CN113300753A - 信道资源分配方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种信道资源分配方法，包括：解析卫星任务，获取卫星任务的特征参数；根据第一约束关系确认能够执行所述卫星任务的第一范围内的天线和记录器；根据所述第一范围内的天线和记录器与信道资源之间的第二约束关系确认第一范围的信道资源；以及根据卫星任务的特征参数，以及卫星与信道资源的第三约束关系确认第一范围内的天线和记录器中最终执行所述卫星任务的第二范围的天线和记录器，以及第二范围的信道资源，从而完成信道资源的分配。

Description

信道资源分配方法

技术领域

本公开涉及卫星及数据处理技术领域，尤其涉及一种信道资源分配方法。

背景技术

信道资源分配是卫星通信资源管理系统中的重要环节，其意义在于面对各种不同的通信任务时，能够采用有效的资源分配策略，优化卫星资源的分配。

然而现有技术中，一般对通信任务所需的资源总量进行计算，然后不考虑各种资源间的关系，进行简单的天线资源分配、记录器资源分配、信道资源分配等，分配资源的可用性较低、针对性和使用效率较差，因此，如何提供一种更有效的资源分配方法是一个亟待解决的技术课题、

发明内容

(一)要解决的技术问题

基于上述问题，本公开提供了一种信道资源分配方法，以缓解现有技术中卫星通信时分配资源的可用性较低、针对性和使用效率较差等技术问题。

(二)技术方案

本公开提供一种信道资源分配方法，包括：解析卫星任务，获取卫星任务的特征参数；根据第一约束关系确认能够执行所述卫星任务的第一范围内的天线和记录器；根据所述第一范围内的天线和记录器与信道资源之间的第二约束关系确认第一范围的信道资源；以及根据卫星任务的特征参数，以及卫星与信道资源的第三约束关系确认第一范围内的天线和记录器中最终执行所述卫星任务的第二范围的天线和记录器，以及第二范围的信道资源，从而完成信道资源的分配。

根据本公开实施例，所述解析卫星任务，获取卫星任务的特征参数，包括：获取卫星任务的数据通道数量、码速率、任务优先级、任务种类、任务数量。

根据本公开实施例，所述第一约束关系包括卫星与地面站之间的可连接性。

根据本公开实施例，所述第二约束关系包括所述第一范围内的天线和记录器与信道资源的可连接性，以此确认第一范围的信道资源。

根据本公开实施例，所述第三约束关系包括所述第一范围内的天线和记录器中任意一天线或记录器所对应的可连信道资源数量与卫星任务中任意一任务的数据通道数量的对应关系。

根据本公开实施例，所述第三约束关系还包括码速率。

根据本公开实施例，当所述第一范围内的天线和记录器中任意一天线或记录器所对应的可连信道资源数量小于卫星任务中任意一任务的数据通道数量时，在所述第一范围内的天线和记录器中剔除对应的天线或记录器，获得第二范围的天线和记录器以及对应的第二范围的信道资源。

根据本公开实施例，当所述第二范围内的信道资源数量不足时，利用混合整数线性规划模型求得信道分配问题的最优解。

根据本公开实施例，所述利用混合整数线性规划模型求得信道分配问题的最优解，包括：选取卫星任务中能够执行的任务数量作为第一决策变量；以及建立以最大化所述第一决策变量为目标的第一目标函数。

根据本公开实施例，最大化所述第一决策变量，即最小化不能执行的任务数Ins_i：

其中，Ins_i为二值变量，Ins_i＝1表示卫星任务中任意一任务i所对应分配的信道不足，Ins_i可表达为：

其中，n_i为任务i的数据通道数量，ch_i，l为二值变量，ch_i，l＝1表示任务i对应使用信道l。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本公开信道资源分配方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：

(1)卫星通信中各种资源利用成本低，效率高；

(2)能够满足覆盖不同的资源分配场景和需求；

(3)能够提高分配资源的可用性、针对性和使用效率，从而改善资源分配质量。

附图说明

图1为本公开实施例的卫星任务执行的流程示意图。

图2为本公开实施例的显示卫星、天线、记录器以及信道资源之间的约束关系示意图。

图3为本公开实施例的信道分配的框架示意图。

图4为本公开实施例的信道资源分配方法流程示意图。

具体实施方式

本公开提供了一种信道资源分配方法，在卫星数据接收任务执行之前对地面站资源进行科学调度，为其合理分配地面站资源。

在实现本公开的过程中发明人发现，信道资源分配与天线资源分配、记录器资源分配存在耦合，因此需要在信道资源分配环节中考虑天线-信道约束和记录器-信道约束；还要在天线资源分配环节和记录器分配环节中考虑信道资源可用性约束，即如图2中所示的信道-卫星约束。从而在天线和记录器安排过程中根据该任务卫星信道资源是否充足，对可用的天线、记录器设备做进一步筛选。

