CN117595918B - 一种基于优先级的星间切换的方法及通信卫星 - Google Patents

Abstract

本申请技术方案涉及卫星通信领域，本申请的实施例提供一种基于优先级的星间切换的方法及通信卫星，所述方法包括：确认待切换用户的业务所属的优先级，得到目标优先级；从延迟门限值集合中为所述目标优先级选择对应的延迟门限值，得到目标延迟门限值，所述延迟门限值是根据当前时刻各类业务分布情况和预测得到的所述当前时刻的下一时刻的切换业务量动态更新的，且延迟门限值大小与优先级高低正相关；根据所述目标延迟门限值与卫星被占用信道数之间的大小关系确定切换策略。采用本申请实施例提高了高优先级业务接入和切换的成功率，提升了系统服务质量。

Description

一种基于优先级的星间切换的方法及通信卫星

技术领域

本申请涉及卫星通信领域，具体而言本申请实施例涉及一种基于优先级的星间切换的方法及通信卫星。

背景技术

随着科技产业和移动通信技术的迅速发展，由于地理环境限制及建设成本等限制因素，地面移动通信系统已经无法满足全球日益增长的通信需求。卫星通信系统由于不受地理环境限制，可实现全球无缝覆盖，弥补地面通信系统的不足。当前，低轨卫星通信系统因通信距离短、发射成本低的优点，成为未来移动通信的研究重点。考虑到低轨卫星相对于地面处于运动状态，用户需要进行星间切换以保证通信的连续性，然而，每颗卫星的信道资源有限，可能无法为所有待切换用户提供服务，从而造成部分用户切换失败，降低系统服务质量。因此，亟需研究高效的星间切换策略，以降低切换失败率，提升系统服务质量。

发明内容

本申请实施例的目的在于提供一种基于优先级的星间切换的方法及通信卫星，采用本申请实施例对多优先级星间切换方法进行改进，经实验验证，本申请实施例的方法在不同卫星选择方案下，均提高了高优先级业务接入和切换的成功率，提升了系统服务质量。

第一方面，本申请实施例提供一种基于优先级的星间切换的方法，所述方法包括：确认待切换用户的业务所属的优先级，得到目标优先级；从延迟门限值集合中为所述目标优先级选择对应的延迟门限值，得到目标延迟门限值，其中，所述延迟门限值是根据当前时刻各类业务分布情况和预测得到的所述当前时刻的下一时刻的切换业务量动态更新的，且延迟门限值大小与优先级高低正相关；根据所述目标延迟门限值与卫星被占用信道数之间的大小关系确定切换策略。

本申请的实施例通过基于预测的多优先级延迟门限设置方法，动态设置多优先级延迟门限值，提升了高优先级业务接入和切换的成功率，进而提升了服务质量。

在一些实施例中，在所述从延迟门限值集合中为所述目标优先级选择对应的延迟门限值，得到目标延迟门限之前，所述方法还包括：获取卫星系统中各卫星的服务信息矩阵，其中，所述服务信息矩阵用于表征相应卫星在所述当前时刻所服务的所有用户（即相应卫星在当前时刻所服务着的用户，包括在当前时刻前已经接入且通信没有结束的用户，但不包括当前时刻的待接入用户）的第一用户属性信息；根据目的卫星以及所述服务信息矩阵得到与所述卫星系统中各卫星对应的切换信息估计矩阵，其中，所述切换信息估计矩阵至少用于表征相应卫星的所述服务信息矩阵中各用户在所述当前时刻的下一时刻的目的卫星，所述目的卫星是从所述卫星系统中为相应用户选择的在所述下一时刻接入或切换的卫星；通过对所述卫星系统中各卫星的相邻卫星的切换信息估计矩阵进行筛选，得到在所述下一时刻所述各卫星的各类切换业务量预测值；至少根据所述各类切换业务量预测值确定所述当前时刻的延迟门限集合。

本申请的一些实施例提供了根据各卫星的服务信息矩阵以及预测的切换信息估计矩阵，设置与不同优先级对应的不同延迟等待时间（对应不同延迟门限值），可以提升后续对高优先级业务的响应速度。

在一些实施例中，所述目的卫星是相应用户终端从候选候选卫星集中选择的目标函数值最大的卫星，所述候选候选卫星集是指所述卫星系统中与相应用户的通信仰角大于设定的通信仰角值的所有卫星的集合，所述目标函数值是通过目标函数确定的，所述目标函数是由相应卫星的服务时间、空闲信道数以及通信仰角所确定的函数。

在一些实施例中，与所述卫星系统中第i卫星Si对应的目标函数表征为：

其中，为所述第i卫星的目标函数，为所述第i卫星的服务时间，为所述卫星系统中卫星最大服务时间，为所述卫星系统中最小通信仰角，为用户到所述第i卫星的通信仰角，为所述第i卫星的空闲信道数，为所述卫星系统中单颗卫星的信道总数，分别为服务时间加权系数、通信仰角加权系数以及空闲信道加权系数。

