CN110933754A - 大规模fdma卫星网络接入时隙动态调整方法、装置及系统 - Google Patents
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Abstract
一种大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整方法,其特征在于,包括:入网调整步骤:根据当前接收的远端站入网申请,判断当前空闲固定时隙是否满足时隙分配需求:若满足,则分配一个单位时隙给入网申请的远端站;若不满足,则根据配置文件的步进值增加固定时隙个数后,分配一个单位时隙给入网申请的远端站;离线调整步骤:在检测到有远端站离线后,对应回收离线的远端站占用的单位时隙,并判断当前空闲固定时隙是否大于1倍步进值:若是,则按步进值减少固定时隙个数,若否,不作响应。可最大限度提高FDMA卫星网络接入信道时隙资源利用率,进而提高远端站入网效率,同时在部分远端站离线/下线的情况下,可将在线远端站的时隙速率最大化。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信,尤其与一种大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整方法、装置及系统相关。
背景技术
在FDMA(频分多址)卫星网络系统中,NCS(网络控制系统)负责网络中的远端站设备的入网鉴权以及返向(远端站到中心站方向)频带资源的分配管理。远端站首先要入网,入网后才能申请专有频带资源。如图1远端站状态示意图所示,正常情况下,远端站会经过“入网前”->“入网后突发”->“入网后连续”三个状态,达到通过专有频带传输业务的目的。
为节省频带资源,在入网阶段会拿一个共享频带作为所有远端站的接入信道,所有远端站采用TDMA(时分多址)方式复用该信道。信道在时间上被划分分片成时隙,NCS负责分配时隙给远端站。时隙分为两类,一类是远端站入网前,为了发送入网请求,通过aloha(一种随机防碰撞算法)方式竞争使用的竞争时隙;另一类是远端站入网成功后未分配专有频带资源前(“入网后突发”状态),分得的固定时隙,主要是用于远端站发送信令消息,以及响应NCS下发的配置或查询指令。
目前常用的接入时隙的分配方法,一般采用静态规划法,即根据网络规模手工配置固定时隙数和竞争时隙数。比如一个规模最大为200个远端站的网络,规划固定时隙数为200,竞争时隙数为2。
但是这种静态规划方法,在大规模FDMA卫星组网应用中,会存在如下问题:
a)对于入网阶段,时隙总周期固定按最大网络规模计算,会导致入网效率低下。
b)部分未上线或离线远端站对应时隙一直未使用,造成时隙资源浪费。同时由于时隙总周期固定按最大网络规模计算,因而在线远端站的时隙速率为最低值。
发明内容
本申请主要针对相关现有技术的不足,提出一种大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整方法、装置及系统,可最大限度提高FDMA卫星网络接入信道时隙资源利用率,进而提高远端站入网效率,同时在部分远端站离线/下线的情况下,可将在线远端站的时隙速率最大化。
为了实现上述目的,本发明采用以下技术:
一种大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整方法,其特征在于,包括:
入网调整步骤:根据当前接收的远端站入网申请,判断当前空闲固定时隙是否满足时隙分配需求:若满足,则分配一个单位时隙给入网申请的远端站;若不满足,则根据配置文件的步进值增加固定时隙个数后,分配一个单位时隙给入网申请的远端站;
离线调整步骤:在检测到有远端站离线后,对应回收离线的远端站占用的单位时隙,并判断当前空闲固定时隙是否大于1倍步进值:若是,则按步进值减少固定时隙个数,若否,不作响应。
在完成入网调整步骤后,向子网内所有设备广播当前时隙参数,以及时隙分配情况;在完成离线调整步骤后,向子网内所有设备广播当前时隙参数,以及时隙分配情况。
步进值根据当前卫星网络的组网规模和远端站“入网-离线”频繁程度设定,以避免固定时隙的增加和缩减过于频繁。
入网调整步骤中,包括前置步骤:首先通过配置文件设置竞争时隙数。
入网调整步骤中,先进行入网鉴权判定,在鉴权通过的情况下,再判断当前空闲固定时隙是否满足时隙分配需求。
一种大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整系统,其特征在于,包括:
