CN112311444A - 一种多维度卫星通信资源动态调度方法、装置及系统 - Google Patents

一种多维度卫星通信资源动态调度方法、装置及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多维度卫星通信资源动态调度方法，包括：S1、接收终端发起请求的位置信息和业务类型信息，以确定可提供业务服务的卫星集合；S2、遍历所述卫星集合，查找可提供所述业务类型的波束集合；S3、根据所述业务类型所要求的服务质量，筛选满足服务质量要求的服务波束集合；S4、遍历所述服务波束集合，选择合适的服务波束；S5、在该合适的服务波束下为终端业务分配时频资源；S6、向终端发送调度信令，以指示业务资源调度结果。本发明的方法结合卫星通信系统、通信链路本身的特点进行设计，考虑到终端的业务类型与卫星的匹配，以及与业务要求的匹配从而分配合适的卫星和资源，提高了卫星通信的通信质量和通信效果。

Description

一种多维度卫星通信资源动态调度方法、装置及系统
技术领域
本发明属于卫星通信领域，具体涉及一种多维度卫星通信资源动态调度方法、装置及系统。
背景技术
随着移动通信技术的发展，卫星通信已经成为了目前最重要的通信方式之一，卫星通信具有覆盖范围广，不受地理条件约束、不受自然灾害影响、灵活机动等特定，是通信服务实现全球覆盖的重要途径。
通信系统需要根据业务需求为用户分配无线资源，地面移动通信中所采用的资源调度算通常有半持续调度算法、分组调度算法、基于缓存状态报告的调度算法等。与地面移动通信相比，卫星通信具有延迟大、通信链路特性复杂的特点，由于体制、链路特性的问题，通常无法直接采用地面的资源分配算法，这给卫星通信系统中无线资源的分配调度带来了挑战。
卫星通信中无线资源包括卫星资源、波束资源、载波资源、时隙资源。卫星通信系统由1颗或者多颗通信卫星加地面应用系统组成，每个卫星下通常包含一个或多个波束，波束对应一定的带宽，频域包含一定数量的载波，每个载波在时域又可以划分为具有先后顺序的不同时隙。卫星通信系统中的无线资源分配，需要根据系统的具体形式、采用的体制，完成卫星、波束、载波、时隙资源的分配过程。对于高轨卫星通信系统，单星覆盖范围较大，资源分配过程通常只涉及相同或不同波束下载波、时隙的分配，对于低轨卫星可能还需要考虑卫星的分配和路由问题。此外，资源分配过程中可能还需要考虑链路延迟、业务QoS、系统吞吐量、用户的优先级等因素。
然而，现有的地面移动通信系统的资源分配方法并不适用于卫星通信系统，因此如何设计合理的资源分配供卫星通信系统使用成为了当前亟待解决的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种多维度卫星通信资源动态调度方法、装置及系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种多维度卫星通信资源动态调度方法，包括：
S1、接收终端发起请求的位置信息和业务类型信息，以确定可提供业务服务的卫星集合；
S2、遍历所述卫星集合，查找可提供所述业务类型的波束集合；
S3、根据所述业务类型所要求的服务质量，筛选满足服务质量要求的服务波束集合；
S4、遍历所述服务波束集合，选择合适的服务波束；
S5、在该合适的服务波束下为终端业务分配时频资源；
S6、向终端发送调度信令，以指示业务资源调度结果。
在一个具体实施方式中，所述服务质量要求包括延迟、速率、误码率中的一种或多种。
在一个具体实施方式中，所述步骤S4包括：
采用波束选择策略遍历所述服务波束集合，选择Q值最大的波束作为当前的业务服务波束；所述波束选择策略为：
Qi＝CF·PVi＝Cfdelay·tdi+Cfrate·rti+Cferr·eri+Cfpri·prii，
其中，Qi为SBeam中第i个波束对应的Q值，CF为权值向量，PVi为第i个波束对应的评估参数向量，如Cfdelay为延迟权值，Cfrate为速率权值，Cferr为误码率权值，Cfpri为优先级权值,tdi、rti、eri、prii分别为第i个波束对应的针对该业务的服务参数值。
在一个具体实施方式中，所述步骤S5包括：
按照资源块分配规则为终端业务分配时频资源；
所述资源块分配规则为：
Figure BDA0002733252560000031
Pj为当前资源块分配的用户资源，公式中fv为速率系数、fd为延迟系数、fQ为Qci等级系数，vj、vT分别为用户j当前的速率及申请速率，dj、dT分别为用户j当前的数据延迟以及能够容忍的最大延迟，Qcij为用户j所申请业务对应Qci等级。
本发明同时提供了一种多维度卫星通信资源动态调度装置，包括：
请求接收模块，用于接收终端发起请求的位置信息和业务类型信息，以确定可提供业务服务的卫星集合；
