CN114040453A - 一种卫星返向链路资源分配方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种卫星返向链路资源分配方法及装置，该方法包括：根据接收的至少一个用户终端发送的至少一个业务请求确定每个用户终端的优先级以及每个业务请求所对应的业务信息；根据所述业务信息以及所述优先级为每个业务请求分配返向链路资源。本申请解决了现有技术中缺乏针对返向链路资源分配的方案的技术问题。

Description

一种卫星返向链路资源分配方法及装置

技术领域

本申请涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种卫星返向链路资源分配方法及装置。

背景技术

卫星网络资源管控的研究主要面向呼叫接入控制以及各维度的资源管理问题。呼叫接入控制的研究负责依据一定的网络管理目标设计接入控制判断准则，决定一个连接请求允许或拒绝接入。资源管理则对网络中各类型的资源在各波束或用户终端间的分配进行优化，目前相关研究主要从频域、时域及功率域角度讨论星上资源优化方案，提升卫星系统的通信性能。但是目前的研究仍以前向链路的带宽分配与功率控制为主，缺乏对现有返向链路MF-TDMA体制与实际系统约束的研究与具有针对性的资源分配算法设计。与此同时，相比于窄带卫星通信系统，宽带卫星通信系统所服务的用户终端种类与承载的业务类型更加多样化，需要对不同用户终端的用户终端能力、业务需求及用户终端优先级进行区分，为不同优先级的用户终端提供差异化的服务保障。然而，当综合考虑用户终端与业务的优先级时，对各业务请求的服务质量保障没有公认的标准，对网络中业务请求的优先级进行综合评定仍是一个开放性问题。

发明内容

本申请解决的技术问题是：针对现有技术中缺乏针对返向链路资源分配的方案，本申请提供了一种卫星返向链路资源分配方法及装置，本申请实施例所提供的方案中，同时考虑了用户的优先级与业务类型，能够为不同优先级的用户以及同优先级用户的不同业务提供差异化的服务质量保障。同时，还能够兼顾用户优先级与系统通信性能的平衡。

第一方面，本申请实施例提供一种卫星返向链路资源分配方法，该方法包括：

根据接收的至少一个用户终端发送的至少一个业务请求确定每个用户终端的优先级以及每个业务请求所对应的业务信息；

根据所述业务信息以及所述优先级为每个业务请求分配返向链路资源。

可选地，所述业务信息包括业务类型和传输速率，其中，所述业务类型包括实时业务、非实时业务以及尽力服务业务；

所述优先级按照由高到低的处理顺序依次为第一优先级、第二优先级和第三优先级。

可选地，根据所述业务信息以及所述优先级为每个业务请求分配返向链路资源，包括：

根据所述优先级以及所述业务类型确定每个用户终端和/或每个用户终端所对应的至少一个业务请求返向链路资源的分配顺序；

根据所述分配顺序为每个业务请求分配返向链路资源。

可选地，所述分配顺序依次为：优先级为第一优先级的用户终端所对应的业务、优先级为第二优先级且业务类型为实时业务、优先级为第三优先级且业务类型为实时业务、优先级为第二优先级且业务类型为非实时业务、优先级为第三优先级且业务类型为非实时业务、优先级为第二优先级或第三优先级且业务类型为尽力服务业务。

可选地，根据所述分配顺序为每个业务请求分配返向链路资源，包括：

确定每个用户终端所对应的最大处理带宽，根据所述最大处理带宽确定所述每个用户终端所对应的用户终端组，根据用户终端组与返向链路资源中子载波组之间预设映射关系确定每个用户终端组所对应的子载波组，其中，每个子载波组所包含至少一个具有相同带宽的子载波；

根据所述分配顺序依次在每个用户终端所对应的子载波组上为其每个业务请求所分配返向链路资源。

可选地，根据所述分配顺序依次在每个用户终端所对应的子载波组上为其每个业务请求分配返向链路资源，包括：

根据子载波组中每个子载波的带宽的大小按照由小到大的顺序将用户终端组所对应的子载波组进行排序得到子载波组序列；

根据所述子载波组序列以及所述分配顺序依次在每组用户终端所对应的子载波组上为每个用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源。

可选地，根据所述子载波组序列以及所述分配顺序依次在每组用户终端所对应的子载波组上为每个用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源，包括：

确定每组用户终端中每个用户终端的至少一个业务请求所对应的业务传输所需要时隙数量，根据所述时隙数量分别确定所述第一优先级的用户终端所需的第一时隙总数、第二优先级的用户终端所需的第二时隙总数以及第三优先级的用户终端所需的第三时隙总数；

从所述子载波组序列的第一个子载波组开始，根据所述第一时隙总数为第一优先级的用户终端所对应的至少一个业务请求分配时隙，判断所述第二时隙总数与所述第三时隙总数之和是否大于所述第一个子载波组中剩余时隙总数；

若大于，则根据所述分配顺序依次为所述第二优先级和/或所述第三优先级的用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源；直到所述子载波组序列中所有子载波组的资源分配完成为止。

可选地，根据所述第一时隙总数为第一优先级的用户终端所对应的至少一个业务请求分配时隙，包括：

在一个子载波所对应的超帧中每个子帧上为所述第一优先级的用户终端所对应的至少一个业务请求分配等数目的时隙资源。

可选地，所述每个用户终端所分配返向链路资源在一个子载波上。

可选地，根据所述分配顺序依次为所述第二优先级和/或所述第三优先级的用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源，包括：判断第二子载波组是否存在第二子载波的空闲时隙数量不小于所述当前待分配的用户终端所需的时隙数量，其中，所述第二子载波组中载波的带宽小于所述第一子载波组中子载波的带宽；

