CN116506950A - 基于QoS策略的动态时隙分配方法 - Google Patents

基于QoS策略的动态时隙分配方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于QoS策略的动态时隙分配方法，根据远端终端的以太网地址获取终端的QoS策略以及当前使用的调制解调方式，对入网的时隙进行分配；根据分配入网时隙时获取控制信令中上报的通信所需的信息速率和远端终端的以太网地址获取终端的QoS策略以及当前使用的调制解调方式，对通信中的时隙进行调整；将通信中的时隙调整成功后的业务数据存入储存器，根据储存器的使用率和终端的QoS策略以及终端上报的所需业务速率进行时隙调整，将调整后的业务数据发送出去。本申请提供更多的端站接入能力以及更高的卫星资源利用效率。

Description

基于QoS策略的动态时隙分配方法
技术领域
本发明涉及卫星通信的时隙分配方法领域，尤其是一种基于帧的具体时隙结构以及QoS策略的时隙动态分配的方法。
背景技术
在基于透明卫星的通信系统之中， MF-TDMA通信体制是支持大规模远端终端接入的最佳选择。对比与传统的FDMA通信体制，MF-TDMA可以大幅提升整体卫星资源的利用效率。而其中的关键就是时隙动态分配的方法以及时隙的划分方式。卫星通信系统帧结构和资源分配方法设计的目标是在卫星信道资源有限以及满足链路质量控制与业务传输质量的前提下，尽可能提供更多的端站接入能力以及更高的卫星资源利用效率。
DVB-RCS标准协议中规定了超帧/帧的构成单元：超帧序列->超帧->帧->时隙，但对帧的具体时隙结构以及时隙如何划分并没有详细的阐述或约束。
发明内容
发明目的：提供一种基于QoS策略的动态时隙分配方法，以解决现有技术存在的上述问题。
技术方案：根据本申请的一个方面，提供一种基于QoS策略的动态时隙分配方法，包括如下步骤：
S1、根据远端终端的以太网地址获取终端的QoS策略以及当前使用的调制解调方式，对选取的超帧序列进行入网时隙分配；
S2、基于所述超帧序列分配入网时隙，在分配成功后接收终端上报的所需业务速率和远端终端的以太网地址，根据远端终端的以太网地址再次获取终端的QoS策略以及当前使用的调制解调方式，进行通信中的时隙调整；
S3、将调整成功后的时隙业务数据存入储存器，并检测上星网口的业务速率，如果上星网口的业务速率小于信道的发送能力，则通过射频发送模块读取储存器里的业务数据并发送出去；如果上星网口的业务速率大于信道的发送能力，则业务数据预存在储存器中，触发时隙调整。
根据本申请的一个方面，步骤S1进一步为：
S11、通过计算得出该终端所需要的业务时隙的数量，所需的业务时隙数量=[（目标信息速率*超帧时间长度）/（频谱利用效率*载荷大小）]+1；
S12、在该终端选取一个超帧序列，判断当前超帧序列的空闲时隙数量是否大于所需时隙数量，如果大于所需时隙数量则进行时隙分配至分配成功；如果小于所需时隙数量则进入步骤S13；
S13、判断当前超帧序列中可释放的时隙数量是否大于所需时隙数量与空闲时隙数量的差值，如果大于所需时隙数量与空闲时隙数量的差值，进入步骤S14；如果小于所需时隙数量与空闲时隙数量的差值,进入步骤S15；
S14、释放当前超帧序列中的时隙，再进行分配，直至分配成功；
S15、放弃当前超帧序列，挑选下一个未被选择过的超帧序列，重复步骤S12；如果没有未被选择过的超帧序列，则分配失败。
根据本申请的一个方面，步骤S2进一步为：
S21、通过计算得出该终端所需要的业务时隙的数量，；
S22、将所述超帧序列中成功分配的时隙数量与所需时隙数量进行比较，判断是否需要增加时隙数量，如果不需要增加时隙数量，进入步骤S23；如果需要增加时隙数量，进入步骤S24；
S23、将当前超帧序列中多余的时隙释放，则调整成功；
S24、判断当前超帧序列中空闲时隙数量是否大于所需时隙数量，如果大于所需时隙数量则进行时隙分配至调整成功；如果小于所需时隙数量则进入S25；
S25、判断当前超帧序列中可释放的时隙数量，是否大于所需时隙数量与空闲时隙数量的差值，如果大于所需时隙数量与空闲时隙数量的差值则先释放当前超帧序列中时隙，然后在进行分配至调整成功，反之则调整失败。
根据本申请的一个方面，步骤S3进一步为：
S31、读取储存器的使用情况，判断储存器的使用率是否大于阈值，如果储存器的使用率大于阈值，网控中心将会根据终端的QoS策略，终端上报的所需业务速率以及当前网内的时隙使用情况进行调整；如果储存器的使用率低于阈值，进入S32；
