CN113825239B - 一种卫星网络中宽带用户接入方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星网络中宽带用户接入方法，根据用户地理位置、用户优先级、用户资源需求以及波束剩余资源，并通过比较接入新用户的收益和踢出原有用户的代价，对用户宽带接入请求进行决策。本发明根据用户位置尽可能使用正在服务的波束，节省空余波束资源，并且引入了用户优先级的加权底数以及用户的代价收益系数，提高不同优先级之间用户的区分度；本发明还按照收益代价比较保证接入的效益最大化，摒弃了简单的先到先得的模式，可以根据调度系统以及用户的需求变更参数，使接入以及踢出用户的决策更加合理。

Description

一种卫星网络中宽带用户接入方法

技术领域

本发明涉及宽带用户接入技术领域，尤其涉及一种卫星网络中宽带用户接入方法。

背景技术

宽带卫星通信系统是一类庞大的复杂网络系统，在卫星通信网络宽带服务中，可用波束资源数量会随着宽带用户的接入不断改变。一方面，宽带用户的地理位置、优先级以及所需要的宽带资源直接决定了哪些波束可以为用户提供服务，以及通过何种形式为用户提供服务；另一方面，每条波束剩余的资源，也决定了该波束是否可以为其提供服务。因此，在卫星通信网络中，需要进行宽带用户的接入决策，即判断是否要为新发出申请的用户提供服务以及以何种方式提供服务。

目前，现有方法中，通常仅直接根据用户的优先级进行接入决策，导致区分度不高，不能保证接入效益的最大化，同时还会导致卫星资源的浪费。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种卫星网络中宽带用户接入方法，以提高宽带用户接入决策的收益。

本发明保护一种卫星网络中宽带用户接入方法，根据用户地理位置、用户优先级、用户资源需求以及波束剩余资源，并通过比较接入新用户的收益和踢出原有用户的代价，对用户宽带接入请求进行决策。

进一步地，该方法包括如下步骤：

步骤1：判断新用户的地理位置是否位于正在提供服务的波束覆盖范围内，若在覆盖范围内，则转到当前波束；若不在覆盖范围内，则转到覆盖范围外波束。

步骤2：当转到当前波束时，判断当前波束是否有足够的时频资源供新用户使用，若资源足够，则分配当前波束对其进行服务；若资源不充足，则需进行当前波束收益代价计算。

步骤3：当转到覆盖范围外波束时，判断是否存在满足新用户需求的空余波束，若存在，则分配该空余波束对其进行服务；否则，需要进行覆盖范围外波束收益代价计算。

步骤4：进行当前波束收益代价或覆盖范围外波束收益代价计算并做出接入决策。

进一步地，所述步骤1中，判断新用户的地理位置是否位于正在提供服务的波束覆盖范围内，包括如下步骤：

步骤1.1：获取新用户的地理位置坐标

步骤1.2：获取波束指向的中心位置

覆盖半径r；

步骤1.3：计算

到

在垂直于波束指向的平面上的投影距离d，若d>r则在波束覆盖范围外，转到空余波束；反之则在覆盖范围内，转到当前波束。

其中，μ_i、μ_j为经度；

为纬度；h_i为高度。

进一步地，所述步骤2中，判断当前波束是否有足够的时频资源供新用户使用，具体为：获取新用户所需要的时频资源、上行资源和下行资源，并与当前波束剩余的对应资源进行比较；当三种资源同时可以满足该用户的需求时，则该波束的剩余资源可以满足新用户的需求，分配该波束为新用户提供服务；否则，进行当前波束收益代价计算。在判断是否有足够时频资源时，若资源不足，在原有用户允许的情况下，可先尝试协商降低通信速率压缩资源，若压缩资源后满足新用户的资源需求，可调整资源并分配该波束为新用户提供服务。

进一步地，所述步骤4，当前波束收益代价计算，包括如下步骤：

步骤4.11：计算接入新用户获得的收益和当前波束正在服务的每个用户的踢出代价；

步骤4.12：对当前波束正在服务的每个用户按照踢出代价由低到高进行排序，按照排序后的顺序，将用户所占用的波束资源依次累加，直到这些用户所占用的资源与波束剩余资源之和不小于新用户的资源需求，计算踢出这些用户的总代价；

步骤4.13：若总代价小于接入新用户的收益，踢出这些用户并接入新用户；否则，拒绝新用户。

更进一步地，所述步骤4.12中，在对用户所占用的资源进行累加时，累加的原则按照踢出用户的代价由低到高的次序依次累加，代价相同的情况下按照所占用资源由高到低的顺序累加。