若存在，则在所述第二子载波上为所述当前待分配的用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源。

可选地，若不存在第二子载波，则判断所述至少一个业务请求所对应的业务中是否存在至少一个业务能进行降级传输；

若存在至少一个业务能进行降级传输，则将所述至少一个业务进行降级处理，直到所述至少一个业务降级次数达到预设次数或降级后所述至少一个业务请求所对应的业务传输所需的时隙小于子载波组中的剩余时隙为止。

可选地，还包括：若不存在至少一个业务能进行降级传输、所述第一时隙总数小于所述剩余时隙总数或者对至少一个业务进行降级处理之后，还包括：根据修正的分支定界法确定每个子载波所分配的业务请求。

可选地，根据修正的分支定界法确定每个子载波所分配的业务请求，包括：

确定每个业务请求所对应的业务的权重值以及传输量，根据所述权重值和所述传输量计算每个业务的价值；

根据所述每个业务的价值以及每组用户终端所对应的子载波组的剩余时隙数量确定上界和下界，其中，上界和下界是指每个子载波所对应的用户终端的业务请求以及用户终端的信息；

根据预设的约束条件、所述上界和所述下界确定分配到每个子载波的用户终端的业务请求以及用户终端。

可选地，所述预设的约束条件，包括：每个用户所对应的至少一个业务请求所需的时隙均分配在一个子载波上；每个子载波组中所有子载波上分配的业务请求对应的业务的总价值最大。

第二方面，本申请实施例提供了一种卫星返向链路资源分配装置，该装置包括：

确定模块，根据接收的至少一个用户终端发送的至少一个业务请求确定每个用户终端的优先级以及每个业务请求所对应的业务信息；

资源分配模块，根据所述业务信息以及所述优先级为每个业务请求分配返向链路资源。

可选地，资源分配模块包括：最高优先级用户资源分配子模块、带宽调整子模块、服务降级子模块、用户调度与子载波分配子模块以及时隙分配子模块；其中，

所述最高优先级用户资源分配子模块，用于为优先级最高的第一优先级用户终端所对应的业务请求分配资源；

所述带宽调整子模块，用于当带宽更窄的子载波组存在一子载波剩余空闲时隙数量不小于一用户终端的业务请求所需时隙数量时，将一用户终端的业务请求调整到带宽更窄的子载波组进行资源分配；

所述服务降级子模块，用于当第二优先级和第三优先级用户终端的业务请求所需时隙总数量大于其对应的子载波组剩余空闲时隙总数量时，将允许降级传输的至少一个业务能进行降级处理；

所述用户调度与子载波分配子模块，用于确定子载波与用户终端所对应业务请求之间的关系；

所述时隙分配子模块，用于为用户终端所对应业务请求分配资源。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的一种卫星通信系统的结构示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种卫星返向链路资源分配方法的流程示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种子载波组资源分配的流程示意图；

图4本申请实施例所提供的对一个超帧内的资源进行规划的示意图；

图5本申请实施例所提供的一种户终端可能同时发起多个业务请求的示意图；

图6本申请实施例所提供的一种卫星返向链路资源分配装置的结构示意图；

图7本申请实施例所提供的一种用户调度与子载波分配子模块工作的流程示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

为了更好的理解上述技术方案，下面通过附图以及具体实施例对本申请技术方案做详细的说明，应当理解本申请实施例以及实施例中的具体特征是对本申请技术方案的详细的说明，而不是对本申请技术方案的限定，在不冲突的情况下，本申请实施例以及实施例中的技术特征可以相互组合。

参见图1为本申请实施例提供的一种卫星通信系统的结构示意图。在图1中，卫星通信系统包括至少一个用户终端、卫星以及网络管理中心(Network Control Center，NCC)；其中，每个用户终端可与卫星进行通信，向卫星发送至少一个业务请求，例如，语音、视频、邮件或者图片等业务传输请求；卫星接收到至少一个业务请求后，将至少一个业务请求转发给网络管理中心，网络管理中心为该至少一个业务请求分配返向链路资源，并将分配后的资源情况发送给卫星。作为举例，本申请实施例所提供的卫星若具有资源分配能力，则卫星在接收到至少一个业务请求之后，可直接为至少一个业务请求分配返向链路资源。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种卫星返向链路资源分配方法做进一步详细的说明，该方法具体实现方式可以包括以下步骤(方法流程如图2所示)：

步骤201，根据接收的至少一个用户终端发送的至少一个业务请求确定每个用户终端的优先级以及每个业务请求所对应的业务信息。

在本申请实施例所提供的方案中，卫星可以接收至少一个用户终端发送业务请求，其中，每个业务请求对应一个业务，每个用户终端可以发送针对不同的业务类型的业务请求。作为举例，业务请求上携带业务信息、传输速率以及发送业务请求的用户终端的优先级等信息

在一种可能实现的方式中，所述业务信息包括业务类型和传输速率，其中，所述业务类型包括实时业务、非实时业务以及尽力服务业务；所述优先级按照由高到低的处理顺序依次为第一优先级、第二优先级和第三优先级。

作为举例，本申请实施例所提供的方案中，在业务类型方面，考虑3类用户终端的优先级和3类业务类型；其中，3类业务类型包括实时类业务、非实时业务、尽力服务业务(QoS要求极低的业务)，例如，实时业务包括语音、视频；非实时业务包括网页浏览、图片传输等业务；尽力服务业务包括电子邮件、后台交互等QoS要求极低的业务。另外，实时业务与非实时业务依据业务码率或音视频质量具有几档不同的传输速率。本申请实施例所提供的方案参考数字视频广播协议(Digital Video Broadcast，DVB)，支持为用户终端的业务请求提供两种服务保障：速率保障与容量保障；其中，速率保障要求在超帧的每一子帧中都要为业务分配特定的时隙资源，以保证时敏业务的传输质量；容量保障则只需要保证在一个调度周期中提供足够的时隙资源。