本申请的一些实施例提供一种目标函数，通信中的各卫星可以该目标函数确定相应的目标函数值，进而使得用户终端可以根据目标函数值选择下一时刻切换或接入的卫星，提升目的卫星识别的准确度。

在一些实施例中，所述获取卫星系统中各卫星的服务信息矩阵，包括：在t时刻，第i卫星接收任意一个目标用户终端发送的所述第一用户属性信息，其中，所述第一用户属性信息包括在所述t时刻的相应终端用户的终端位置信息、业务类型信息、已服务时间信息以及剩余服务时间信息，所述目标用户终端是在所述t时刻成功接入或者切换至所述第i卫星的用户终端；将与各目标用户对应的终端位置信息、业务类型信息、已服务时间信息以及剩余服务时间信息分别作为矩阵中的一行，得到所述第i卫星在所述时刻t的服务信息矩阵。

本申请的一些实施例提供一种获取用于表征相应卫星在当前时刻所服务所有用户的第一用户属性信息的矩阵即服务信息矩阵，提升该矩阵信息的准确性。

在一些实施例中，所述根据目的卫星以及所述服务信息矩阵得到与所述卫星系统中各卫星对应的切换信息估计矩阵，包括：通过查询卫星星历确定在所述下一时刻第i卫星的服务信息矩阵中各用户的目的卫星，以得到与所述第i卫星对应的切换信息估计矩阵中的部分信息，其中，所述与所述第i卫星对应的切换信息估计矩阵包括多组第二用户属性信息，每组第二用户属性信息还包括：相应用户的终端位置信息、业务类型和目的卫星以及当前卫星剩余服务时间，所述第i卫星属于所述卫星系统中任意一个卫星；将所述每组第二用户属性信息分别作为矩阵中的一行，得到与所述第i卫星对应的切换信息估计矩阵。

本申请的一些实施例通过确定当前时刻每个卫星中各用户在下一时刻的目的卫星得到相应卫星的切换信息估计矩阵，进而可以后续使得各卫星根据相邻卫星的切换信息估计矩阵预测在下一时刻切换至该卫星的业务量，进而可以根据预测切换业务量设置延迟门限值。

在一些实施例中，所述各类切换业务对应第一类切换业务以及第二类切换业务，其中，所述通过对所述卫星系统中各卫星的相邻卫星的切换信息估计矩阵进行筛选，得到在所述下一时刻所述各卫星的各类切换业务量预测值，包括：从与所述第i卫星相邻的相邻卫星的切换信息估计矩阵中筛选出在所述下一时刻切换至所述第i卫星的各类业务的用户，得到第一类切换业务量预测值和第二类切换业务量预测值。

在一些实施例中，多优先级的优先级顺序从高到低依次为：第一类业务切换、第一类业务新呼叫、第二类业务切换以及第二类业务新呼叫，所述延迟门限集合是设置的多优先级延迟门限值，其中，所述多优先级延迟门限值的表达式为：

其中，C表征所述卫星系统中单颗卫星总信道数目，在本申请的实施例中C取值为150，分别表示所述当前时刻第一类业务切换数量，第一类业务呼叫数量，第二类业务切换数量，第二类业务呼叫数量，表征第一类切换业务量预测值，表征第二类切换业务量预测值，k4是与是所述第一类业务切换对应的延迟门限值，k3是与是所述第一类业务新呼叫对应的延迟门限值，k2是与是所述第二类业务切换对应的延迟门限值，k1是与是所述第二类业务新呼叫对应的延迟门限值。

本申请的一些实施例提供一种优先级与延迟门限值正相关的算法，提升延时门限集合中各值设置的合理性。

在一些实施例中，所述根据所述目标延迟门限值与卫星被占用信道数之间的大小关系确定切换策略，包括：若确认当前卫星被占用信道数小于所述目标延迟门限值则接入所述当前卫星；若确认当前卫星被占用信道数大于或等于所述目标延迟门限值则进入切换或接入延时等待队列。

第二方面，本申请的实施例提供一种通信卫星，所述通信卫星包括：待切换用户的业务优先级确认模块，被配置为确认待切换用户的业务所属的优先级，得到目标优先级；延迟门限值选取模块，被配置为从延迟门限值集合中为所述目标优先级选择对应的延迟门限值，得到目标延迟门限值，其中，所述延迟门限值是根据当前时刻各类业务分布情况和预测得到的所述当前时刻的下一时刻的切换业务量动态更新的，且所述延迟门限值大小与优先级高低正相关；切换决策模块，被配置为根据所述目标延迟门限值与卫星被占用信道数之间的大小关系确定切换策略。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本申请实施例提供的卫星三维部署图；