入网调整模块,用于根据当前接收的远端站入网申请,判断当前空闲固定时隙是否满足时隙分配需求:若满足,则分配一个单位时隙给入网申请的远端站;若不满足,则根据配置文件的步进值增加固定时隙个数后,分配一个单位时隙给入网申请的远端站;
离线调整模块,用于在检测到有远端站离线后,对应回收离线的远端站占用的单位时隙,并判断当前空闲固定时隙是否大于1倍步进值:若是,则按步进值减少固定时隙个数,若否,不作响应。
入网调整模块在完成入网调整步骤后,向子网内所有设备广播当前时隙参数,以及时隙分配情况;
离线调整模块在完成离线调整步骤后,向子网内所有设备广播当前时隙参数,以及时隙分配情况。
步进值根据当前卫星网络的组网规模和远端站“入网-离线”频繁程度设定。
入网调整模块包括配置单元和调整单元:
配置单元,用于通过配置文件设置竞争时隙数;
调整单元,用于在配置单元完成设置后,根据当前接收的远端站入网申请,判断当前空闲固定时隙是否满足时隙分配需求:若满足,则分配一个单位时隙给入网申请的远端站;若不满足,则根据配置文件的步进值增加固定时隙个数后,分配一个单位时隙给入网申请的远端站。
入网调整模块还包括鉴权单元,用于在配置单元完成设置后,进行入网鉴权判定;在鉴权单元判定鉴权通过的情况下,再由调整单元进行执行调整。
一种大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整系统,其特征在于,包括NCS,以及与NCS连接的若干远端站;远端站通过物理接入信道接入FDMA卫星网络。
NCS,用于根据当前接收的远端站入网申请,判断当前空闲固定时隙是否满足时隙分配需求:若满足,则分配一个单位时隙给入网申请的远端站;若不满足,则根据配置文件的步进值增加固定时隙个数后,分配一个单位时隙给入网申请的远端站;
并用于在检测到有远端站离线后,对应回收离线的远端站占用的单位时隙,并判断当前空闲固定时隙是否大于1倍步进值:若是,则按步进值减少固定时隙个数,若否,不作响应。
本发明有益效果在于,在大规模FDMA网络组网应用中,通过本发明提供的接入时隙动态调整方法,可显著提高远端站入网效率,提高接入信道资源利用率,此分配方法与现有静态规划方法相比:
a)固定时隙数根据当前在线远端站设备数动态调整,时隙总周期按当前实际在线远端站设备数计算,而不是固定按最大网络规模计算,这样时隙总周期相对更短,远端站入网效率越高。
b)在远端站离线的情况下,缩减固定时隙个数,可提高在线远端站的时隙速率。可有效避免远端站在“入网后突发”状态下,响应NCS配置,查询超时失败的问题。
附图说明
图1为FDMA卫星网络中远端站入网状态示意图。
图2为时隙组成示意图。
图3为本申请实施例的接入时隙入网动态调整步骤流程图。
图4为本申请实施例的接入时隙离线动态调整步骤流程图。
图5为本申请实施例的接入时隙动态调整装置结构示意图。
图6为本申请实施例的入网调整模块结构示意图。
图7为本申请实施例的接入时隙动态调整系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细说明。
如图2所示的时隙组成示意图,共享信道上一个时隙总周期被划分成N个时间片,每个时间片即一个单位时隙,依据一个单位时隙只传送一个物理帧的原则,用物理帧符号数和符号速率可计算出发送一个物理帧的单位有效时隙长度:
TTS = L/(BW / (1+a));
其中,L表示物理帧符号数,BW表示信道带宽,a表示滚降系数。物理帧符号数由信道编码方式,调制方式和编码码率决定。信道带宽和信道滚降系熟也可在一定范围内配置。在信道参数(物理帧符号数,带宽,滚降系数)确定的情况下,单位有效时隙长度就确定了,如果网络规模越大,时隙总周期相应就会越长。时隙总周期越长,那么单个时隙的速率会越低。在某些应用场景下,比如进行远端站配置上载等需要远端站返回大数据量的操作时,就很容易出现操作超时失败,由此可见共享信道的时隙分配至关重要。
本申请实施例中,NCS统一控制全网的时隙参数的计算、时隙个数的增减、单位时隙的分配。具体的接入时隙动态调整方法,如图3所示为入网动态调整步骤,如图4所示为离线动态调整步骤,通过对入网和离线的远端站进行动态时隙分配和调整可最大限度提高FDMA卫星网络接入信道时隙资源利用率,进而提高远端站入网效率,同时在部分远端站离线,下线的情况下,可将在线远端站的时隙速率最大化。
具体的,如图3所示,入网动态调整步骤,包括以下流程:
首先,通过配置文件设置竞争时隙数,根据当前FDMA卫星网络规模和远端站入网情况设定。
然后,NCS在接收到远端站入网申请后,对入网鉴权进行判断,并在鉴权通过的情况下,判断当前空闲固定时隙是否可满足此次分配:
如果满足则直接分配一个单位时隙给该请求远端站;