在用户终端优先级方面，本申请实施例所提供的方案中，将系统中的用户终端按优先级分为3类，分别为第一优先级、第二优先级和第三优先级，例如，用a＝{1,2,3}表示第一优先级、第二优先级和第三优先级，其中，a的值越小表示优先级越高。对于最高优先级(第一优先级)的用户终端，例，如元首、战时指挥中心，一方面，针对其提出的需求不论业务类别均提供恒速率保障，保证其数据能够迅速传输；另一方面，在卫星进行时隙分配时，优先为其安排可用时隙，即对资源有优先选择与占有权。对于第二优先级(a＝2)的用户终端，对其传输的非后台类业务按用户终端所提出的QoS要求进行资源分配。对于最低优先级(第三优先级)的用户终端，在系统业务量较轻时，保障其所提出的QoS需求，当系统业务量较重，资源紧缺时，对具有自适应特性(QoS可调整)的业务进行服务降级，如传输清晰度更低的视频，降低用户终端对系统的资源需求，使系统资源有望满足用户终端的要求，所有业务均可被调度。

步骤202，根据所述业务信息以及所述优先级为每个业务请求分配返向链路资源。

在一种可能实现的方式中，根据所述业务信息以及所述优先级为每个业务请求分配返向链路资源，包括：根据所述优先级以及所述业务类型确定每个用户终端和/或每个用户终端所对应的至少一个业务请求返向链路资源的分配顺序；根据所述分配顺序为每个业务请求分配返向链路资源。

在一种可能实现的方式中，所述分配顺序依次为：优先级为第一优先级的用户终端所对应的业务、优先级为第二优先级且业务类型为实时业务、优先级为第三优先级且业务类型为实时业务、优先级为第二优先级且业务类型为非实时业务、优先级为第三优先级且业务类型为非实时业务、优先级为第二优先级或第三优先级且业务类型为尽力服务业务。

在本申请实施例所提供的方案中，考虑用户终端的优先级与业务类型对用户终端某一业务请求的提供6类业务请求资源分配优先级，如下表1所示。作为举例，在本申请实施例所提供的方案中，在进行资源分配时，按照表1中1～6类用户终端请求优先级的先后顺序依次为每种类型的业务请求分配资源。

表1用户终端请求优先级

进一步，在一种可能实现的方式中，根据所述分配顺序为每个业务请求分配返向链路资源，包括：确定每个用户终端所对应的最大处理带宽，根据所述最大处理带宽确定所述每个用户终端所对应的用户终端组，根据用户终端组与返向链路资源中子载波组之间预设映射关系确定每个用户终端组所对应的子载波组，其中，每个子载波组所包含至少一个具有相同带宽的子载波；根据所述分配顺序依次在每个用户终端所对应的子载波组上为其每个业务请求所分配返向链路资源。

作为举例，在实际的卫星通信系统中，系统的子载波带宽及各宽度的子载波数量由网络管控中心NCC配置决定。由于网络中存在异构的用户终端(大站、小站)，不同处理能力的用户终端可支持的最大带宽不同，将用户终端按其最大处理能力分为几个用户终端组，其中，相同组的用户终端所对应的业务请求将被分配相同带宽的子载波进行业务传输，例如，子载波的带宽为500K、1M或2M。

又作为举例，用户终端开机入网接收由卫星通过底层信令流(L2S)广播的网络时钟参考信息(NCR)，超帧组成表(SCT)、帧组成表(FCT)，广播配置表(BCT)等，完成同步并确定超帧和子帧的组成配置，例如，时隙的大小及格式，根据时隙的大小和格式获得子载波宽度、个数及超帧的时隙配置。在本申请实施例所提供的方案中，系统带宽为50M，被划分为8个500k，10个1M，6个2M与6个4M的子载波。每超帧由8个帧组成，每帧包含32个时隙，每时隙时间长度为3ms。其中，8个500k的子载波组成第一个子载波组，10个1M带宽的子载波组成第2个子载波组，以此类推，50M带宽共分为4个子载波组。网络中具有64个用户终端，其中最大处理带宽小于1MHz的用户终端数量为14个，上述14个用户终端组成第一个用户终端组，默认使用500kHz的子载波；最大处理带宽小于2M的用户终端数量为15个，组成第二个用户终端组，默认使用1MHz的子载波；最大处理带宽小于4M的用户终端16个，组成第三个用户终端组，默认使用2MHz的子载波；其余为最大处理带宽大于4MHz的用户终端，为第4个用户终端组，默认使用4MHz的子载波。

作为举例，每一组用户终端中具有第一优先级、第二优先级和第三优先级的用户终端若干，每一用户终端可发起多包括音视频、数据传输/网页浏览，ftp文件下载/邮件在内的多个业务。其中音频业务根据码率及音频质量分为速率需求为64k、128k、256k业务，视频依据码率或清晰度分为速率需求为5M、2.5M、1M的业务，数据/网页浏览类业务分为速率需求为192k、384k、576k的业务。用户终端针对每一个业务向网络发起一个业务请求，并报告业务类型与速率需求。用户终端采用符合DVB-S2协议的自适应编码。

进一步，在一种可能实现的方式中，根据所述子载波组序列以及所述分配顺序依次在每组用户终端所对应的子载波组上为每个用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源，包括：确定每组用户终端中每个用户终端的至少一个业务请求所对应的业务传输所需要时隙数量，根据所述时隙数量分别确定所述第一优先级的用户终端所需的第一时隙总数、第二优先级的用户终端所需的第二时隙总数以及第三优先级的用户终端所需的第三时隙总数；从所述子载波组序列的第一个子载波组开始，根据所述第一时隙总数为第一优先级的用户终端所对应的至少一个业务请求分配时隙，判断所述第二时隙总数与所述第三时隙总数之和是否大于所述第一个子载波组中剩余时隙总数；若大于，则根据所述分配顺序依次为所述第二优先级和/或所述第三优先级的用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源；直到所述子载波组序列中所有子载波组的资源分配完成为止。