图2为本申请实施例提供的基于优先级的星间切换的方法流程图之一；

图3为本申请实施例提供的确定时间信息的示意图；

图4为本申请实施例提供的基于优先级的星间切换的方法流程图之二；

图5为本申请实施例提供的获取目的卫星的切换预测原理示意图；

图6为本申请实施例提供的通信卫星的功能模块组成示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

目前针对低轨卫星的星间切换的研究包括卫星选择方案和信道资源管理方案。卫星选择方案主要包括单属性决策准则和多属性融合决策方案。前者主要包括最长服务时间准则、最大空闲信道数准则和最短距离准则，方法简单，但局限性明显。后者综合考虑多种切换属性值，并使用遗传算法、有向图、深度学习等方法求取综合最优解。信道资源管理方案主要包括无优先级切换策略、信道预留策略以及排队切换策略。无优先级切换策略按照先来后到的顺序对用户进行信道分配，直至无空闲信道，该策略不区分切换用户和新呼叫用户的优先级，无法满足实际情况下用户的差异化需求。信道预留策略包括固定信道预留策略和动态信道预留策略，通过设置门限值来约束用户的接入和切换，提高切换成功率。排队切换策略则考虑切换请求的先后顺序，剩余排队时间等因素，提高切换成功率。然而，上述技术方案无法保证高优先级业务的切换成功率。

为了解决这些技术问题，本申请的实施例提供一种基于优先级的星间切换的方法，该方法所提出的基于优先级的低失败率星间切换方法通过预测未来切换业务量、动态调整多优先级门限值降低了高优先级业务的新呼叫阻塞率和切换失败率，提升系统整体服务质量。同时本申请的实施例可与多数多属性融合切换准则或单属性切换准则相结合，有效降低切换失败率。

不难理解的是，在高业务量场景下，多优先级用户间会发生切换碰撞，导致部分用户接入和切换失败，影响系统整体服务质量。为解决上述问题，本申请的一些实施例提供一种基于优先级的星间切换的方法，即基于多优先级的星间切换方案。

请参看图1，图1为本申请实施例提供的卫星三维部署图，其中，中间的球体表征地球，围绕地球旋转的多个轨道上设置有多颗卫星，由于卫星在不停的围绕轨道运行因此地面上的用户终端为了完成借助卫星的通信需要在不同的卫星之间完成切换，在本申请的实施例中假定用户是静止的，这是由于地面上用户的运动相对于卫星的运动属于小范围的移动因此可忽略不计。

如图2所示，本申请实施例提供一种基于优先级的星间切换的方法，所述方法包括：S101，确认待切换用户的业务所属的优先级，得到目标优先级；S102，从延迟门限值集合中为所述目标优先级选择对应的延迟门限值，得到目标延迟门限值，其中，所述延迟门限值是根据当前时刻各类业务分布情况和预测得到的所述当前时刻的下一时刻的切换业务量动态更新的，且延迟门限值大小与优先级高低正相关（即优先级越高对应的延迟门限值越大）；S103，根据所述目标延迟门限值与卫星被占用信道数之间的大小关系确定切换策略。

本申请的实施例通过基于预测的多优先级延迟门限设置方法，动态设置多优先级延迟门限值，提升了高优先级业务接入和切换的成功率，进而提升了服务质量。

需要说明的是，本申请的一些实施例提供一种根据各卫星的服务信息矩阵以及切换信息估计矩阵得到延迟门限值集合的实施例。

例如，在本申请的一些实施例中，在执行S102之前，所述方法还包括：

第一步，获取卫星系统各卫星的服务信息矩阵。

需要说明的是，第一步所述的服务信息矩阵用于表征相应卫星在当前时刻所服务的所有用户的第一用户属性信息，其中，该处所服务所有用户为相应卫星在当前时刻所服务着的用户，包括在当前时刻前已经接入且通信没有结束的用户，但不包括当前时刻的待接入用户。

例如，在本申请的一些实施例中，该第一步所述获取卫星系统中各卫星的服务信息矩阵的过程示例性包括：在t时刻，第i卫星接收任意一个目标用户终端发送的所述第一用户属性信息，其中，所述第一用户属性信息包括在所述t时刻的相应终端用户的终端位置信息、业务类型信息、已服务时间信息以及剩余服务时间信息，所述目标用户终端是在所述t时刻成功接入或者切换至所述第i卫星的用户终端；将与各目标用户对应的终端位置信息、业务类型信息、已服务时间信息以及剩余服务时间信息分别作为矩阵中的一行，得到所述第i卫星在所述时刻t的服务信息矩阵。

下面结合图3示例性阐述计算卫星剩余服务时间以及已服务时间的过程。

例如，在本申请的一些实施例中，通过查询卫星星历表，结合用户终端的位置信息，可以构建出卫星系统在未来一段时间内可供某一用户终端切换的服务卫星周期，该服务卫星周期表达式为：

式（3-4）

其中，分别为第i卫星对该用户终端服务的起始时间和结束时间，卫星服务周期示意图如图3所示。用户终端在开始通信，当前服务卫星为第i卫星，当在图3中的t时刻（采用一个圆点表征该t时刻）发生切换，结合图3可知由于且，故可为该用户终端提供业务切换服务的卫星有第i-1卫星和第i-2卫星。因此可以计算切换相关的参数，包括第i-1卫星的服务时间，第i-2卫星的服务时间以及当前第i卫星的剩余服务时间信息具体计算方法如下：

