CN104467945A - 基于虚拟总线的分布式星群网络资源管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫星通信领域的资源管理技术，公开了一种基于虚拟总线的分布式星群网络资源管理方法，包括：(1)将分布式星群网络中所有资源，包括频率、功率、时隙、波束、转发器、计算、存储以及天线等，通过虚拟总线在分布式注册服务中心汇总，形成统一的资源池，由特定的资源管理单元进行统一调度与分配；(2)用户发出资源申请，资源管理单元从资源池中按照某种准则设定资源分配策略，并将策略广播至各资源服务节点、用户和注册服务中心，资源服务节点按策略分配资源，注册服务中心通过虚拟总线更新资源池状态；(3)通信结束时，用户按照指定策略释放卫星资源。本发明将星群资源形成统一整体，易于达到网络资源的最优分配。

Description

基于虚拟总线的分布式星群网络资源管理方法

技术领域

本发明涉及卫星通信系统技术领域，尤其涉及一种分布式卫星通信资源分配与管理的方法。

背景技术

卫星通信有覆盖范围广、传输速率高、传输信道稳定、受地形影响小等特点，与短波、超短波等其他通信系统相比具有显著的优势。以数据为核心的宽带多媒体业务高速发展，对卫星通信系统提出了大容量、高带宽以及更高QoS保证能力的需求，而星载器件水平和长寿命使用需求使得大型航天器的风险短期内难以回避。利用多颗小卫星和共轨协同技术组成的分布式星群网络，可以有效的缓解卫星资源能力不足的现状。针对分布式星群网络，如何高效整合和利用卫星资源成为影响系统性能的关键因素。

分布式星群网络中不同业务类型申请对QoS要求存在很大差异，传统针对单颗卫星、单个卫星网系的资源调度方法难以同时满足这些差异化的用户需求。另一方面，空间上广域独立分布的卫星使得整个星群网络的资源存在较大的非均匀特性，资源孤岛的现象较为严重。传统的分布式的无线资源管理与分配策略通常考虑单个用户需求，未考虑整个网络中资源实际可用状况，这样的分配策略将导致一些局部质量较好的资源分配给了当前申请，而一些全网内质量较好的资源被闲置，整个系统的频谱资源并没有得到有效的利用。

发明内容

本发明的技术解决问题：针对现有技术的不足，提供一种基于虚拟总线的资源管理方法，实现分布式星群网络资源的整体优化利用。

本发明方法的具体步骤如下：

A1、初始化星群网络中的用户节点、资源服务节点、资源管理单元和资源注册服务中心，由星群网络地面管理站按规则指定资源注册服务中心；

A2、星群网络中各资源服务节点按指定的信令格式，向资源注册服务中心注册当前可用的资源信息，包括当前星群网络中在轨可提供服务的卫星位置，每颗卫星可用的天线、频率、功率、时隙、码字、波束、转发器、计算和存储资源；资源注册服务中心将所有资源进行汇总，形成统一的资源池，并将资源池状态送往资源管理单元；

A3、用户通过信令信道发起通信申请，资源管理单元接收到通信申请后，按照一定的准则选择满足用户需求的资源组合为用户提供服务，将分配策略通过信令信道发送至用户端，通过虚拟总线发送至各资源服务节点和资源注册服务中心；

A4、资源服务节点根据接收到的分配策略分配资源，资源注册服务中心更新可用资源信息，用户在所分配的资源上进行通信；

A5、用户通信结束后，按照资源管理单元指定的策略释放资源，各资源服务节点向资源注册服务中心更新资源状态；

A6、当有新的资源服务节点加入网络时或有资源退出网络时，通过虚拟总线向资源注册服务中心注册或注销资源信息。

优选地，所述的资源服务节点包含多星共轨组成星群的卫星和轨位独立的卫星。

优选地，所述分布式星群网络中包含一个或多个资源管理单元，每个资源管理单元可分配的资源为所述资源池中的所有资源，或者所述资源池中的部分资源，每个资源管理单元所能管理的资源量相等或不等。

优选地，所述分布式星群网络中包含一个或者多个资源注册服务中心，每个资源注册服务中心负责所有资源服务节点的资源信息汇总；或者负责部分资源服务节点资源信息汇总；或者按照资源类别分别进行资源信息汇总。