参见图3，为本申请实施例所提供的一种子载波组资源分配的流程示意图。在图3中，对于任一子载波组的资源分配，首先需确定每组用户终端中每个用户终端的至少一个业务请求所对应的业务传输所需要时隙数量。作为举例，假设用户终端u的业务d所要求的平均速率为

则为了满足该业务d的QoS需求，在每个调度周期，需要为业务d分配的时隙数量为：

其中，t_ud为用户u的业务d分配的时隙数量；B_u表示用户u所用子载波带宽；_u表示用户u的信干噪比；m表示时隙时长。

当每个用户终端发起多个业务请求时，每个用户终端所需的时隙总数为：

其中，t_u为每个用户终端所需的时隙总数；D_u表示每个用户终端所对应的业务集合。

进一步，在一种可能实现的方式中，根据所述第一时隙总数为第一优先级的用户终端所对应的至少一个业务请求分配时隙，包括：在一个子载波所对应的超帧中每个子帧上为所述第一优先级的用户终端所对应的至少一个业务请求分配等数目的时隙资源。

具体的，在确定出每个用户终端所需的时隙总数之后，为第一优先级(最高优先级)用户终端所对应的至少一个业务请求分配资源。作为举例，根据当前每一子载波剩余时隙数量，选择一条能够满足该用户终端时隙需求的子载波，对该用户终端的每一业务，将该业务的时隙需求平均承载在每一子帧的可用时隙中。

进一步，在一种可能实现的方式中，根据所述分配顺序依次为所述第二优先级和/或所述第三优先级的用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源，包括：确定当前待分配的用户终端所对应的第一子载波组中各个子载波的剩余时隙数量，判断是否存在第一子载波的剩余时隙数量大于所述时隙数量；若存在，则在所述第一子载波上为所述当前待分配的用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源。

进一步，在一种可能实现的方式中，根据所述分配顺序依次为所述第二优先级和/或所述第三优先级的用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源，包括：判断第二子载波组是否存在第二子载波的空闲时隙数量不小于所述当前待分配的用户终端所需的时隙数量，其中，所述第二子载波组中载波的带宽小于所述第一子载波组中子载波的带宽；若存在，则在所述第二子载波上为所述当前待分配的用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源。

具体的，统计当前子载波组中的各子载波中剩余的时隙个数V(n)，判断剩余时隙数是否能够满足用户终端优先级为2、3的用户终端的时隙需求∑_ut_u。若∑_ut_u＞V(n)，且当前子载波组不为子载波带宽最窄的子载波组，则进行带宽调整。作为举例，带宽调整为将用户终端按优先级进行排序，并对每一用户终端，按以下原则判断其是否能够为其分配更窄的子载波：

a)当前子载波组不为第一个(即最窄的)子载波组；

b)带宽更窄的子载波组中，存在至少一个子载波仍有空闲时隙；

c)对于有空闲时隙的信道，其空闲时隙数量足够承载当前子载波组中的一个用户终端的全部业务。

若一个用户终端的全部业务能够由更窄的子载波承载，则将该用户终端移出当前子载波组对应的用户终端组。对每一业务依次进行上述操作，直至剩余业务的时隙需求能够被当前子载波组的使用时隙所容纳，即

其中t_u为用户终端的总时隙数量，或没有能够进行带宽降级的用户终端。

进一步，在一种可能实现的方式中，若不存在第二子载波，则判断所述至少一个业务请求所对应的业务中是否存在至少一个业务能进行降级传输；若存在至少一个业务能进行降级传输，则将所述至少一个业务进行降级处理，直到所述至少一个业务降级次数达到预设次数或降级后所述至少一个业务请求所对应的业务传输所需的时隙小于子载波组中的剩余时隙为止。

在本申请实施例所提供的方案中，确定未分配但仍需承载在当前子载波组中的用户终端集合，计算用户终端集合所需时隙数量以及当前子载波组中空闲时隙数量，判断当前子载波组中空闲时隙数量是否不小于用户终端集合所需时隙数量，即∑_ut_u≤V(n)。若∑_ut_u＞V(n)，则进行带宽降级。假设每一类业务，用户终端根据其能力及个人偏好请求质量或码率的音视频资源，不同质量的音视频资源则对应不同的平均传输速率需求。为了不过分降低用户终端体验，规定网络对每一用户终端的服务请求至多降两级，令l_u表示用户终端降级的次数，即当某一用户终端请求已经使用最低档的速率传输，或该用户终端已经过两次降级，则不再对该用户终端进行服务降级。记录被降级的用户终端及业务，更新需为该业务提供的平均传输速率和时隙需求。

作为举例，本申请实施例所提供的方案中，每个用户终端所分配的返向链路资源(时隙)在一个超帧或子载波上。参见图4所示，卫星或网络管理中心NCC需在当前子载波与时隙的系统配置下，以超帧为单位根据当前收到的用户终端业务请求，对一个超帧内的资源进行规划。作为举例，在图4中展示了两个超帧，分别为超帧1和超帧2，且两个超帧的大小相同，另外，每个超帧包含多个子帧，而每个子帧由包含多个时隙；其中，在超帧1上分配了最高优先级用户所对应的业务、实时业务1、非实时业务以及尽力服务业务，在超帧2上分配了实时业务2。应理解，本申请实施例所提供的超帧是指具有特定带宽的信道在时域上的说法，而子载波是具有特定带宽的信道在频域上的说法。

具体的，宽带卫星网络在实际的应用中具有多种多样的用户终端，尺寸及能力各不相同的用户终端类型。除了个人用户终端外，不乏口径较大、能力较强的大型站点或路由器型用户终端，这些用户终端汇聚了多个小型或个人用户终端的业务请求与传输流，并统一向卫星请求通信资源。同时，随着卫星用户终端处理能力的增强与操作系统的智能化，用户终端在同一时刻也能够发起多个互不冲突的业务，进行业务的并行传输。因此，考虑更为实际的应用场景，系统中的用户终端可能同时发起多个业务请求，如下图5所示。