已服务时间信息

不难理解的是，本申请的一些实施例提供一种获取用于表征相应卫星在当前时刻所服务所有用户的第一用户属性信息的矩阵即服务信息矩阵，提升该矩阵信息的准确性。

第二步，根据目的卫星以及所述服务信息矩阵得到与所述卫星系统中各卫星对应的切换信息估计矩阵。

需要说明的是，该第二步所述切换信息估计矩阵至少用于表征相应卫星的所述服务信息矩阵中各用户在下一时刻的目的卫星，所述目的卫星是从所述候选卫星集中为相应用户选择的在所述下一时刻接入或切换的卫星。

下面示例性阐述本申请一些实施例获取目的卫星的过程。

在本申请的一些实施例中，所述目的卫星是相应用户终端从候选卫星集中选择的目标函数值最大的卫星，所述候选卫星集是指卫星系统中与相应用户的通信仰角大于设定的通信仰角值（即最小可通信仰角值）的所有卫星的集合，所述目标函数值是通过目标函数确定的，所述目标函数是由相应卫星的服务时间、空闲信道数以及通信仰角所确定的函数。

例如，在本申请的一些实施例中，与所述卫星系统中第i卫星Si对应的目标函数表征为：

其中，为所述第i卫星的目标函数，为所述第i卫星的服务时间，为所述卫星系统中卫星最大服务时间，为所述卫星系统中最小通信仰角，为用户到所述第i卫星的通信仰角，为所述第i卫星的空闲信道数，为所述卫星系统中单颗卫星的信道总数，分别为服务时间加权系数、通信仰角加权系数以及空闲信道加权系数。

本申请的一些实施例提供一种目标函数，通信中的各卫星可以该目标函数确定相应的目标函数值，进而使得用户终端可以根据目标函数值选择下一时刻切换或接入的卫星，提升目的卫星识别的准确度。

下面示例性阐述根据目的卫星得到与任意一个卫星对应的切换信息估计矩阵的过程。

在本申请的一些实施例中，该第二步所述根据目的卫星以及所述服务信息矩阵得到与所述卫星系统中各卫星对应的切换信息估计矩阵的过程示例性包括：通过查询卫星星历确定在所述下一时刻第i卫星的服务信息矩阵中各用户的目的卫星，以得到与所述第i卫星对应的切换信息估计矩阵中的部分信息，其中，所述与所述第i卫星对应的切换信息估计矩阵包括多组第二用户属性信息，每组第二用户属性信息还包括：相应用户的终端位置信息、业务类型和目的卫星以及当前卫星剩余服务时间，所述第i卫星属于所述卫星系统中任意一个卫星；将所述每组第二用户属性信息分别作为矩阵中的一行，得到与所述第i卫星对应的切换信息估计矩阵。

不难理解的是，本申请的一些实施例通过确定当前时刻每个卫星中各用户在下一时刻的目的卫星得到相应卫星的切换信息估计矩阵，进而可以后续使得各卫星根据相邻卫星的切换信息估计矩阵预测在下一时刻切换至该卫星的业务量，进而可以根据预测切换业务量设置延迟门限值。

第三步，通过对所述卫星系统中各卫星的相邻卫星的切换信息估计矩阵进行筛选，得到在所述下一时刻所述各卫星的各类切换业务量预测值。

例如，在本申请的一些实施例中，所述各类切换业务对应第一类切换业务以及第二类切换业务，其中，该第三步所述通过对所述卫星系统中各卫星的相邻卫星的切换信息估计矩阵进行筛选得到在所述下一时刻所述各卫星的各类切换业务量预测值的过程示例性包括：从与所述第i卫星相邻的相邻卫星的切换信息估计矩阵中筛选出在所述下一时刻切换至所述第i卫星的各类业务的用户，得到第一类切换业务量预测值和第二类切换业务量预测值。

第四步，至少根据所述各类切换业务量预测值确定所述当前时刻的延迟门限集合。例如，在本申请的一些实施例中该第四步示例性包括：通过当前时刻各类业务分布情况以及所述各类切换业务量预测值确定所述当前时刻的延迟门限集合。

例如，在本申请的一些实施例中，多优先级的优先级顺序从高到低依次为：第一类业务切换、第一类业务新呼叫、第二类业务切换和第二类业务新呼叫，所述延迟门限集合是设置的多优先级延迟门限值，其中，所述多优先级延迟门限值的表达式为：