进一步地，所述步骤4，覆盖范围外波束收益代价计算，包括如下步骤：

步骤4.21：计算接入新用户获得的收益和每个正在提供服务的空余波束中踢出所有用户的总代价；

步骤4.22：将上述覆盖范围外波束按照总代价由低到高进行排序；

步骤4.23：依次判断上述覆盖范围外波束的总资源是否满足新用户需求，若满足且接入新用户的收益大于踢出波束正在服务的所有用户的总代价，则踢出该波束下的所有用户并使用该波束为新用户提供服务；若所有波束都能不满足其资源需求或还未能找到满足收益代价计算的波束，则拒绝新用户。

进一步地，所述接入新用户的收益和踢出用户的代价，计算方法为：

接入新用户的收益：M＝m×α^p，踢出用户的代价：N＝n×β^p；

其中，α和β为优先级加权底数；m为收益系数；n为代价系数；p为用户的优先级。

本发明的有益效果：1、根据用户位置尽可能使用正在服务的波束，节省空余波束资源；2、本发明引入了用户优先级的加权底数以及用户的代价收益系数，提高不同优先级用户之间的区分度；3、按照收益代价比较保证接入的效益最大化，摒弃了简单的先到先得的模式，可以根据调度系统以及用户的需求变更参数，使接入以及踢出用户的决策更加合理；4、在有空余波束时，新用户的接入不会影响当前用户，如果正在使用的波束下还有剩余的资源可以满足新接入的用户也会直接分配该波束资源给当前用户，避免了错误踢出用户以及资源的浪费。

附图说明

图1为一种卫星网络中宽带用户接入方法流程示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。

实施例1

本实施例结合用户和卫星网络的具体情况对本发明的技术方案(主要流程如图1所示)进行具体阐述。

本实施例中，假设当前的卫星系统中共有10条可用波束，所有波束均处于空闲状态，在卫星波束覆盖范围的任意位置接入一个优先级为1、申请资源为波束最大资源的1/10的新用户。

(1)收到新用户接入请求后，首先进入第一步，读取正在进行服务的波束，该实施例中所有波束处于空闲状态，即没有正在进行服务的波束。于是尝试使用空余波束。

(2)判断空余波束是否有足够的时频资源供用户使用，该实施例中用户需求的时频资源为波束最大资源的1/10，有足够的时频资源供用户使用，因此，为用户分配该波束资源，接入决策结束。

实施例2

本实施例中，假设当前卫星系统中包括10条波束，所有波束中均有用户正在接受服务，在正在服务的波束j覆盖范围之内的新用户发起接入请求。该用户优先级为1、用户位置为

申请资源为当前波束剩余资源120％。波束j中心位置为

波束在地球表面的覆盖半径为R_e。其中，位置坐标采用经纬度表示，即μ₁、μ₂为经度，

为纬度；假设α＝β＝2，收益系数m＝1，代价系数n＝2。

(1)收到新用户接入请求后，首先进入第一步，读取正在进行服务的波束，所有的波束均在进行服务，则进行用户的位置判断，首先获取用户的位置，以及每个波束覆盖中心点的位置，按照顺序依次计算用户位置和每个波束中心点的距离。距离的计算使用半正矢公式(Haversine公式)：

其中，d为两地间的距离，R为地球半径。

计算出的结果d与波束的覆盖半径R_e进行对比，如果大于R_e则继续计算下一个波束的距离；如果距离小于R_e则认为该用户位于该波束的覆盖范围之内，假设该波束为波束j。

(2)判断波束j的时频资源是否可以满足当前用户的使用，该实施例中，用户需求的时频资源为该波束剩余资源的120％，不能满足服务需求，进入第三步。

(3)计算接入该用户的收益M＝m×α^p＝2，计算该波束下所有用户的踢出代价N＝n×β^p并从小到大排列。对计算出的代价从低到高排序，代价相同的用户按照所占用的资源从高到低排序，将这些用户所占用的资源依次累加，直到所占用的资源满足新用户的接入需求时，停止累加，计算当前所有累加用户的踢出代价N。比较新用户的接入收益以及这些累加用户的踢出代价，由于该实施例中新用户的优先级为1(最低优先级)，踢出任意用户的代价至少为N＝n×β^p＝2×2¹＝4。由于M<N，没有必要踢出用户接纳该新用户，拒绝该新用户，完成决策。

实施例3

本实施例中，假设当前卫星系统中包括10条波束，所有波束均处于使用状态，新用户位置为

处于正在使用波束的覆盖范围之外，该用户优先级为7，申请资源为波束最大时频资源的50％。波束在地球表面的投影半径为R_e，α＝β＝2，收益系数m＝1，代价系数n＝2，10条波束中总代价最低的波束下有3个用户，用户优先级分别为2、3、4。