如果没有空闲固定时隙可分配,则根据配置文件配置的步进值增加固定时隙个数,并分配一个单位时隙给该远端站。其中,步进值一般设置为整数,如1、2、3、……、N中一个,具体根据当前卫星网络的组网规模和远端站“入网-离线”频繁程度设定,设定的准则以为了避免时隙增加过于频繁为准。
分配后,NCS向子网内所有设备广播时隙参数,以及时隙分配情况。
具体的,如图4所示,离线动态调整步骤,包括以下流程:
实际应用中,离线包括人为设置远端站禁止入网,NCS侧删除该逻辑远端站设备。
NCS检测到远端站离线后,回收该远端站占用的单位时隙。
NCS判断当前空闲固定时隙是否大于预设倍数的步进值,具体实际应用中,预设倍数可以是1倍或2倍,或者其他适合当前FDMA卫星网络规模和入网离线情况的倍数值。
如果满足大于,则按步进值减少固定时隙个数。步进值得设置,与入网动态调整步骤的设置目的相似,设置的准备为避免过于频繁缩减时隙,具体可通过配置文件配置。
如果不满足大于,则直接调转至下一个步骤。
然后,NCS向子网内所有设备广播时隙参数,以及时隙分配情况。
本申请同时提供接入时隙动态调整系统,其结构如图5所示。
系统包括入网调整模块和离线调整模块。
具体的,如图6所示,入网调整模块,包括:配置单元、鉴权单元、调整单元。
配置单元,用于通过配置文件设置竞争时隙数。
鉴权单元,用于在配置单元完成设置后,进行入网鉴权判定;在鉴权单元判定鉴权通过的情况下,再由调整单元进行执行调整。
调整单元,用于在配置单元完成设置后,根据当前接收的远端站入网申请,判断当前空闲固定时隙是否满足时隙分配需求:若满足,则分配一个单位时隙给入网申请的远端站;若不满足,则根据配置文件的步进值增加固定时隙个数后,分配一个单位时隙给入网申请的远端站。
入网调整模块在完成入网调整步骤后,向子网内所有设备广播当前时隙参数,以及时隙分配情况。
具体的,离线调整模块,用于在检测到有远端站离线后,对应回收离线的远端站占用的单位时隙,并NCS判断当前空闲固定时隙是否大于预设倍数的步进值,具体实际应用中,预设倍数可以是1倍或2倍,或者其他适合当前FDMA卫星网络规模和入网离线情况的倍数值。
判断后,若是,则按步进值减少固定时隙个数,若否,不作响应。
离线调整模块在完成离线调整步骤后,向子网内所有设备广播当前时隙参数,以及时隙分配情况。
其中,步进值一般设置为整数,如1、2、3、……、N中一个,具体根据当前卫星网络的组网规模和远端站“入网-离线”频繁程度设定,设定的准则以为了避免时隙增加过于频繁为准。
如图7所示,为本申请实施例涉及的一种大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整系统,包括NCS,以及与NCS同处于同一子网的若干远端站;远端站通过物理接入信道接入,并能够响应NCS的控制命令/信号。
其中,NCS,用于根据当前接收的远端站入网申请,判断当前空闲固定时隙是否满足时隙分配需求:若满足,则分配一个单位时隙给入网申请的远端站;若不满足,则根据配置文件的步进值增加固定时隙个数后,分配一个单位时隙给入网申请的远端站;并用于在检测到有远端站离线后,对应回收离线的远端站占用的单位时隙,并判断当前空闲固定时隙是否大于1倍步进值:若是,则按步进值减少固定时隙个数,若否,不作响应。
其中,NCS在完成入网调整和离线调整后,均分别需要向子网内所有设备广播当前时隙参数,以及时隙分配情况。
具体的,步进值一般设置为整数,如1、2、3、……、N中一个,具体根据当前卫星网络的组网规模和远端站“入网-离线”频繁程度设定,设定的准则以为了避免时隙增加过于频繁为准。
举例说明
例如,对于一个网络规模为200个远端站的网络,配置1个物理接入信道,信道参数配置如下:
信道编码方式为Turbo,编码码率为1/2,调制方式为QPSK,由此可得对应物理帧符号数为2030。带宽为2000KHz。滚降系数为0.2。
最终可得单位有效时隙长度TTS = 2030/(2000000 / (1+0.2))= 1.218 ms。
由图2所示时隙组成示意图可知,单位时隙T = TTS+ Tprot ,Tprot 是时隙保护时间,这里固定取值为2ms。因此,单位时隙T = 1.218 + 2 = 3.218 ms。
通过配置文件,配置固定时隙增减步进值为5;竞争时隙数为2。
通过本申请实施例的入网动态调整,可以使得远端站入网过程中,时隙总周期并不是一个固定值,而是随着入网在线远端站数的增加而线性增加:
入网在线远端站数量在1~5范围时,总周期Tsum= (固定时隙+竞争时隙)*T = (5+2)*3.218 = 22.526 ms。
入网在线远端站数量为100时,总周期Tsum= (100+2)*T = 102*3.218 = 328.236ms。