其中，C表征卫星系统中单颗卫星的总信道数目，在本申请的实施例中C取值为150，分别表示所述当前时刻第一类业务切换数量、第一类业务呼叫数量、第二类业务切换数量以及第二类业务呼叫数量，表征第一类切换业务量预测值，表征第二类切换业务量预测值，k4是与是所述第一类业务切换对应的延迟门限值，k3是与是所述第一类业务新呼叫对应的延迟门限值，k2是与是所述第二类业务切换对应的延迟门限值，k1是与是所述第二类业务新呼叫对应的延迟门限值。

不难理解的是，本申请的一些实施例提供一种优先级与延迟门限值正相关的算法，提升延时门限集合中各值设置的合理性。本申请的一些实施例提供了根据各卫星的服务信息矩阵以及预测的切换信息估计矩阵，设置与不同优先级对应的不同延迟等待时间（对应不同延迟门限值），可以提升后续对高优先级业务的响应速度。

在本申请的一些实施例中，S103所述根据所述目标延迟门限值与卫星被占用信道数之间的大小关系确定切换策略的过程示例性包括：若确认当前卫星被占用信道数小于所述目标延迟门限值则接入所述当前卫星；若确认当前卫星被占用信道数大于或等于所述目标延迟门限值则进入切换或接入延时等待队列。

下面示例性阐述本申请一些实施例的基于优先级的星间切换的方法，在该示例性中用户终端的业务类型包括两类，且针对这两类业务类型设置的优先级共四级。

步骤一：初始场景生成模块，包括卫星部署、用户分布和初始权重设置。用户终端的业务分为第一类业务和第二类业务，优先级顺序从高到低依次为：第一类业务切换、第一类业务新呼叫、第二类业务切换以及第二类业务新呼叫。

在该步骤一中，卫星部署如图1，用户在卫星通信区域内均匀分布，用户到达服从泊松分布。本申请实施例的卫星切换准则采用多属性融合判决准则，综合考虑服务时间、空闲信道数以及通信仰角这三个属性值，定义的目标函数为：

其中，为卫星的目标函数值；为卫星的服务时间，为卫星系统中卫星最大服务时间；为卫星系统的最小通信仰角，为用户到卫星的通信仰角；为卫星的空闲信道数，为卫星系统的单颗卫星的信道总数。分别为服务时间加权系数、通信仰角加权系数以及空闲信道加权系数。用户终端切换和接入时会选择候选卫星集中目标函数值最大的卫星作为目的卫星。

步骤二：用户选择接入和切换的目的卫星。

首先通过用户和卫星的可视关系，从卫星系统选择至少部分卫星生成用户的候选卫星集，然后从候选卫星集中得到用户的目的卫星。

步骤三：根据卫星星历和时刻第i卫星的服务信息矩阵预测未来的切换业务量，得到与第i卫星对应的切换信息估计矩阵。

在该步骤三中，时刻第i卫星的服务信息矩阵可以表示为：

其中,表示用户终端的位置信息，表示业务类型（1表示第一类业务，2表示第二类业务），表示卫星已服务的时长，表示当前卫星的剩余服务时间。根据卫星的服务矩阵以及卫星星历，可以对未来可能产生的业务切换进行预测。

对于第i卫星，服务信息矩阵记录了当前服务用户的基本信息（即第一用户属性信息），下一时刻相邻卫星的切换业务将有一部分来自这些用户。通过服务信息矩阵以及查询卫星星历表，可以得到第i卫星的切换信息估计矩阵为：

其中,表示用户终端的位置信息，表示业务类型（1表示第一类业务，2表示第二类业务），表示用户切换目的卫星，表示当前卫星的剩余服务时间。

步骤四：第i卫星通过对相邻卫星的切换信息估计矩阵进行筛选得到下一时刻第一类切换业务量预测值和第二类切换业务量预测值，例如，将与第i卫星相邻的相邻卫星的切换信息矩阵中用户切换的目的卫星是第i卫星的用户个数相加求和得到。结合当前时刻的业务分布以及下一时刻的切换业务估计值，设置多优先级延迟门限值。

在该步骤四中，当前时刻t的各类业务分布情况为，分别表示为第一类业务切换数量，第一类业务新呼叫数量，第二类业务切换数量以及第二类业务新呼叫数量。结合当前时刻的业务分布以及下一时刻的切换业务估计值，设置多优先级延迟门限值为：

步骤五：用户向目标卫星发送呼叫请求，进行接入和切换，并得到指标结果，包含第一类业务切换失败率、第一类业务新呼叫阻塞率、第二类业务切换失败率、第二类业务新呼叫阻塞率和系统整体服务质量。

在步骤五中，系统整体服务质量表示为：

其中，表示第类业务的权重系数；表示新呼叫的影响因子；表示切换呼叫的影响因子。的值越低，说明系统的服务质量越好。

如图4所示，该图示出的基于优先级的星间切换的方法包括：

第一步，呼叫到达。

第二步，判断业务切换或新呼叫优先级，例如，共包括M（1,2,3,4）四个优先级。

第三步，利用上述示例得到的多优先级延迟门限值初始化延迟门限值K_t=。

结合上述内容可知多优先级延迟门限值是根据卫星星历（用于反应卫星实时位置信息）和服务信息矩阵，得到切换信息估计矩阵，之后再根据该切换信息估计矩阵即可得到上述多优先级延迟门限值。