(1)收到新用户接入请求后，首先进入第一步，读取正在进行服务的波束，所有的波束均在进行服务，则进行用户的位置判断，首先获取用户的位置

以及每个波束覆盖中心点的经纬度

按照顺序依次计算用户位置和每个波束中心点的距离，距离的计算使用半正矢公式(Haversine公式)：

其中，d为两地间的距离，R为地球半径。

计算出的结果d与波束的覆盖半径R_e进行对比，对比的结果大于R_e。得到该用户不位于任何正在使用的波束覆盖范围内。

于是，需要尝试使用空余波束。该实施例中所有波束均处于使用状态，不能通过调度空余波束对用户进行服务，进入下一步。

(2)判断波束是否有足够的时频资源，由于不在正在使用的波束的覆盖范围，也没有空余波束，无需进行判断，直接进入下一步。

(3)分别计算每个正在进行服务的波束下所有用户的踢出代价N＝n×β^p的总和，并计算新用户的接入收益M＝m×α^p，比较代价与收益的大小关系。该实施例中，代价最低的波束下有三个用户，用户优先级分别为2、3、4，则踢出代价N＝2(2²+2³+2⁴)＝56，接入该优先级为7的新用户的收益M＝1×2⁷＝128，接入收益M大于踢出代价N，踢出该波束下所有用户并接入该新用户，决策结束。

显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。

Claims (5)

1.一种卫星网络中宽带用户接入方法，其特征在于，该方法包括如下步骤：

步骤1：判断新用户的地理位置是否位于正在提供服务的波束覆盖范围内，若在覆盖范围内，则转到当前波束；若不在覆盖范围内，则转到覆盖范围外波束；

步骤2：当转到当前波束时，判断当前波束是否有足够的时频资源供新用户使用，若资源足够，则分配当前波束对其进行服务；若资源不充足，则需进行当前波束收益代价计算；

步骤3：当转到覆盖范围外波束时，判断是否存在满足新用户需求的空余波束，若存在，则分配该空余波束对其进行服务；否则，需要进行覆盖范围外波束收益代价计算；

步骤4：进行当前波束收益代价或覆盖范围外波束收益代价计算并做出接入决策；

所述步骤4，当前波束收益代价计算，包括如下步骤：

步骤4.11：计算接入新用户获得的收益和当前波束正在服务的每个用户的踢出代价；

步骤4.12：对当前波束正在服务的每个用户按照踢出代价由低到高进行排序，按照排序后的顺序，将用户所占用的波束资源依次累加，直到这些用户所占用的资源与波束剩余资源之和不小于新用户的资源需求，计算踢出这些用户的总代价；

步骤4.13：若总代价小于接入新用户的收益，踢出这些用户并接入新用户；否则，拒绝新用户；

所述步骤4，覆盖范围外波束收益代价计算，包括如下步骤：

步骤4.21：计算接入新用户获得的收益和每个正在提供服务的空余波束中踢出所有用户的总代价；

步骤4.22：将上述覆盖范围外波束按照总代价由低到高进行排序；

步骤4.23：依次判断上述覆盖范围外波束的总资源是否满足新用户需求，若满足且接入新用户的收益大于踢出波束正在服务的所有用户的总代价，则踢出该波束下的所有用户并使用该波束为新用户提供服务；若所有波束都能不满足其资源需求或还未能找到满足收益代价计算的波束，则拒绝新用户。

2.根据权利要求1所述的宽带用户接入方法，其特征在于，所述步骤1中，判断新用户的地理位置是否位于正在提供服务的波束覆盖范围内，包括如下步骤：

步骤1.1：获取新用户的地理位置坐标(μ_i,

h_i)；

步骤1.2：获取波束指向的中心位置(μ_j,

0)、覆盖半径r；

步骤1.3：计算(μ_i,

h_i)到(μ_j,

0)在垂直于波束指向的平面上的投影距离d，若d>r则在波束覆盖范围外，转到空余波束；反之则在覆盖范围内，转到当前波束；

其中，μ_i、μ_j为经度；

为纬度；h_i为高度。

3.根据权利要求1或2所述的宽带用户接入方法，其特征在于，所述步骤2中，判断当前波束是否有足够的时频资源供新用户使用，具体为：获取新用户所需要的时频资源、上行资源和下行资源，并与当前波束剩余的对应资源进行比较；当三种资源同时可以满足该用户的需求时，则该波束的剩余资源可以满足新用户的需求，分配该波束为新用户提供服务；否则，进行当前波束收益代价计算。

4.根据权利要求1所述的宽带用户接入方法，其特征在于，所述步骤4.12中，在对用户所占用的资源进行累加时，累加的原则按照踢出用户的代价由低到高的次序依次累加，代价相同的情况下按照所占用资源由高到低的顺序累加。

5.根据权利要求1所述的宽带用户接入方法，其特征在于，所述接入新用户的收益和踢出用户的代价，计算方法为：

接入新用户的收益：M＝m×α^p，踢出用户的代价：N＝n×β^p；

其中，α和β为优先级加权底数；m为收益系数；n为代价系数；p为用户的优先级。

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