S32、判断储存器的使用率是否为0%，如果连续三次检测储存器的使用率是0%，网控中心将会根据终端的QoS策略以及终端上报的当前业务速率进行时隙释放，如果储存器的使用率不是0%，则储存器的数据可以正常读取。
根据本申请的一个方面，步骤S1中所述超帧序列是由多个超帧组合而成的，将每个超帧切分成3个帧，登录帧，控制帧以及业务帧，每个帧都含有1个或多个时隙。
根据本申请的一个方面，所述登录帧中含有1个或多个登录时隙，登录时隙的数量将由中心站的网络管理员进行决定，登录时隙是随机使用时隙将用于远端终端发送登录申请；所述控制帧含有1个或多个控制时隙，控制时隙的数量由系统自动计算得出，控制时隙是专用时隙将用于指定的终端发送控制数据；所述业务帧含有1个或多个业务时隙，业务时隙的数量由系统自动计算得出，业务时隙是专用时隙将用于指定的终端发送业务数据。
有益效果：本申请为一种基于QoS策略的动态时隙分配方法提供了一种可行方案，提供了更多的端站接入能力以及更高的卫星资源利用效率。
附图说明
图1为系统帧层次结构图。
图2为时隙切分结果图。
图3为入网时时隙分配流程图。
图4为通信中的时隙调整流程图。
图5为业务数据发送流程。
图6为触发时隙调整流程图。
具体实施方式
在基于透明卫星的通信系统之中，MF-TDMA通信体制是支持大规模远端终端接入的最佳选择。对比与传统的FDMA通信体制，MF-TDMA可以大幅提升整体卫星资源的利用效率。而其中的关键就是时隙动态分配的方法以及时隙的划分方式。卫星通信系统帧结构和资源分配方法设计的目标是在卫星信道资源有限以及满足链路质量控制与业务传输质量的前提下，尽可能提供更多的端站接入能力以及更高的卫星资源利用效率。
DVB-RCS标准协议中规定了超帧/帧的构成单元：超帧序列、超帧、帧、时隙，但对帧的具体时隙结构以及时隙如何划分并没有详细的阐述或约束。
如图1所示，本申请采用了DVB-RCS2协议中的思想，即在交互式网络开启之后，超帧结构不应当被改变，只应当改变时隙的拥有者。本申请将每个超帧切分成3个帧，登录帧，控制帧以及业务帧。登录帧中含有1个或多个登录时隙，数量将由中心站的网络管理员进行决定，登录时隙是随机使用时隙将用于远端终端发送ALOHA登录申请。控制帧含有1个或多个控制时隙，数量由系统自动计算得出，控制时隙是专用时隙将用于指定的终端发送控制数据，包含信噪比上报，地理位置信息上报，时隙申请/释放，功率上升空间上报等数据。业务帧含有l个或多个业务时隙，数量由系统自动计算得出，业务时隙是专用时隙将用于指定的终端发送业务数据。本申请将多个超帧组合成一个超帧循环，并规定每个使用该超帧上时隙的终端需要在每个循环中上报至少一次控制数据。
中心站管理员在新增反向载波时，需要配置以下参数：登录时隙前保护时间tl1（单位：s）, 登录时隙后保护时间tl2（单位：s），载荷大小p（单位：symbol），包头大小h（单位：symbol），载波符号速率s（单位：symbol/s）, 控制/业务时隙前保护时间tc1（单位：s）, 控制/业务时隙后保护时间tc2（单位：s），登录时隙个数nl（单位：个）,超帧循环大小ns（单位：个），每秒的超帧数量f（单位：个/s）。由于远端终端登录时，时间没有与中心站进行细同步，所以导致误差较大，此时应该适当地增加tl1以及tl2的大小。如果该交互式网络并发登录的终端较多，则可以适当地增加nl的大小。f则决定了一个远端终端在一秒钟之内能够最少发送的突发的数量，此处为估计值，真实的分配结果将会略大于或略小于该值。
登录帧结构将使用以下公式计算得出：
登录时隙大小：tl=tl1+(p+h)/s+tl2；
控制帧和业务帧结构将使用以下公式计算得出：
控制/业务时隙大小：tc=tc1+(p+h)/s+tc2；
控制时隙和登录时隙总个数：
当(1/f- tl*nl)/tc≥2时，nct=[(1/f- tl*nl)/tc]+1，[ ]+1表示向上取整；否则，nct=2。
业务时隙个数：nt=[(nct* ns)/(ns+1)]；[ ]表示向下取整，
登录时隙个数：nc= nct- nt；
最终单个超帧的长度为：ts= tl* nl+ tc* nct；
如图2所示，当tl1=0.0005, tl2=0.0005，p=8192，h=250，s=2000000, tc1=0.0005,tc2=0.0005，nl=1, ns=50，f = 25时的时隙切分结果图，使用的滚降系数为0.25。