优选地，所述的资源管理单元和资源注册服务中心是物理实体或逻辑实体。

优选地，所述的资源分配策略包含所有可用轨位、天线、频率、功率、时隙、码字、波束、转发器、计算和存储资源的任意组合。

优选地，所述的一定的准则根据用户类型和业务类型来确定。

优选地，所述的虚拟总线传输的信令格式基于IP协议体系，或则基于卫星专属协议体系。

优选地，所述的多个资源管理单元采用分级式管理方式，星群网络中存在一个指定的一级资源管理单元和多个二级资源管理单元。

优选地，所述的多个资源管理单元采用分布式管理方式。

优选地，所述的多个资源注册服务中心采用分布式协同机制，资源注册服务中心之间的数据库通过虚拟总线保持一致。

优选地，所述的资源管理单元采取集中式的资源分配调度算法。

优选地，所述的资源管理单元采取分布式的资源分配调度算法。

本发明的优点在于：本发明将星群网络中的可用资源通过虚拟总线，构成统一的资源池进行调配，从整个网络上全面衡量系统当前资源利用状况，并根据用户类型、业务类型以及业务分布状态，采用分布式或集中式的资源调度机分配优化算法相结合，按某种准则分配网络资源，满足用户通信需求，易于实现整体资源的最优分配，提升用户体验。

附图说明

图1所示为本发明资源管理方法总体的示意图；

图2所示为本发明实施例的应用场景示意图；

图3所示为本发明实施例的逻辑通联关系示意图；

图4所示为本发明实施例中虚拟总线上传输帧格式示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示，本发明提出了一种基于虚拟总线的分布式星群网络资源管理方法，主要包括：

A1、初始化星群网络中的用户节点、资源服务节点、资源管理单元和资源注册服务中心，由星群网络地面管理站按规则指定资源注册服务中心；

A2、星群网络中各资源服务节点按指定的信令格式，向资源注册服务中心注册当前可用的资源信息，包括当前星群网络中在轨可提供服务的卫星位置，每颗卫星可用的天线、频率、功率、时隙、码字、波束、转发器、计算和存储资源；资源注册服务中心将所有资源进行汇总，形成统一的资源池，并将资源池状态送往资源管理单元；

A3、用户通过信令信道发起通信申请，资源管理单元接收到通信申请后，按照一定的准则选择满足用户需求的资源组合为用户提供服务，将分配策略通过信令信道发送至用户端，通过虚拟总线发送至各资源服务节点和资源注册服务中心；

A4、资源服务节点根据接收到的分配策略分配资源，资源注册服务中心更新可用资源信息，用户在所分配的资源上进行通信；

A5、用户通信结束后，按照资源管理单元指定的策略释放资源，各资源服务节点向资源注册服务中心更新资源状态；

A6、当有新的资源服务节点加入网络时或有资源退出网络时，通过虚拟总线向资源注册服务中心注册或注销资源信息。

图2给出了本发明的一个实施例，包含8个卫星、2个卫星地面站和4个用户的分布式星群网络，其中卫星1、卫星2和卫星3组成分布式星群1，卫星5、卫星6、卫星7和卫星8组成分布式星群2。图3给出了图2分布式星群网络所对应的架构的逻辑示意图，图2的每个卫星逻辑上均可等效为一系列卫星资源组合的资源服务节点，图2中的每个卫星地面站逻辑上包含1个资源注册服务中心和1个资源管理单元。

在本实施例中，初始化网络中的资源服务节点、资源注册服务中心和资源管理单元。4个用户的通信业务需求如表1所示。

表1

属性	用户1与用户4	用户3与用户2
			业务类型	高清远程医疗视频	互联网
速率需求	20Mbps	2Mbps
			实时性	高	低
优先级	高	低

各资源服务节点初始化后，采用如图4中(a)所示的基于IP的资源管理协议格式，在目的资源管理单元填充6字节指向所有资源管理单元的广播地址，源地址填充6字节发送端的资源服务节点地址，在类型上填充“0X01”指示该帧为资源信息注册帧，长度位上根据资源信息长度填充1字节的长度信息，在资源信息上填充1至230字节的资源信息，校验位上填充4字节的CRC校验信息，通过虚拟总线向资源注册服务中心注册可用的资源信息，汇集形成的资源池如表2所示。

表2

资源注册服务中心1与资源注册服务中心2均维护上述表2。

用户1和用户3通过信令信道接入星群网络，发起资源分配申请，采用分布式资源分配算法，资源管理单元1接收到用户申请后，以满足带宽前提下最小化时延为用户1的约束条件分配资源；资源管理单元2接收到用户申请后，以最大带宽效率为用户2的约束条件分配资源。表3和表4所示分别为给用户1和用户3分配的资源列表。

表3

表4

资源管理单元1和资源管理单元2分别将所分配的策略通过信令信道发送至用户节点，通过虚拟总线发送至所有资源服务节点和其他资源管理单元。虚拟总线上传递的帧格式如图4中(b)所示，在目的节点地址上填充6字节指向所有节点的广播地址，源地址填充6字节发送端的资源管理单元地址，在类型上填充“0X02”指示该帧为资源信息分配帧，长度位上根据资源信息长度填充1字节的长度信息，在资源信息上填充1至230字节的资源分配信息，校验位上填充4字节的CRC校验信息。