为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。

在本公开实施例中，提供一种信道资源分配方法，如结合图3和图4所示，所述信道资源分配方法，包括：

解析卫星任务，获取卫星任务的特征参数；

根据第一约束关系确认能够执行所述卫星任务的第一范围内的天线和记录器；

根据所述第一范围内的天线和记录器与信道资源之间的第二约束关系确认第一范围的信道资源；以及

根据卫星任务的特征参数，以及卫星与信道资源的第三约束关系确认第一范围内的天线和记录器中最终执行所述卫星任务的第二范围的天线和记录器，以及第二范围的信道资源，从而完成信道资源的分配。

所述解析卫星任务，获取卫星任务的特征参数，包括：获取卫星任务的数据通道数量、码速率、任务优先级、任务种类以及任务数量。

所述第一约束关系包括卫星与地面站之间的可连接性，例如图2中所示的天线-卫星约束，记录器-卫星约束，分别对应接收所述卫星的卫星数据所能够连接的天线和接收器。

所述第二约束关系包括所述第一范围内的天线和记录器与信道资源的可连接性，以此确认第一范围的信道资源。例如图2中所示的天线-信道约束和记录器-信道约束，分别表示天线和记录器所能够连接的信道资源。

所述第三约束关系包括所述第一范围内的天线和记录器中任意一天线或记录器所对应的可连信道资源数量与卫星任务中任意一任务的数据通道数量的对应关系。所述第三约束关系还包括码速率。

在本公开实施例中，首先，在天线和记录器设备确定的前提下，利用启发式方法，考虑天线-信道约束和记录器-信道约束，进行信道分配。具体步骤见第二部分。若信道资源不足，即并非所有任务都分配到信道资源，认为启发式方法未获得满意解，则需利用混合整数线性规划(MILP)模型调整天线和记录器设备，求得信道分配问题的最优解，作为最终结果。

所述启发式方法步骤如下：

通过卫星任务信息，获取卫星任务的数据通道数量和码速率、任务优先级，将任务集中的任务按码速率排序，由高到低。码速率相同的任务按照任务优先级排序，由高到低。排序后的任务集记为I′。

获取I′任务已分配的天线和记录器，根据记录器-信道约束，天线-信道约束、信道码速率上下限，获取任务可用的信道集合。将各任务可用的信道按码速率排序，由高到低。排序后的任务i的可用信道集合记为CH′_i。

对I′中第k个任务，选取CH′_k中最高码速的信道。将此任务k标记为已分配，所用信道标记为已占用，从CH′_k中删除。记录任务和信道。k＝k+1。

如果k＝|I′|，结束，其中|I′|表示集合I′中元素的个数。否则转混合整数线性规划(MILP)方法。

所述混合整数线性规划(MILP)方法如下：

创建目标函数

优化目标为最大化可分配任务数量。即最小化未分配的任务数，

其中，Ins_i为二值变量，Ins_i＝1表示任务i分配信道不足。Ins_i定义为，

其中，n_i为任务i的数据通道数量，即所需的信道数。ch_i，l为二值变量，ch_i，l＝1表示任务i使用信道l。

在本公开实施例中所涉及的约束条件，包括：

信道对天线和记录器资源分配约束；

应考虑设备连接关系的前提下，对卫星接收任务可用的设备资源进行进一步的筛选。即根据卫星任务信息(数据通道数量和码速率)、其他地面资源(天线、记录器)与信道约束关系对可用的天线、记录器资源进行筛选。

以天线资源分配为例，具体步骤是：

(1)任务集I中，通过天线-卫星约束，获取卫星任务i的可用天线集合A。通过天线-信道约束，获取A中各个天线j的可连接信道集合C_j。

(2)通过信道-卫星约束，获取卫星任务i的可用信道集合CH_i。与

(3)求得CH_i与C_j的交集CA_j。

(4)通过卫星任务信息，获取卫星任务i的数据通道数量n_i。判断A中所有天线可用信道数量是否满足任务的数据通道数量要求。

|CA_j|≥n_i，j∈A

(1)