对于每一个业务，用户终端向卫星发起一个业务请求。为了避免用户终端的功率回退，用户终端不能同时工作在两个子载波上，即每一用户终端发起的多个业务需要由同一子载波进行承载。因此，虽然卫星接收到的是针对每一业务的请求，但在用户终端具有多业务的场景下，各个业务请求之间并不是相互独立的关系，同一用户终端发起的多个业务请求间相互耦合，为卫星的资源分配决策增加了难度。为了兼顾用户终端优先级与网络传输速率，仍以加权速率和作为优化目标，则用户终端多业务场景下的返向链路时频资源分配问题可以建模为：

或

其中，D_u为用户终端u的业务请求集合，

为二元变量用户终端u的业务d是否被子载波n选中，是本问题的核心决策变量。

^为与运算。C1表示子信道n承载的业务所需的时隙数量不超过超帧的时隙总数的约束；C2针对有的用户终端有多个业务的场景，描述的是用户终端不能跨信道传输的约束。

问题

的求解算法仍分为：最高优先级用户终端资源分配、带宽调整、服务降级、用户终端调度与子载波分配、时隙分配为5个步骤。从最窄的子载波组开始，对组内的用户终端各业务的时隙需求进行计算后依次进行上述5个步骤，随后对剩余载波组中选取子载波宽度最窄的载波组，重复上述操作，直至完成对最后一个子载波组的资源分配。

假设用户终端u的业务d所要求的平均速率为

则为了满足该业务d的QoS需求，在每个调度周期，需要为业务d分配的时隙数量为：

则当用户终端发起多个业务请求时，其总的时隙需求为：

当系统资源充足时，用户终端的多个业务能够被全部服务，且必须在同一子载波中传输；当业务请求过多，系统资源不足以满足用户终端的全部业务需求时，系统中会存在一些用户终端，其业务请求中只有部分得到了系统的响应，但同一用户终端被服务的不同业务仍保持在同一子载波中传输。为了处理用户终端的多个业务相互绑定，相互耦合的问题，需要对用户终端调度与子载波分配和时隙分配相关算法流程进行适应性的调整。需要说明的是，当每个用户终端只发起一个业务请求时，用户终端与业务是等价的，当用户终端具有多个业务时则需要区分用户终端与各业务的需求。其中，最高优先级用户终端的资源分配与带宽调整的研究对象是用户终端，需要考虑用户终端所有业务的时隙需求之和t_u；服务降级的研究对象是业务，对用户终端的每一业务请求进行服务降级操作，当用户终端具有多个业务请求时，可能对其部分业务进行降级服务，而另一部分业务则保持原QoS要求。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，若不存在至少一个业务能进行降级传输、所述第一时隙总数小于所述剩余时隙总数或者对至少一个业务进行降级处理之后，还包括：根据修正的分支定界法确定每个子载波所分配的业务请求。

在一种可能实现的方式中，则根据修正的分支定界法确定每个子载波所分配的业务请求，包括：确定每个业务请求所对应的业务的权重值以及传输量，根据所述权重值和所述传输量计算每个业务的价值；根据预设的第一约束条件选择部分或全部的业务分配时隙资源，根据分配后的业务所对应的价值计算总价值取值范围；根据预设的第二约束条件以及所述总价值取值范围调整所述业务分配方式，直到调整后的业务所对应的总价值最大。

具体的，在本申请实施例所提供的方案中，确定未分配但仍需承载在当前子载波组中的用户终端集合，以及为集合中每个用户终端的每一业务所需提供的平均速率与时隙数量。以最大化承载的业务的加权速率和为目标，确定每一子载波上承载哪些用户终端，以及承载用户终端哪些业务。

为了兼顾不同优先级用户终端的差异化服务质量保障与卫星通信系统的通信性能，以最大化服务业务的加权速率和为目标，将每个子载波组中资源分配问题建模为整数规划问题

为了进一步求解该问题，我们将该问题等效为多背包问题。每一子载波可视为一个背包，子载波所对应的超帧上的时隙总量对应为背包的容量，即V(n)。每一业务可看作一个物品，定义业务的传输量与权重之积为物品的价值，即v_u＝w_uf(R_u)，其中w_u为每个用户终端的业务请求所具有的权重，f(·)为传输量的函数，可设计为f(x)＝x或f(x)＝log(x)等，为简便起见，取f(x)＝x。

则该

问题可等效为：有一组数量为N_i的背包，每个背包的大小为V(n),

有一组物品

物品重量分别为v_u＝w_uf(R_u)，重量为t_u求哪些物品应该放入哪个背包中，使得背包中物品的总价值最大。

进一步，背包问题可以由动态规划算法快速求出，但多背包问题则无法单纯用动态规划求出最优解，为了求解上述多背包问题，本申请实施例所提供的方案采用bound-and-bound算法，这是一种修改的分支定界算法(branch and bound)，分别求分支问题的上下界，进行判定和剪枝。令

表示剩余的总时隙数量，v_u为第u个物品组中被选中的物品的价值，

为剩余的物品，

为当前的策略，n为当前子载波编号，S_n为子载波n上已经确定承载或不承载的业务集合。为了便于理解下面对本申请实施例所涉及的修改的分支定界算法过程进行简要介绍。

在本申请实施例所提供的方案中，基于多背包问题的修改的分支定界算法主要分为4个步骤：初始化，启发式算法，定义当前策略和剪枝。具体的，基于多背包问题的修改的分支定界算法的过程如下所示：