在交互式网络开启之后，网控系统将会以每10s一次的频率广播该交互式网络下所有的帧结构并且在每个超帧循环之中广播一次当前超帧循环中，每个时隙的分配情况。远端终端被录入进系统时，需要进行QoS策略配置，包含3个参数：优先级（高，中，低），最大带宽（单位：Kbps）以及最小带宽（单位：Kbps），每一种优先级使用的策略如下所示：
当优先级为高时，策略为：入网时，按照最大带宽分配时隙，已经占用的时隙不会在资源不足的情况下被释放。
当优先级为中时，策略为：入网时，按照最低带宽分配时隙，在通信过程中进行时隙的动态分配，最大不会超过最大带宽的限制，已经占用的时隙不会在资源不足的情况下被释放。当优先级为低时，策略为：入网时，按照最低带宽分配时隙，在通信过程中进行时隙的动态分配，最大不会超过最大带宽的限制，已经占用的时隙会在资源不足的情况下被按照一定的比例释放。
接着描述动态时隙分配方法，提供一种基于QoS策略的动态时隙分配方法，具体步骤为：
S1、根据远端终端的以太网地址获取终端的QoS策略以及当前使用的调制解调方式，进行入网时隙分配，如图3所示；
S11、通过计算得出该终端所需要的业务时隙的数量，具体步骤为，公式如下：
所需时隙数量=[（目标信息速率*超帧时间长度）/（频谱利用效率*载荷大小）]+1。
载波利用效率如下表所示：
当调制方式为QPSK时，与纠错码率1/2,3/4,7/8对应的频谱利用效率为1.000、1.500和1.750。
当调制方式为8PSK时，与纠错码率3/4,7/8对应的频谱利用效率为2.250、2.625。
当调制方式为16APSK时，与纠错码率3/4,7/8对应的频谱利用效率为3.000、3.500。
S12、在该终端选取一个超帧序列，判断当前超帧序列的空闲时隙数量是否大于所需时隙数量，如果大于所需时隙数量则进行时隙分配至分配成功；如果小于所需时隙数量则进入步骤S13；
S13、判断当前超帧序列中可释放的时隙数量是否大于所需时隙数量与空闲时隙数量的差值，如果大于所需时隙数量与空闲时隙数量的差值，进入步骤S14; 如果小于所需时隙数量与空闲时隙数量的差值,进入步骤S15;
可释放的时隙数量的计算方式如下所示：
可释放的时隙数量=∑优先级为低的终端（[（当前使用的时隙数量-最小时隙数量）*释放系数]+1）*最大释放次数。
S14、释放当前超帧序列中的时隙然后再进行分配至分配成功；
S15、放弃当前超帧序列，挑选下一个未被选择过的超帧序列，回到步骤S12；如果没有未被选择过的超帧序列，则分配失败。
S2、根据步骤S1所述的超帧序列中分配入网时隙成功时收到终端上报的所需业务速率和远端终端的以太网地址获取终端的QoS策略以及当前使用的调制解调方式，进行通信中的时隙调整，如图4所示；
S21、通过计算得出该终端所需要的业务时隙的数量；
S22、将成功分配的时隙数量与所需时隙数量进行比较，判断是否需要增加时隙数量，如果不需要增加时隙数量，进入步骤S23；如果需要增加时隙数量，进入步骤S24；
S23、将当前超帧序列中多余的时隙释放，则调整成功；
S24、判断当前超帧序列中空闲时隙数量是否大于所需时隙数量，如果大于所需时隙数量则进行时隙分配至调整成功；如果小于所需时隙数量则进入步骤S25；
S25、判断当前超帧序列中可释放的时隙数量，是否大于所需时隙数量与空闲时隙数量的差值，如果大于所需时隙数量与空闲时隙数量的差值则先释放当前超帧序列中时隙，然后在进行分配至调整成功，反之则调整失败。
S3、将调整成功后的业务数据存入储存器，如果上星网口的业务速率小于信道的发送能力，则射频发送模块将会在属于该终端的时隙上读取储存器里的业务数据并发送出去，如图5所示；如果上星网口的业务速率大于信道的发送能力，则业务数据将会在储存器中积压，由此触发时隙调整，如图6所示。
S31、读取储存器的使用情况，判断储存器的使用率是否大于阈值（40%），如果储存器的使用率大于阈值（40%），网控中心将会根据终端的QoS策略，终端上报的所需业务速率以及当前网内的时隙使用情况进行调整；如果储存器的使用率低于阈值（40%），进入步骤S32;
S32、判断储存器的使用率是否为0%，如果连续三次检测储存器的使用率是0%，网控中心将会根据终端的QoS策略以及终端上报的当前业务速率进行时隙释放。如果储存器的使用率不是0%，则储存器的数据可以正常读取。
本申请通过一种基于QoS策略的动态时隙分配方法，提供了更多的端站接入能力以及更高的卫星资源利用效率。