第四步，判断当前卫星繁忙信道数（即被占用信号数）是否小于K_M，若是则执行第五步，否则执行第六步。

需要说明的是，K_M是从初始化延迟门限值K_t中选择的与第二步确定的业务优先级对应的延迟门限值，例如，若确认业务切换对应的优先级是M2，则该处K_M是；若确认业务切换对应的优先级是M3，则该处K_M是。

第五步，成功切换（接入）。

第六步，进入延迟等待队列。

第七步，判断等待时间是否达到最大等待时间，若是则确认切换失败或接入失败，否则执行第八步。

第八步，判断延迟等待是否结束，若是则返回第二步，继续执行，否则执行第九步。

第九步，继续等待。

正如以上内容所记载的在高业务量场景下，多优先级用户间会发生切换碰撞，导致部分用户接入和切换失败，影响系统整体服务质量。为解决上述问题，本申请的一些实施例提供一种基于优先级的星间切换的方法，下面结合图5等相关附图示例性阐述本申请一些实施例的基于优先级的星间切换的方法，该方法包括以下步骤：

步骤一：生成初始卫星场景、用户以及决策属性权重值，包含以下步骤101和步骤102。

步骤101：卫星部署如图1所示，使用STK抓取一段时间的卫星位置信息变化表，作为仿真过程中的卫星星历。选取t作为仿真的时间间隔，在t内，认为卫星和用户的位置保持不变。

步骤102：生成在一定范围内均匀分布的用户，记录其位置信息。用户在每个时刻收集所需的决策信息用于切换决策，用户保持通信，直至通信结束，记为一次成功通信。决策属性权重值包括服务时间加权系数，通信仰角加权系数，以及空闲信道加权系数，且满足以下条件：

步骤二：用户终端向目的卫星发送新呼叫或切换呼叫，包含以下步骤201-207。

步骤201：判断用户终端是否为处于服务状态，若为不为服务状态，则跳至步骤202，反之跳至步骤203。

步骤202：判断用户终端的业务类型（第一类业务或第二类业务），使用多属性融合判决策略选择目标接入卫星为第i卫星，跳至步骤205。

步骤203：根据用户终端收集的切换属性值，判断用户终端的通信服务质量是否达到了切换阈值，若达到，则跳至步骤204；反之，跳至步骤207。

步骤204：判断用户终端的业务类型（第一类业务或第二类业务），使用多属性融合判决策略选择目标切换卫星，跳至步骤206。

步骤205：用户终端向第i卫星发送第一类（或第二类）业务新呼叫。

步骤206：用户终端向第i卫星发送第一类（或第二类）业务切换呼叫。

步骤207：当前卫星继续为用户终端提供服务。

步骤三：已成功接入或切换到第i卫星的用户向第i卫星发送用户终端相关数据包括用户终端位置信息、业务类型、已服务时间、剩余服务时间，并生成时刻第i卫星的服务信息矩阵。根据卫星星历和服务信息矩阵预测未来的切换业务量，得到第i卫星的切换信息估计矩阵。预测的原理示意图如图5。

图5中的圆形区域（即第一圆形区域S₁、第二圆形区域S₂、第三圆形区域S₃、第四圆形区域S₄以及第五圆形区域S₅）为相应第i卫星的覆盖区域，由于卫星的运动速度远大于地面终端，可以认为地面终端（即用于终端）处于静止状态，即用户终端的位置信息不变。在该图还用带方向的箭头示出了卫星运动方向。分别为时刻时用户终端在卫星覆盖区所处位置，对应如下的切换预测的三种情况：

第一种，对于处于位置的用户终端，通过查询卫星星历下一时刻的卫星位置信息，可以得到其在下一时刻处于卫星覆盖区的相对位置，此时用户终端的通信仰角达到了切换阈值需要切换，且切换目的卫星只可能为卫星。

第二种，对于处于位置的用户终端，当前服务的卫星为其下一时刻的相对位置为，此时切换的目的卫星可以从卫星和卫星中选取，这时需要用到星间切换准则进行目的卫星的估计。

第三种，对于处于位置的用户终端，当前服务卫星为，下一时刻所处相对位置为，此时用户终端不需要切换。

步骤四：第i卫星通过对相邻卫星的切换信息估计矩阵进行筛选得到下一时刻第一类切换业务量预测值和第二类切换业务量预测值。当前时刻t的业务分布，分别表示为第一类业务切换数量，第一类业务新呼叫数量，第二类业务切换数量，第二类业务新呼叫数量。结合设置多优先级延迟门限值为（下述公式中各参数的具体取值可以参考上文相关描述为避免重复不做过多赘述）：