可用波束查询模块，用于遍历所述卫星集合，查找可提供所述业务类型的波束集合；
服务波束筛选模块，用于根据所述业务类型所要求的服务质量，筛选满足服务质量要求的服务波束集合；
服务波束确定模块，用于遍历所述服务波束集合，选择合适的服务波束；
时频资源分配模块，用于在该合适的服务波束下为终端业务分配时频资源；
调度信号发送模块，用于向终端发送调度信令，以指示业务资源调度结果。
在一个具体实施方式中，所述服务质量要求包括延迟、速率、误码率中的一种或多种。
在一个具体实施方式中，所述服务波束确定模块具体用于采用波束选择策略遍历所述服务波束集合，选择Q值最大的波束作为当前的业务服务波束；
所述波束选择策略为：
Qi＝CF·PVi＝Cfdelay·tdi+Cfrate·rti+Cferr·eri+Cfpri·prii，
其中，Qi为SBeam中第i个波束对应的Q值，CF为权值向量，PVi为第i个波束对应的评估参数向量，如Cfdelay为延迟权值，Cfrate为速率权值，Cferr为误码率权值，Cfpri为优先级权值,tdi、rti、eri、prii分别为第i个波束对应的针对该业务的服务参数值。
在一个具体实施方式中，所述时频资源分配模块具体用于按照资源块分配规则为终端业务分配时频资源；
所述资源块分配规则为：
Figure BDA0002733252560000041
Pj为当前资源块分配的用户资源，公式中fv为速率系数、fd为延迟系数、fQ为Qci等级系数，vj、vT分别为用户j当前的速率及申请速率，dj、dT分别为用户j当前的数据延迟以及能够容忍的最大延迟，Qcij为用户j所申请业务对应Qci等级。
本发明同时提供了一种多维度卫星通信资源动态调度系统，包括移动终端和网络管理中心，所述网络管理中心在接收到移动终端发送的位置信息和业务类型信息时，执行如上所述方法的步骤。
本发明的有益效果：
本发明的多维度卫星通信资源动态调度方法结合卫星通信系统、通信链路本身的特点进行设计，考虑到终端的业务类型与卫星的匹配，以及与业务要求的匹配从而分配合适的卫星和资源，提高了卫星通信的通信质量和通信效果。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种多维度卫星通信资源动态调度方法流程示意图；
图2(a)-(b)为本发明实施例提供的时频资源分配示意图；
图3是本发明实施例提供的一种多维度卫星通信资源动态调度装置模块框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种多维度卫星通信资源动态调度方法流程示意图，包括：
S1、接收终端发起请求的位置信息和业务类型信息，以确定可提供业务服务的卫星集合SSat{sat1,sat1,sat3…}；
S2、根据终端要发起的业务类型，遍历所述卫星集合，查找可提供所述业务类型的波束集合SBeam{beam1,beam2,beam3…}；
S3、根据所述业务类型所要求的服务质量，筛选满足服务质量要求的服务波束集合；一般的，网络管理中心(NCC)根据终端的当前位置，在系统内查询覆盖该终端且能够提供相应服务的卫星，之后根据各覆盖卫星当前的运行状态、工作负荷等确定卫星下能够提供服务的波束集合。波束筛选过程中除了要考虑覆盖的要求还需要考虑终端要发起的业务服务质量要求QoS，之后将满足所有要求的波束加入到服务波束集合SBeam内。所述服务质量要求包括延迟、速率、误码率等能够反映服务质量的参数。
S4、遍历所述服务波束集合SBeam，选择合适的服务波束；例如NCC遍历波束候选集，按照波束选择策略完成业务服务波束的选择过程。针对波束候选集中的各个波束分别计算其Qi值，最终选择Qi最大的波束作为该业务的服务波束Bmsc；
该波束选择策略为：
Qi＝CF·PVi＝Cfdelay·tdi+Cfrate·rti+Cferr·eri+Cfpri·prii，
其中，Qi为SBeam中第i个波束对应的Q值，CF为权值向量，PVi为第i个波束对应的评估参数向量，如Cfdelay为延迟权值，Cfrate为速率权值，Cferr为误码率权值，Cfpri为优先级权值,tdi、rti、eri、prii分别为第i个波束对应的针对该业务的服务参数值。
在实施时，CF向量的维数及参数值由NCC确定，PVi则由NCC根据波束i针对该用户业务当前的场景进行评估确定。波束选择完成后，NCC将该用户添加到所选波束对应的服务用户列表。当然，本实施例只例举了四种指标参数，但并不限定该策略中参数指标的数量，根据具体的使用场景，与本实施例波束相关的参数都可以加入该波束选择策略中，并分配一定的权值，从而更精确的选择合适的波束。
S5、在该合适的服务波束下为终端业务分配时频资源；