步骤1.初始化：求上界U。

具体的，令UB＝U，背包中物品的总价值z＝0，子载波编号n＝1。初始化背包大小为

物品集合

然后利用动态规划算法求解物品集合为

背包大小为V的0-1背包问题，最大价值为

步骤2.启发式算法：求下界L及确定对应的分配策略x′。具体算法过程如下所示：

步骤3.定义当前策略。具体内容如下所示：

步骤4.剪枝

其中，UB表示记录整个背包问题的上界；U表示上界；L表示下界；z表示最近一次求下界所得到的背包物品的总价值；

表示最近一次求下界时计算所得到的策略；

表示子载波n是否分配给物品u，

表示子载波n分配给物品u，

表示子载波n未分配给物品u；I表示依据当前策略被分配到子载波n上的物品的集合；j表示集合I中标号最小的物品；S_n表示已经确定分配子载波n或禁止分配在子载波n上的物品集合。

为了便于理解，下面对求解上下界所涉及的动态规划过程进行简要介绍。

作为举例，对于一个用户终端u的业务集合，先用动态规划做一次0-1背包问题，得出dp[i][t]，其表示在一个背包中，在前i个物品中选取物品，并且最大重量不超过t时所能获得的最大价值。经过一次0-1背包问题后，可将多个业务的选择转化为多个物品重量至多依次为mint_ud,

的

的物品组，每个物品的价值分别为

其中每个物品实质上是原业务集合的一个子集，即被选中的几个业务组合。至此，将每个用户终端的业务集合转化为一个物品组，在每一组中的物品互斥，即只能选择一个物品装入背包，问题转化为分组背包问题。但此时由于有多个信道，问题仍是多背包问题，因此最终将问题转化为分组多背包问题。令

表示背包最大承重为t时所能装入物品的最大总价值，C_t记录放入的物品内容，则基于动态规划的物品组转化算法如下所示：

初始化：第i组待分配的用户集合U_i(包括第二、第三优先级用户中没有被调整到其他子载波组中的用户)，用户集合中用户u的业务集合D_u，业务集合中第d个业务及每个业务请求u_d(经过服务降级后)所需要的时隙资源t_ud。

对每一个用户u∈U_i，从

去掉

中的零值与重复值，并记录相应的C_k，其中，C_k表示物品组中第k个物品对应的业务集合。

经过转化后，一个用户的多个业务可转化为包含a_u个物品的物品组，每个物品由用户u的业务子集C_a,α＝1,2,.,α_u组成的，每个物品的重量为

价值为

至此，原0-1背包问题转化为分组背包问题，分组单背包问题仍可用动态规划的方法求解，如下所示，其中dp[t]表示背包最大承重为t时所能装入物品的最大总价值，C_t记录被选中的物品组与物品的组内编号。

初始化：子载波n的可用时隙数V(n)，dp[0,…V(n)]＝0，

被选中的物品为C_V(n)，对应的物品价值为dp[V(n)]。

通过被选中的物品集合C_V(n)能够获取被选择在子信道n上承载的用户及其业务组合C_a。

进一步，上述背包问题求解完成之后，用户具有多业务时，时隙分配过程仍分为非后台类业务与后台类业务时隙分配两步，其中，非后台类业务的时隙分配不受影响，仍以每个业务请求作为操作对象。对于非后台类业务，由于用户可能同时发起后台与非后台类业务，而非后台类业务已经在某一子载波上承载，还未分配时频资源的后台类业务则也需在该子载波上进行传输，而不能任意选取子载波。因此，后台类业务的时隙分配需考虑前置业务的分配结果，对于每一待分配的后台类业务，首先需判断该用户u是否同时发起了非后台类业务，及该用户是否已分配子载波。若用户u只发起了后台业务，则可以任意选择子载波传输，否则，该后台类业务需要在相同的子载波上寻找可用时隙，若无可用时隙，则需寻找是否具有符合以下条件的用户：

1)该用户已被分配在子载波n上；

2)该用户只具有后台类业务。

若存在符合条件的用户，可将相关用户移至其他子载波中传输，从而为用户u的后台类业务空余出部分资源。用户具有多业务场景下的后台类业务时隙分配算法主要分为两种情况，1)用户u已被分配子载波，即用户除后台业务外还发起了非后台类业务申请且系统已为非后台类业务分配资源；2)用户u未被分配子载波，即用户只有后台类业务，或由于系统资源紧缺用户的其他非后台类业务请求未被响应。后台类业务的时隙分配算法如下表所示。

初始化：子载波组i中每一子载波n中剩余的时隙数V(n)，待分配的后台类业务请求集合Q_B。

平均时隙数计算：

本申请实施例所提供的方案中，同时考虑了用户的优先级与业务类型，能够为不同优先级的用户以及同优先级用户的不同业务提供差异化的服务质量保障。同时，还能够兼顾用户优先级与系统通信性能的平衡。

参见图6本申请实施例提供的一种卫星返向链路资源分配装置，确定模块61，根据接收的至少一个用户终端发送的至少一个业务请求确定每个用户终端的优先级以及每个业务请求所对应的业务信息；资源分配模块62，根据所述业务信息以及所述优先级为每个业务请求分配返向链路资源。

进一步，在一种可能实现的方式中，资源分配模块62包括：最高优先级用户资源分配子模块63、带宽调整子模块64、服务降级子模块65、用户调度与子载波分配子模块66以及时隙分配子模块67；其中，

所述最高优先级用户资源分配子模块63，用于为优先级最高的第一优先级用户终端所对应的业务请求分配资源；

所述带宽调整子模块64，用于当带宽更窄的子载波组存在一子载波剩余空闲时隙数量不小于一用户终端的业务请求所需时隙数量时，将一用户终端的业务请求调整到带宽更窄的子载波组进行资源分配；

所述服务降级子模块65，用于当第二优先级和第三优先级用户终端的业务请求所需时隙总数量大于其对应的子载波组剩余空闲时隙总数量时，将允许降级传输的至少一个业务能进行降级处理；