以上详细描述了本发明的优选实施方式，但是，本发明并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明的技术构思范围内，可以对本发明的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于QoS策略的动态时隙分配方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、根据远端终端的以太网地址获取终端的QoS策略以及当前使用的调制解调方式，对选取的超帧序列进行入网时隙分配；
S2、基于所述超帧序列分配入网时隙，在分配成功后接收终端上报的所需业务速率和远端终端的以太网地址，根据远端终端的以太网地址再次获取终端的QoS策略以及当前使用的调制解调方式，进行通信中的时隙调整；
S3、将调整成功后的时隙业务数据存入储存器，并检测上星网口的业务速率，如果上星网口的业务速率小于信道的发送能力，则通过射频发送模块读取储存器里的业务数据并发送出去；如果上星网口的业务速率大于信道的发送能力，则业务数据预存在储存器中，触发时隙调整。
2.根据权利要求1所述一种基于QoS策略的动态时隙分配方法，其特征在于，步骤S1进一步为：
S11、通过计算得出该终端所需要的业务时隙的数量；
S12、在该终端选取一个超帧序列，判断当前超帧序列的空闲时隙数量是否大于所需时隙数量，如果大于所需时隙数量则进行时隙分配至分配成功；如果小于所需时隙数量则进入步骤S13；
S13、判断当前超帧序列中可释放的时隙数量是否大于所需时隙数量与空闲时隙数量的差值，如果大于所需时隙数量与空闲时隙数量的差值，进入步骤S14；如果小于所需时隙数量与空闲时隙数量的差值,进入步骤S15；
S14、释放当前超帧序列中的时隙，再进行分配，直至分配成功；
S15、放弃当前超帧序列，挑选下一个未被选择过的超帧序列，重复步骤S12；如果没有未被选择过的超帧序列，则分配失败。
3.根据权利要求1所述一种基于QoS策略的动态时隙分配方法，其特征在于，步骤S2进一步为：
S21、通过计算得出该终端所需要的业务时隙数量，所需的业务时隙数量=[（目标信息速率*超帧时间长度）/（频谱利用效率*载荷大小）]+1；
S22、将所述超帧序列中成功分配的时隙数量与所需时隙数量进行比较，判断是否需要增加时隙数量，如果不需要增加时隙数量，进入步骤S23；如果需要增加时隙数量，进入步骤S24；
S23、将当前超帧序列中多余的时隙释放，则调整成功；
S24、判断当前超帧序列中空闲时隙数量是否大于所需时隙数量，如果大于所需时隙数量则进行时隙分配至调整成功；如果小于所需时隙数量则进入S25；
S25、判断当前超帧序列中可释放的时隙数量，是否大于所需时隙数量与空闲时隙数量的差值，如果大于所需时隙数量与空闲时隙数量的差值则先释放当前超帧序列中时隙，然后在进行分配至调整成功，反之则调整失败。
4.根据权利要求1所述一种基于QoS策略的动态时隙分配方法，其特征在于，步骤S3进一步为：
S31、读取储存器的使用情况，判断储存器的使用率是否大于阈值，如果储存器的使用率大于阈值，网控中心将会根据终端的QoS策略，终端上报的所需业务速率以及当前网内的时隙使用情况进行调整；如果储存器的使用率低于阈值，进入S32；
S32、判断储存器的使用率是否为0%，如果连续三次检测储存器的使用率是0%，网控中心将会根据终端的QoS策略以及终端上报的当前业务速率进行时隙释放，如果储存器的使用率不是0%，则储存器的数据可以正常读取。
5.根据权利要求1所述一种基于QoS策略的动态时隙分配方法，其特征在于，步骤S1中所述超帧序列是由多个超帧组合而成的，将每个超帧切分成3个帧，登录帧、控制帧以及业务帧，每个帧都含有1个或多个时隙。
6.根据权利要求5所述一种基于QoS策略的动态时隙分配方法，其特征在于，所述登录帧中含有1个或多个登录时隙，登录时隙的数量将由中心站的网络管理员进行决定，登录时隙是随机使用时隙将用于远端终端发送登录申请；所述控制帧含有1个或多个控制时隙，控制时隙的数量由系统自动计算得出，控制时隙是专用时隙将用于指定的终端发送控制数据；所述业务帧含有1个或多个业务时隙，业务时隙的数量由系统自动计算得出，业务时隙是专用时隙将用于指定的终端发送业务数据。
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