用户节点根据接收到的策略，切换至所分配的资源上发起通信，各资源管理单元根据接收到的其他管理单元所分配的策略，更新资源池中资源状态。

用户通信结束后，按资源全释放的策略释放资源，资源释放帧结构如图4中(a)所示，在目的资源管理单元填充6字节指向所有资源管理单元的广播地址，源地址填充6字节发送端的资源服务节点地址，在类型上填充“0X03”指示该帧为资源信息释放帧，长度位上根据资源信息长度填充1字节的长度信息，在资源信息上填充1至230字节的资源信息，校验位上填充4字节的CRC校验信息。资源注册服务中心接收到该帧后更新资源状态。

当有新资源服务节点加入星群网络时，如图4(a)所示，在目的资源管理单元填充6字节指向所有资源管理单元的广播地址，源地址填充6字节发送端的资源服务节点地址，在类型上填充“0X01”指示该帧为资源信息注册帧，长度位上根据资源信息长度填充1字节的长度信息，在资源信息上填充1至230字节的资源信息，校验位上填充4字节的CRC校验信息，通过虚拟总线向资源注册服务中心注册新的可用资源信息。

当资源服务节点不可用或者资源服务节点中部分资源不可用需要退出星群网络时，如图4(a)所示，在目的资源管理单元填充6字节指向所有资源管理单元的广播地址，源地址填充6字节发送端的资源服务节点地址，在类型上填充“0X04”指示该帧为资源信息注销帧，长度位上根据资源信息长度填充1字节的长度信息，在资源信息上填充1至230字节的资源信息，校验位上填充4字节的CRC校验信息，通过虚拟总线向资源注册服务中心注册注销对应资源信息。

以上结合附图详细说明了本发明，但是本领域的普通技术人员应当明白，说明书是用于解释权利要求的，本发明的保护范围以权利要求为准，在本发明的基础上，任何所做的修改、等同替换和改进等都应当在所要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于虚拟总线的分布式星群网络资源管理方法，其特征在于包括步骤：

A1、初始化星群网络中的用户节点、资源服务节点、资源管理单元和资源注册服务中心，由星群网络地面管理站按规则指定资源注册服务中心；

A2、星群网络中各资源服务节点按指定的信令格式，向资源注册服务中心注册当前可用的资源信息，包括当前星群网络中在轨可提供服务的卫星位置，每颗卫星可用的天线、频率、功率、时隙、码字、波束、转发器、计算和存储资源；资源注册服务中心将所有资源进行汇总，形成统一的资源池，并将资源池状态送往资源管理单元；

A3、用户通过信令信道发起通信申请，资源管理单元接收到通信申请后，按照一定的准则选择满足用户需求的资源组合为用户提供服务，将分配策略通过信令信道发送至用户端，通过虚拟总线发送至各资源服务节点和资源注册服务中心；

A4、资源服务节点根据接收到的分配策略分配资源，资源注册服务中心更新可用资源信息，用户在所分配的资源上进行通信；

A5、用户通信结束后，按照资源管理单元指定的策略释放资源，各资源服务节点向资源注册服务中心更新资源状态；

A6、当有新的资源服务节点加入网络时或有资源退出网络时，通过虚拟总线向资源注册服务中心注册或注销资源信息。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的资源服务节点包含多星共轨组成星群的卫星和轨位独立的卫星。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分布式星群网络中包含一个或多个资源管理单元，每个资源管理单元可分配的资源为所述资源池中的所有资源，或者所述资源池中的部分资源，每个资源管理单元所能管理的资源量相等或不等。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述分布式星群网络中包含一个或者多个资源注册服务中心，每个资源注册服务中心负责所有资源服务节点的资源信息汇总；或者负责部分资源服务节点资源信息汇总；或者按照资源类别分别进行资源信息汇总。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的资源分配策略包含所有可用轨位、天线、频率、功率、时隙、码字、波束、转发器、计算和存储资源的任意组合。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的一定的准则根据用户类型和业务类型来确定。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的虚拟总线传输的信令格式基于IP协议体系，或则基于卫星专属协议体系。

8.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述的多个资源管理单元采用分级式或分布式管理方式，星群网络中存在一个指定的一级资源管理单元和多个二级资源管理单元。

9.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述的多个资源注册服务中心采用分布式协同机制，资源注册服务中心之间的数据库通过虚拟总线保持一致。

10.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述的资源管理单元采取集中式或分布式的资源分配调度算法。