步骤五：用户向目标卫星发送呼叫请求，并按照切换流程进行接入和切换，包含如下步骤501-506。

步骤501：呼叫到达后，判断业务切换或新呼叫对应的优先级，越大优先级越高。

步骤502：根据步骤四所得值初始化延迟门限值。

步骤503：判断当前卫星繁忙信道数是否小于对应的门限，若小于，则业务切换（接入）成功，结束。反之，继续步骤504。

步骤504：业务被赋予相应的延迟时间，并进入延迟等待队列。若业务达到最大等待时间，则认为其切换（接入）失败，结束。反之，继续步骤505。

步骤505：判断业务是否延迟等待结束，若结束，则跳至步骤501；反之，业务继续进行延迟等待。

系统记录用户接入和切换情况，仿真结束计算得到第一类业务切换失败率、第一类业务新呼叫阻塞率、第二类业务切换失败率、第二类业务新呼叫阻塞率和系统整体服务质量。表示为：

其中，表示第类业务的权重系数；表示新呼叫的影响因子；表示切换呼叫的影响因子。

具体的，本申请的一些实施例提供一个实验案例具体参数说明，对于一个含有3个轨道高度1000km，轨道倾角为86°，相邻轨道面夹角为15°，每个轨道平面均匀分布12颗卫星的低轨卫星系统，用户在图二红色矩形区域服从均匀分布，各类业务新呼叫到达服从独立的泊松分布，考虑的到达率从20-100（个/T），T=5s为仿真间隔。通信持续时间服从负指数分布。考虑到切换呼叫和新呼叫优先级差异，设定切换呼叫影响因子为0.6，新呼叫影响因子为0.4。第一类业务和第二类业务权重系数分别设置为0.7，0.3。对比传统的多优先级固定信道预留（MPFR）和多优先级动态信道预留策略（MPDR），第一类业务的接入和切换成功率均有所提高，第二类业务新呼叫阻塞率介于两者之间，系统整体服务质量Qos提高。

请参考图6，图6示出了本申请实施例提供的通信卫星，应理解，该通信卫星与上述图2方法实施例对应，能够执行上述方法实施例涉及的各个步骤，该通信卫星的具体功能可以参见上文中的描述，为避免重复，此处适当省略详细描述。通信卫星包括至少一个能以软件或固件的形式存储于存储器中或固化在装置的操作系统中的软件功能模块，该通信卫星，包括：待切换用户的业务优先级确认模块101、延迟门限值选取模块102以及切换决策模块103。

待切换用户的业务优先级确认模块，被配置为确认待切换用户的业务所属的优先级，得到目标优先级。

延迟门限值选取模块，被配置为从延迟门限值集合中为所述目标优先级选择对应的延迟门限值，得到目标延迟门限值，其中，所述延迟门限值是根据当前时刻各类业务分布情况和预测得到的所述当前时刻的下一时刻的切换业务量动态更新的，且所述延迟门限值大小与优先级高低正相关。

切换决策模块，被配置为根据所述目标延迟门限值与卫星被占用信道数之间的大小关系确定切换策略。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的通信卫星的具体工作过程，可以参考前述方法中的对应过程，在此不再过多赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本申请的多个实施例的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种基于优先级的星间切换的方法，其特征在于，所述方法包括：

确认待切换用户的业务所属的优先级，得到目标优先级；

根据服务信息矩阵以及切换信息估计矩阵得到延迟门限值集合，其中，所述服务信息矩阵用于表征相应卫星在当前时刻所服务的所有用户的第一用户属性信息，所述第一用户属性信息包括在t时刻的相应终端用户的终端位置信息、业务类型信息、已服务时间信息以及剩余服务时间信息，所述切换信息估计矩阵至少用于表征相应卫星的所述服务信息矩阵中各用户在所述当前时刻的下一时刻的目的卫星，所述目的卫星是从卫星系统中为相应用户选择的在所述下一时刻接入或切换的卫星；

从所述延迟门限值集合中为所述目标优先级选择对应的延迟门限值，得到目标延迟门限值，其中，所述延迟门限值是根据当前时刻各类业务分布情况和预测得到的所述当前时刻的下一时刻的切换业务量动态更新的，且所述延迟门限值的大小与优先级高低正相关；

根据所述目标延迟门限值与卫星被占用信道数之间的大小关系确定切换策略。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据服务信息矩阵以及切换信息估计矩阵得到延迟门限值集合还包括：

获取所述卫星系统中各卫星服务信息矩阵；

根据目的卫星以及所述服务信息矩阵得到与所述卫星系统中各卫星对应的切换信息估计矩阵；

通过对所述卫星系统中各卫星的相邻卫星的切换信息估计矩阵进行筛选，得到在所述下一时刻所述各卫星的各类切换业务量预测值；

至少根据所述各类切换业务量预测值确定所述延迟门限集合。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述目的卫星是相应用户终端从候选卫星集中选择的目标函数值最大的卫星，所述候选卫星集是指所述卫星系统中与相应用户的通信仰角大于设定的通信仰角值的所有卫星的集合，所述目标函数值是通过目标函数确定的，所述目标函数是由相应卫星的服务时间、空闲信道数以及通信仰角所确定的函数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，与所述卫星系统中第i卫星Si对应的目标函数表征为：