所述用户调度与子载波分配子模块66，用于确定子载波与用户终端所对应业务请求之间的关系；

所述时隙分配子模块67，用于为用户终端所对应业务请求分配资源。

为了便于理解下面对资源分配模块62中各个模块的功能进行简要介绍。

1、最高优先级用户资源分配子模块63

该子模块依次对第一优先级的用户进行如下操作：根据当前每一子载波剩余时隙数量，依照某一原则选择一条能够满足该用户时隙需求的子载波，对该用户的每一业务，将该业务的时隙需求平均承载在每一子帧的可用时隙中。

2、带宽调整子模块64

具体的，统计当前子载波组中的各子载波中剩余的时隙个数V(n)，判断剩余时隙数是否能够满足用户优先级为2、3的用户的时隙需求∑_ut_u。若∑_ut_u＞V(n)，且当前子载波组不为第一个子载波组，则进行带宽调整步骤，由子模块2完成。该子模块将用户按优先级进行排序，并对每一用户，按以下原则判断其是否能够为其分配更窄的子载波：

a)当前子载波组不为第一个(即最窄的)子载波组；

b)带宽更窄的信道组中，存在至少一个子载波仍有空闲时隙；

c)对于有空闲时隙的信道，其空闲时隙数量足够承载子载波组i中的一个用户的全部业务。

若业务能够由更窄的子载波承载，则将该用户移出当前子载波组对应的用户组。对每一业务依次进行上述操作，直至剩余非后台类业务的时隙需求能够被当前信道组的使用时隙所容纳，即

其中t_u为用户u的总时隙需求，或没有能够进行带宽降级的用户。

上述过程完成后，若∑_ut_u＞V(n)，或当前为第一个子载波组，则调动带宽降级子模块63，否则直接调动用户调度与子载波分配子模块64。

3、带宽降级子模块65

读取仍需承载在当前子载波组中的用户集合，计算其时隙需求，判断当前子载波组中的时隙数量是否足够。若∑_ut_u＞V(n)，则进行带宽降级，由带宽降级子模块63完成。假设每一类业务，用户根据其终端能力及个人偏好请求质量或码率的音视频资源，不同质量的音视频资源则对应不同的平均传输速率需求。为了不过分降低用户体验，规定网络对每一用户的服务请求至多降两级，令l_u表示用户u降级的次数。即当某一用户请求已经使用最低档的速率传输，或该用户已经过两次降级，则不再对该用户进行服务降级。记录被降级的用户及业务，更新需为该业务提供的平均传输速率和时隙需求。

4、用户调度与子载波分配子模块66

首先，读取仍需承载在当前子载波组中的用户集合，及为集合中用户的每一业务所需提供的平均速率与时隙数量。以最大化承载的业务的加权速率和为目标，优化每一子载波上承载哪些用户，以及承载用户哪些业务。

为了做出最优的决策，本发明所涉及的用户调度与子载波分配子模块可以采用基于动态规划与bound-and-bound分组多背包求解算法进行决策求解。为完成响应的决策，所述用户调度与子载波分配子模块64子模块包含5个功能：物品组转化、分组背包求解、求上界、求下界、多背包求解。

其中，物品组转化功能首先将用户的多个业务转化为一个物品组，其中的每个物品是一个或多个用户业务的组合。每个用户对应一个物品组，物品组中的各个物品相互排斥，即同一物品组中的多个物品不能同时被选中，只有一个物品能够被放入背包。经过转化后，一个用户的多个业务可转化为包含α_u个物品的物品组，每个物品由用户u的业务子集C_α,α＝1,2,.,α_u组成的，每个物品的重量为

价值为

分组背包功能可利用动态规划算法得到具有多个互斥物品组的分组背包问题的最优解。并作为子功能被求上界、求下界功能子模块所调用。多背包问题求解子模块使用bound-and-bound算法求解多背包问题，其所需的问题的上下界值可由求上界与求下界的功能提供。参见图7为本申请实施例提供的一种用户调度与子载波分配子模块工作的流程示意图。

5、时隙分配子模块67

由时隙分配子模块67完成，以用户调度与子载波分配子模块66的结果为输入，分为两个步骤完成：非后台类业务时隙分配与后台类业务时隙分配。首先根据用户调度与子载波分配的结果进行非后台类业务的时隙分配，确定每个时隙应分配给哪一个用户。需要按照业务的实时或非实时特性提供速率或容量保证的分配方案。当被选择承载的非后台类用户业务已经分配完毕，可将剩余时隙资源分配给请求后台类业务的用户。至此完成了一组用户在其对应的一组子载波上的时频资源分配，接着，依次对其他组用户与子载波重复上述过程，直至所有用户的所有业务都被分配了相应的时频资源或系统中没有多余的资源。

从用户优先级角度看，对于最高优先级的用户，如国家元首，重要企业级用户，通过最高优先级用户资源分配子模块61保证其能够优先获得资源，且为其提供速率保障的服务，使得重要用户所需传送的信息能够及时传输。对于低优先级用户，如普通民用用户，在资源充足时为其提供其所要求的服务质量保障，当资源不充足时，对其服务质量进行降级，如用户要求传输1080p的视频，实际为其分配资源时，只提供传输720p视频的资源。通过对低优先级用户的服务质量降级，使得系统能够容纳更多的用户和业务。

从业务类型来看，区分实时、非实时与后台业务，通过时隙分配子模块67为不同类型的业务提供速率、容量或尽力而为服务。综合考虑用户优先级与业务类型，可提供六种类型的服务质量保障。

最后，在用户调度与子载波分配子模块66中，由于每一业务请求的价值确定不仅考虑了用户与业务的优先级，同时还考虑了业务的传输速率，从而兼顾用户优先级与系统通信性能的平衡。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、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。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和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、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。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (13)