具体的，NCC为用户选择了服务波束后，后续该波束周期性的业务资源调度过程将该用户纳入其中，资源调度按时隙展开，按照分配策略逐个完成该时隙内所有资源块的分配过程，请参见图2(a)-(b)，NCC在服务波束Bmsc下为用户业务分配时频资源，Bmsc可能需要为多个用户服务，按时隙进行资源调度，每个时隙调度一次，每次调度按照先频域后时域的顺序(a)，或先时域后频域(b)的顺序完成一次调度资源集合内所有资源块的调度，之后按照资源块分配规则为终端业务分配时频资源；
所述资源块分配规则为：
Figure BDA0002733252560000071
Pj为当前资源块分配的用户资源，公式中fv为速率系数、fd为延迟系数、fQ为Qci等级系数，vj、vT分别为用户j当前的速率及申请速率，dj、dT分别为用户j当前的数据延迟以及能够容忍的最大延迟，Qcij为用户j所申请业务对应Qci等级。
其中，Qci等级越高Pj越大。对于分配了资源块的用户，更新其对应的vj、dj,然后接着完成剩余资源块的分配过程。
S6、向终端发送调度信令，以指示业务资源调度结果。
资源分配完成后，NCC通过信令通知终端，使其获悉当前调度周期内资源块的使用权情况。终端每个调度周期内都需要接受NCC下发的资源调度指令。
值得一提的是，在业务交互过程中，终端也会实时上报位置以及当前的信道测量结果，NCC根据上报的情况实时决策终端是否需要进行切换或者进行资源重配，如需进行切换，则按照本实施例中的卫星、波束的选择过程完成目标服务波束的选择，通过信令通知终端完成切换，后续的业务资源调度过程将在目标波束下完成。也就是说，上述过程是实时进行监测和切换的。
本发明的多维度卫星通信资源动态调度方法结合卫星通信系统、通信链路本身的特点进行设计，考虑到终端的业务类型与卫星的匹配，以及与业务要求的匹配从而分配合适的卫星和资源，提高了卫星通信的通信质量和通信效果。
实施例二
请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种多维度卫星通信资源动态调度装置模块框图，包括：
请求接收模块1，用于接收终端发起请求的位置信息和业务类型信息，以确定可提供业务服务的卫星集合；
可用波束查询模块2，用于遍历所述卫星集合，查找可提供所述业务类型的波束集合；
服务波束筛选模块3，用于根据所述业务类型所要求的服务质量，筛选满足服务质量要求的服务波束集合；
服务波束确定模块4，用于遍历所述服务波束集合，选择合适的服务波束；
时频资源分配模块5，用于在该合适的服务波束下为终端业务分配时频资源；
调度信号发送模块6，用于向终端发送调度信令，以指示业务资源调度结果。
在一个具体实施方式中，所述服务质量要求包括延迟、速率、误码率中的一种或多种。
在一个具体实施方式中，所述服务波束确定模块4具体用于采用波束选择策略遍历所述服务波束集合，选择Q值最大的波束作为当前的业务服务波束；
所述波束选择策略为：
Qi＝CF·PVi＝Cfdelay·tdi+Cfrate·rti+Cferr·eri+Cfpri·prii，
其中，Qi为SBeam中第i个波束对应的Q值，CF为权值向量，PVi为第i个波束对应的评估参数向量，如Cfdelay为延迟权值，Cfrate为速率权值，Cferr为误码率权值，Cfpri为优先级权值,tdi、rti、eri、prii分别为第i个波束对应的针对该业务的服务参数值。
在一个具体实施方式中，所述时频资源分配模块5具体用于按照资源块分配规则为终端业务分配时频资源；
所述资源块分配规则为：
Figure BDA0002733252560000091
Pj为当前资源块分配的用户资源，公式中fv为速率系数、fd为延迟系数、fQ为Qci等级系数，vj、vT分别为用户j当前的速率及申请速率，dj、dT分别为用户j当前的数据延迟以及能够容忍的最大延迟，Qcij为用户j所申请业务对应Qci等级。
本发明同时提供了一种多维度卫星通信资源动态调度系统，包括移动终端和网络管理中心，所述网络管理中心在接收到移动终端发送的位置信息和业务类型信息时，执行如上实施例一方法的步骤。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行接合和组合。
尽管在此结合各实施例对本申请进行了描述，然而，在实施所要求保护的本申请过程中，本领域技术人员通过查看所述附图、公开内容、以及所附权利要求书，可理解并实现所述公开实施例的其他变化。在权利要求中，“包括”(comprising)一词不排除其他组成部分或步骤，“一”或“一个”不排除多个的情况。单个处理器或其他单元可以实现权利要求中列举的若干项功能。相互不同的从属权利要求中记载了某些措施，但这并不表示这些措施不能组合起来产生良好的效果。