其中，|CA_j|表示CA_j中元素的数量。

如果公式(1)成立，则说明天线j满足任务的数据通道需求。否则，则认为天线j不可用，将其从任务i的可用天线集合A中删除。

对于卫星数据接收任务的记录器资源分配具体步骤与天线类似。

信道使用约束；

(1)每个任务i使用信道数量不大于数据通道数量n_i。

(2)每个信道不能同时用于多个任务；任意两个任务对同一信道使用时间间隔大于τ。τ为最小间隔时间。

b_i′≥c_i+τ-M*(2-ch_i，l-ch_i′，l)，i′＞i；

其中，b_i′表示任务i′的开始时间，c_i表示任务i的结束时间。M表示一个很大的正数，此处可以取M＝10⁶。i′＞i表示任务i′时间在任务i之后。

(3)任务只可分配该任务的可用信道集中的信道。

ch_i，l≤w_i，l

其中，w_i，l为参数，w_i，l＝0表示信道l对任务i不可用。w_i，l＝1则相反。

至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。

依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开信道资源分配方法有了清楚的认识。

综上所述，本公开提供了一种信道资源分配方法，首先，在天线和记录器设备确定的前提下，利用启发式方法，考虑天线-信道约束和记录器-信道约束，进行信道分配。若信道资源不足，即并非所有任务都分配到信道资源，认为启发式方法未获得满意解，则需利用混合整数线性规划(MILP)模型调整天线和记录器设备，求得信道分配问题的最优解，作为最终结果。在对所述新任务的可执行概率进行评估之前，将所述新任务按任务执行时间进行拆分；通过卫星任务信息，获取卫星任务的数据通道数量和码速率、任务优先级，将任务集中的任务按码速率排序，由高到低。码速率相同的任务按照任务优先级排序，由高到低；获取任务已分配的天线和记录器，根据记录器-信道约束，天线-信道约束、信道码速率上下限，获取任务可用的信道集合。将各任务可用的信道按码速率排序，由高到低；任务按顺序选取可用信道集合中最高码速的信道。考虑设备连接关系的前提下，对卫星接收任务可用的设备资源进行进一步的筛选。即根据卫星任务信息(数据通道数量和码速率)、其他地面资源(天线、记录器)与信道约束关系对可用的天线、记录器资源进行筛选。所述基于资源约束及任务执行顺序约束，使用最优化方法完成对所述任务的信道资源优化，包括：选取可分配的任务数量作为第一决策变量；建立以最大化所述第一决策变量的为目标的第一目标函数；将关联所述第一决策变量的信道资源约束转换为多个第一约束等式和/或多个第一约束不等式，将所述任务执行顺序约束转换为多个第二约束等式和/或多个第二约束不等式；根据所述多个第一约束等式和/或所述多个第一约束不等式以及所述多个第二约束等式和/或多个第二约束不等式，求解所述第一目标函数；以及为所述多个上行任务和所述多个下行任务分配信道资源，完成所述信道资源优化。

还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。

并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。另外，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。

再者，单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的元件或步骤。位于元件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的元件。

说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。

此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。

本领域那些技术人员可以理解，可以对实施例中的设备中的模块进行自适应性地改变并且把它们设置在与该实施例不同的一个或多个设备中。可以把实施例中的模块或单元或组件组合成一个模块或单元或组件，以及此外可以把它们分成多个子模块或子单元或子组件。除了这样的特征和/或过程或者单元中的至少一些是相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的的替代特征来代替。并且，在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。

以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种信道资源分配方法，包括：

解析卫星任务，获取卫星任务的特征参数；

根据第一约束关系确认能够执行所述卫星任务的第一范围内的天线和记录器；

根据所述第一范围内的天线和记录器与信道资源之间的第二约束关系确认第一范围的信道资源；以及

根据卫星任务的特征参数，以及卫星与信道资源的第三约束关系确认第一范围内的天线和记录器中最终执行所述卫星任务的第二范围的天线和记录器，以及第二范围的信道资源，从而完成信道资源的分配。

2.根据权利要求1所述的信道资源分配方法，所述解析卫星任务，获取卫星任务的特征参数，包括：获取卫星任务的数据通道数量、码速率、任务优先级、任务种类、任务数量。

3.根据权利要求1所述的信道资源分配方法，所述第一约束关系包括卫星与地面站之间的可连接性。

4.根据权利要求1所述的信道资源分配方法，所述第二约束关系包括所述第一范围内的天线和记录器与信道资源的可连接性，以此确认第一范围的信道资源。

5.根据权利要求4所述的信道资源分配方法，所述第三约束关系包括所述第一范围内的天线和记录器中任意一天线或记录器所对应的可连信道资源数量与卫星任务中任意一任务的数据通道数量的对应关系。

6.根据权利要5所述的信道资源分配方法，所述第三约束关系还包括码速率。

7.根据权利要5所述的信道资源分配方法，当所述第一范围内的天线和记录器中任意一天线或记录器所对应的可连信道资源数量小于卫星任务中任意一任务的数据通道数量时，在所述第一范围内的天线和记录器中剔除对应的天线或记录器，获得第二范围的天线和记录器以及对应的第二范围的信道资源。

8.根据权利要求6所述的信道资源分配方法，当所述第二范围内的信道资源数量不足时，利用混合整数线性规划模型求得信道分配问题的最优解。

9.根据权利要求8所述的信道资源分配方法，所述利用混合整数线性规划模型求得信道分配问题的最优解，包括：

选取卫星任务中能够执行的任务数量作为第一决策变量；以及

建立以最大化所述第一决策变量为目标的第一目标函数。

10.根据权利要求9所述的信道资源分配方法，所述最大化所述第一决策变量，即最小化不能执行的任务数Ins_i：

其中，Ins_i为二值变量，Ins_i＝1表示卫星任务中任意一任务i所对应分配的信道不足，Ins_i可表达为：

其中，n_i为任务i的数据通道数量，ch_i，l为二值变量，ch_i，l＝1表示任务i对应使用信道l。

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