当入网在线远端站数量达到最到网络规模200时,总周期Tsum= (200+2)*T =202*3.218 = 650.036 ms。
同样,在远端站在离线时也会动态调整时隙个数,从而调整时隙总周期的大小,不再赘述。
上述仅为说明本申请技术手段列举的实施例,但不是限定本申请仅限于上述实例。
Claims (10)
1.一种大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整方法,其特征在于,包括:
入网调整步骤:根据当前接收的远端站入网申请,判断当前空闲固定时隙是否满足时隙分配需求:若满足,则分配一个单位时隙给入网申请的远端站;若不满足,则根据配置文件的步进值增加固定时隙个数后,分配一个单位时隙给入网申请的远端站;
离线调整步骤:在检测到有远端站离线后,对应回收离线的远端站占用的单位时隙,并判断当前空闲固定时隙是否大于1倍步进值:若是,则按步进值减少固定时隙个数,若否,不作响应。
2.根据权利要求1所述的大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整方法,其特征在于:
在完成入网调整步骤后,向子网内所有设备广播当前时隙参数,以及时隙分配情况;
在完成离线调整步骤后,向子网内所有设备广播当前时隙参数,以及时隙分配情况。
3.根据权利要求1所述的大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整方法,其特征在于,步进值根据当前卫星网络的组网规模和远端站“入网-离线”频繁程度设定。
4.根据权利要求1所述的大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整方法,其特征在于,入网调整步骤中,包括前置步骤:首先通过配置文件设置竞争时隙数。
5.根据权利要求1所述的大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整方法,其特征在于,入网调整步骤中,先进行入网鉴权判定,在鉴权通过的情况下,再判断当前空闲固定时隙是否满足时隙分配需求。
6.一种大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整装置,其特征在于,包括:
入网调整模块,用于根据当前接收的远端站入网申请,判断当前空闲固定时隙是否满足时隙分配需求:若满足,则分配一个单位时隙给入网申请的远端站;若不满足,则根据配置文件的步进值增加固定时隙个数后,分配一个单位时隙给入网申请的远端站;
离线调整模块,用于在检测到有远端站离线后,对应回收离线的远端站占用的单位时隙,并判断当前空闲固定时隙是否大于1倍步进值:若是,则按步进值减少固定时隙个数,若否,不作响应。
7.根据权利要求6所述的大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整装置,其特征在于:
入网调整模块在完成入网调整步骤后,向子网内所有设备广播当前时隙参数,以及时隙分配情况;
离线调整模块在完成离线调整步骤后,向子网内所有设备广播当前时隙参数,以及时隙分配情况。
8.根据权利要求6所述的大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整装置,其特征在于,步进值根据当前卫星网络的组网规模和远端站“入网-离线”频繁程度设定。
9.根据权利要求6所述的大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整装置,其特征在于,入网调整模块包括配置单元和调整单元:
配置单元,用于通过配置文件设置竞争时隙数;
调整单元,用于在配置单元完成设置后,根据当前接收的远端站入网申请,判断当前空闲固定时隙是否满足时隙分配需求:若满足,则分配一个单位时隙给入网申请的远端站;若不满足,则根据配置文件的步进值增加固定时隙个数后,分配一个单位时隙给入网申请的远端站。
10.一种大规模FDMA卫星网络接入时隙动态调整系统,其特征在于,包括:
NCS,用于根据当前接收的远端站入网申请,判断当前空闲固定时隙是否满足时隙分配需求:若满足,则分配一个单位时隙给入网申请的远端站;若不满足,则根据配置文件的步进值增加固定时隙个数后,分配一个单位时隙给入网申请的远端站;
并用于在检测到有远端站离线后,对应回收离线的远端站占用的单位时隙,并判断当前空闲固定时隙是否大于1倍步进值:若是,则按步进值减少固定时隙个数,若否,不作响应。
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