其中，为所述第i卫星的目标函数，为所述第i卫星的服务时间，为所述卫星系统中卫星最大服务时间，为所述卫星系统中的最小通信仰角，为用户到所述第i卫星的通信仰角，为所述第i卫星的空闲信道数，为所述卫星系统中单颗卫星的信道总数，分别为服务时间加权系数、通信仰角加权系数以及空闲信道加权系数。

5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取卫星系统中各卫星的服务信息矩阵，包括：

在t时刻，第i卫星接收任意一个目标用户终端发送的所述第一用户属性信息，其中，所述第一用户属性信息包括在所述t时刻的相应终端用户的终端位置信息、业务类型信息、已服务时间信息以及剩余服务时间信息，所述目标用户终端是在所述t时刻成功接入或者切换至所述第i卫星的用户终端；

将与各目标用户对应的终端位置信息、业务类型信息、已服务时间信息以及剩余服务时间信息分别作为矩阵中的一行，得到所述第i卫星在所述时刻t的服务信息矩阵。

6.如权利要求2-4中任意一项所述的方法，其特征在于，所述根据目的卫星以及所述服务信息矩阵得到与所述卫星系统中各卫星对应的切换信息估计矩阵，包括：

通过查询卫星星历确定在所述下一时刻第i卫星的服务信息矩阵中各用户的目的卫星，以得到与所述第i卫星对应的切换信息估计矩阵中的部分信息，其中，所述与所述第i卫星对应的切换信息估计矩阵包括多组第二用户属性信息，每组第二用户属性信息包括：相应用户的终端位置信息、业务类型和目的卫星以及当前卫星剩余服务时间，所述第i卫星属于所述卫星系统中任意一个卫星；

将所述每组第二用户属性信息分别作为矩阵中的一行，得到与所述第i卫星对应的切换信息估计矩阵。

7.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述各类切换业务对应第一类切换业务以及第二类切换业务，其中，

所述通过对所述卫星系统中各卫星的相邻卫星的切换信息估计矩阵进行筛选，得到在所述下一时刻所述各卫星的各类切换业务量预测值，包括：

从与第i卫星相邻的相邻卫星的切换信息估计矩阵中筛选出在所述下一时刻切换至所述第i卫星的各类业务的用户，得到第一类切换业务量预测值和第二类切换业务量预测值。

8.如权利要求2所述的方法，其特征在于，多优先级的优先级顺序从高到低依次为：第一类业务切换、第一类业务新呼叫、第二类业务切换以及第二类业务新呼叫，所述延迟门限集合是设置的多优先级延迟门限值，其中，

所述多优先级延迟门限值的表达式为：

其中，C表征所述卫星系统中单颗卫星总信道数目，分别表示所述当前时刻第一类业务切换数量、第一类业务呼叫数量、第二类业务切换数量以及第二类业务呼叫数量，表征第一类切换业务量预测值，表征第二类切换业务量预测值，k4是与所述第一类业务切换对应的延迟门限值，k3是与所述第一类业务新呼叫对应的延迟门限值，k2是与所述第二类业务切换对应的延迟门限值，k1是与所述第二类业务新呼叫对应的延迟门限值。

9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，

所述根据所述目标延迟门限值与卫星被占用信道数之间的大小关系确定切换策略，包括：

若确认当前卫星被占用信道数小于所述目标延迟门限值则接入所述当前卫星；

若确认当前卫星被占用信道数大于或等于所述目标延迟门限值则进入切换或接入延时等待队列。

10.一种通信卫星，其特征在于，所述通信卫星包括：

待切换用户的业务优先级确认模块，被配置为确认待切换用户的业务所属的优先级，得到目标优先级；

延迟门限值集合获取模块，被配置为根据服务信息矩阵以及切换信息估计矩阵得到延迟门限值集合，其中，所述服务信息矩阵用于表征相应卫星在当前时刻所服务的所有用户的第一用户属性信息，所述第一用户属性信息包括在t时刻的相应终端用户的终端位置信息、业务类型信息、已服务时间信息以及剩余服务时间信息，所述切换信息估计矩阵至少用于表征相应卫星的所述服务信息矩阵中各用户在所述当前时刻的下一时刻的目的卫星，所述目的卫星是从卫星系统中为相应用户选择的在所述下一时刻接入或切换的卫星；

延迟门限值选取模块，被配置为从所述延迟门限值集合中为所述目标优先级选择对应的延迟门限值，得到目标延迟门限值，其中，所述延迟门限值是根据当前时刻各类业务分布情况和预测得到的所述当前时刻的下一时刻的切换业务量动态更新的，且所述延迟门限值的大小与优先级高低正相关；

切换决策模块，被配置为根据所述目标延迟门限值与卫星被占用信道数之间的大小关系确定切换策略。