1.一种卫星返向链路资源分配方法，其特征在于，包括：

根据接收的至少一个用户终端发送的至少一个业务请求确定每个用户终端的优先级以及每个业务请求所对应的业务信息；

根据所述业务信息以及所述优先级为每个业务请求分配返向链路资源。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述业务信息包括业务类型和传输速率，其中，所述业务类型包括实时业务、非实时业务以及尽力服务业务；

所述优先级按照由高到低的处理顺序依次为第一优先级、第二优先级和第三优先级。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述业务信息以及所述优先级为每个业务请求分配返向链路资源，包括：

根据所述优先级以及所述业务类型确定每个用户终端和/或每个用户终端所对应的至少一个业务请求返向链路资源的分配顺序；

根据所述分配顺序为每个业务请求分配返向链路资源。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述分配顺序依次为：优先级为第一优先级的用户终端所对应的业务、优先级为第二优先级且业务类型为实时业务、优先级为第三优先级且业务类型为实时业务、优先级为第二优先级且业务类型为非实时业务、优先级为第三优先级且业务类型为非实时业务、优先级为第二优先级或第三优先级且业务类型为尽力服务业务。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述分配顺序为每个业务请求分配返向链路资源，包括：

确定每个用户终端所对应的最大处理带宽，根据所述最大处理带宽确定所述每个用户终端所对应的用户终端组，根据用户终端组与返向链路资源中子载波组之间预设映射关系确定每个用户终端组所对应的子载波组，其中，每个子载波组所包含至少一个具有相同带宽的子载波；

根据所述分配顺序依次在每个用户终端所对应的子载波组上为其每个业务请求所分配返向链路资源。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，根据所述分配顺序依次在每个用户终端所对应的子载波组上为其每个业务请求分配返向链路资源，包括：

根据子载波组中每个子载波的带宽的大小按照由小到大的顺序将用户终端组所对应的子载波组进行排序得到子载波组序列；

根据所述子载波组序列以及所述分配顺序依次在每组用户终端所对应的子载波组上为每个用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源。

7.如权利要求1～6任一项所述的方法，其特征在于，根据所述子载波组序列以及所述分配顺序依次在每组用户终端所对应的子载波组上为每个用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源，包括：

确定每组用户终端中每个用户终端的至少一个业务请求所对应的业务传输所需要时隙数量，根据所述时隙数量分别确定所述第一优先级的用户终端所需的第一时隙总数、第二优先级的用户终端所需的第二时隙总数以及第三优先级的用户终端所需的第三时隙总数；

从所述子载波组序列的第一个子载波组开始，根据所述第一时隙总数为第一优先级的用户终端所对应的至少一个业务请求分配时隙，判断所述第二时隙总数与所述第三时隙总数之和是否大于所述第一个子载波组中剩余时隙总数；

若大于，则根据所述分配顺序依次为所述第二优先级和/或所述第三优先级的用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源；直到所述子载波组序列中所有子载波组的资源分配完成为止。

8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述分配顺序依次为所述第二优先级和/或所述第三优先级的用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源，包括：

判断第二子载波组是否存在第二子载波的空闲时隙数量不小于所述当前待分配的用户终端所需的时隙数量，其中，所述第二子载波组中载波的带宽小于所述第一子载波组中子载波的带宽；

若存在，则在所述第二子载波上为所述当前待分配的用户终端所对应的至少一个业务请求分配返向链路资源。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，若不存在第二子载波，则判断所述至少一个业务请求所对应的业务中是否存在至少一个业务能进行降级传输；

若存在至少一个业务能进行降级传输，则将所述至少一个业务进行降级处理，直到所述至少一个业务降级次数达到预设次数或降级后所述至少一个业务请求所对应的业务传输所需的时隙小于子载波组中的剩余时隙为止。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，还包括：若不存在至少一个业务能进行降级传输、所述第一时隙总数小于所述剩余时隙总数或者对至少一个业务进行降级处理之后，还包括：根据修正的分支定界法确定每个子载波所分配的业务请求。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，根据修正的分支定界法确定每个子载波所分配的业务请求，包括：

确定每个业务请求所对应的业务的权重值以及传输量，根据所述权重值和所述传输量计算每个业务的价值；

根据所述每个业务的价值以及每组用户终端所对应的子载波组的剩余时隙数量确定上界和下界，其中，上界和下界是指每个子载波所对应的用户终端的业务请求以及用户终端的信息；

根据预设的约束条件、所述上界和所述下界确定分配到每个子载波的用户终端的业务请求以及用户终端。

12.一种卫星返向链路资源分配装置，其特征在于，包括：

确定模块，根据接收的至少一个用户终端发送的至少一个业务请求确定每个用户终端的优先级以及每个业务请求所对应的业务信息；

资源分配模块，根据所述业务信息以及所述优先级为每个业务请求分配返向链路资源。

13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，资源分配模块包括：最高优先级用户资源分配子模块、带宽调整子模块、服务降级子模块、用户调度与子载波分配子模块以及时隙分配子模块；其中，

所述最高优先级用户资源分配子模块，用于为优先级最高的第一优先级用户终端所对应的业务请求分配资源；

所述带宽调整子模块，用于当带宽更窄的子载波组存在一子载波剩余空闲时隙数量不小于一用户终端的业务请求所需时隙数量时，将一用户终端的业务请求调整到带宽更窄的子载波组进行资源分配；

所述服务降级子模块，用于当第二优先级和第三优先级用户终端的业务请求所需时隙总数量大于其对应的子载波组剩余空闲时隙总数量时，将允许降级传输的至少一个业务能进行降级处理；

所述用户调度与子载波分配子模块，用于确定子载波与用户终端所对应业务请求之间的关系；

所述时隙分配子模块，用于为用户终端所对应业务请求分配资源。

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