居卫星3分别监测接入终端1的功率值，并将各邻居卫星3监测到的接入终端1的功率值记录到第一功率表中。其中，第一功率表中顺序记录有当前服务卫星2的每个邻居卫星的ID以及每个邻居卫星当前监测到的接入终端1的功率值。

S4：等待预定时间T，当前服务卫星2的所有邻居卫星3再次监测接入终端1的功率值，并将各邻居卫星3监测到的接入终端1的功率值记录到第二功率表中。其中，类似于第一功率表中，第二功率表中顺序记录有当前服务卫星2的每个邻居卫星的ID以及每个邻居卫星当前监测到的接入终端1的功率值。

S5：将第二功率表中记录的当前服务卫星2的每个邻居卫星监测到的接入终端1的功率值减去第一功率表中记录的同一卫星监测到的接入终端1的功率值，将得到的对应于当前服务卫星2的每个邻居卫星的功率差值记录进功率差值表中。

S6：选取功率差值表中所有大于预定阈值δ的值所对应的卫星作为候选备份卫星集。例如图1中虚线所圈区域6内的两个邻居卫星3作为图1所示状态下的候选备份卫星集。

S7：当前服务卫星2将接入终端1的信息（如连接信息）备份在候选备份卫星集中的每一个卫星上。步骤S6-S7中，若某一邻居卫星3在功率差值表中对应的值大于预定阈值δ，则将该邻居卫星3作为候选卫星节点，用来备份接入终端的某些重要的信息（如连接信息）。

S8：判断接入终端1最终是否切换到候选备份卫星集中的任一卫星p_k上？若是，则执行S9；否则，跳转至S11。其中，若当前服务卫星2有n个论据卫星，则k在1至n之间取值。

S9：该卫星p_k和接入终端1建立连接关系并为接入终端1提供服务。

S10：通知候选备份卫星集中的其他卫星删除所备份的接入终端1的信息，并结束流程。

S11：删除候选备份卫星集中所有卫星中所备份的接入终端1的信息，结束流程。

可见，当接入终端真正发生越区切换时，候选卫星备份集中的卫星存在两种情况：第一种情况，接入终端的确移动到了该卫星管理的区域内，此时由于已经在该卫星上备份了该接入终端的连接信息等，该卫星和接入终端可以很容易的建立连接，双方进行数据传输等通信，并通知其他卫星删除与该接入终端有关的信息。第二种情况，接入终端没有移动到该卫星管理的区域内，则这些卫星将会收到接入终端已被服务的通知，随后这些卫星自行删除与该接入终端有关的所有内容，以尽可能的降低备份开销。

优选地，如图3所示，上述步骤S6中预定阈值δ的确定方法为：

S61：初始化卫星节点门限值ξ=0；

S62：选择功率差值表中所有大于卫星节点门限值ξ的值所对应的卫星组成卫星节点集RE；

S63：根据卫星节点集RE中各卫星在功率差值表中对应的值的大小对卫星节点集RE中元素进行降序排序，即：进行降序排序后的卫星节点集RE中第一个卫星到最后一个卫星在功率差值表中对应的值是从大到小排序的。

S64：统计并判断卫星节点集RE中的元素个数是否小于等于4？若是，则执行S65，否则执行S66；

S65：确定预定阈值δ，使得候选备份卫星集由进行降序排序后的卫星节点集RE中前两个卫星组成。

S66：确定预定阈值δ，使得候选备份卫星集由进行降序排序后的卫星节点集RE中前50%个卫星组成。其中，当卫星节点集RE中的元素个数N为奇数时，此步骤中确定预定阈值，使得候选备份卫星集由进行降序排序后的卫星节点集中前（N+1）/2个卫星组成。例如，若降序排序后的卫星节点集RE中有11个卫星元素，则此步骤中确定预定阈值δ使得候选备份卫星集由进行降序排序后的卫星节点集RE中的前6个卫星构成。

本发明实施例提供的基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法在当前服务卫星的邻居节点卫星上提前维护了接入终端的重要信息，使得在接入终端发生越区切换时，接入终端可以和新的服务卫星迅速建立连接，能够有效降低通信的中断概率，保障用户的通信质量。另一方面，该方法只选择了部分邻居节点卫星作为候选备份节点，与采用全部邻居节点卫星来备份接入终端信息的方案相比较，显著降低了存储开销。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法，其特征在于，该方法包括：

2.如权利要求1所述的一种基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法，其特征在于，所述预定阈值的确定方法为：

初始化卫星节点门限值为0；

3.如权利要求2所述的一种基于主动邻居选择的卫星网络切换备份方法，其特征在于，当所述卫星节点集中的元素个数N为奇数时，所述确定预定阈值使得候选备份卫星集由进行降序排序后的卫星节点集中前50%个卫星组成包括：确定预定阈值，使得候选备份卫星集由进行降序排序后的卫星节点集中前（N+1）/2个卫星组成。