本领域技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、装置(设备)、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式，这里将它们都统称为“模块”或“系统”。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。计算机程序存储/分布在合适的介质中，与其它硬件一起提供或作为硬件的一部分，也可以采用其他分布形式，如通过Internet或其它有线或无线电信系统。
本申请是参照本申请实施例的方法、装置(设备)和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种多维度卫星通信资源动态调度方法，其特征在于，包括：
S1、接收终端发起请求的位置信息和业务类型信息，以确定可提供业务服务的卫星集合；
S2、遍历所述卫星集合，查找可提供所述业务类型的波束集合；
S3、根据所述业务类型所要求的服务质量，筛选满足服务质量要求的服务波束集合；
S4、遍历所述服务波束集合，选择合适的服务波束；
S5、在该合适的服务波束下为终端业务分配时频资源；
S6、向终端发送调度信令，以指示业务资源调度结果。
2.根据权利要求1所述的多维度卫星通信资源动态调度方法，其特征在于，所述服务质量要求包括延迟、速率、误码率中的一种或多种。
3.根据权利要求1所述的多维度卫星通信资源动态调度方法，其特征在于，所述步骤S4包括：
采用波束选择策略遍历所述服务波束集合，选择Q值最大的波束作为当前的业务服务波束；所述波束选择策略为：
Qi＝CF·PVi＝Cfdelay·tdi+Cfrate·rti+Cferr·eri+Cfpri·prii，
其中，Qi为SBeam中第i个波束对应的Q值，CF为权值向量，PVi为第i个波束对应的评估参数向量，如Cfdelay为延迟权值，Cfrate为速率权值，Cferr为误码率权值，Cfpri为优先级权值，tdi、rti、eri、prii分别为第i个波束对应的针对该业务的服务参数值。
4.根据权利要求1所述的多维度卫星通信资源动态调度方法，其特征在于，所述步骤S5包括：
按照资源块分配规则为终端业务分配时频资源；
所述资源块分配规则为：
Figure FDA0002733252550000021
Pj为当前资源块分配的用户资源，公式中fv为速率系数、fd为延迟系数、fQ为Qci等级系数，vj、vT分别为用户j当前的速率及申请速率，dj、dT分别为用户j当前的数据延迟以及能够容忍的最大延迟，Qcij为用户j所申请业务对应Qci等级。
5.一种多维度卫星通信资源动态调度装置，其特征在于，包括：
请求接收模块，用于接收终端发起请求的位置信息和业务类型信息，以确定可提供业务服务的卫星集合；
可用波束查询模块，用于遍历所述卫星集合，查找可提供所述业务类型的波束集合；
服务波束筛选模块，用于根据所述业务类型所要求的服务质量，筛选满足服务质量要求的服务波束集合；
服务波束确定模块，用于遍历所述服务波束集合，选择合适的服务波束；
时频资源分配模块，用于在该合适的服务波束下为终端业务分配时频资源；
调度信号发送模块，用于向终端发送调度信令，以指示业务资源调度结果。
6.根据权利要求5所述的多维度卫星通信资源动态调度装置，其特征在于，所述服务质量要求包括延迟、速率、误码率中的一种或多种。
7.根据权利要求5所述的多维度卫星通信资源动态调度装置，其特征在于，所述服务波束确定模块具体用于采用波束选择策略遍历所述服务波束集合，选择Q值最大的波束作为当前的业务服务波束；
所述波束选择策略为：
Qi＝CF·PVi＝Cfdelay·tdi+Cfrate·rti+Cferr·eri+Cfpri·prii，
其中，Qi为SBeam中第i个波束对应的Q值，CF为权值向量，PVi为第i个波束对应的评估参数向量，如Cfdelay为延迟权值，Cfrate为速率权值，Cferr为误码率权值，Cfpri为优先级权值，tdi、rti、eri、prii分别为第i个波束对应的针对该业务的服务参数值。
8.根据权利要求5所述的多维度卫星通信资源动态调度装置，其特征在于，所述时频资源分配模块具体用于按照资源块分配规则为终端业务分配时频资源；
所述资源块分配规则为：
Figure FDA0002733252550000031
Pj为当前资源块分配的用户资源，公式中fv为速率系数、fd为延迟系数、fQ为Qci等级系数，vj、vT分别为用户j当前的速率及申请速率，dj、dT分别为用户j当前的数据延迟以及能够容忍的最大延迟，Qcij为用户j所申请业务对应Qci等级。
9.一种多维度卫星通信资源动态调度系统，包括移动终端和网络管理中心，其特征在于，所述网络管理中心在接收到移动终端发送的位置信息和业务类型信息时，执行如权利要求1-4任一项所述方法的步骤。
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