CN117879697B - 一种mf-tdma卫星网资源动态均衡方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种MF‑TDMA卫星网资源动态均衡方法，属于卫星通信技术领域。本方法采用分布式监测、集中统计方式进行业务量动态监测，对检测数据进行大数据分析，结合用户站传输能力，在网络不重构的情况下，自动进行地球站接收载波按需动态调整，实现空闲载波的充分利用，有效提高载波资源利用效率，达到网络内各载波承载业务均衡的目的，同时调整过程中业务不中断。本发明有效解决了业务时空不均衡情况下用户业务通信困难和资源利用率低的问题，具有较强实用性，特别适合于透明或铰链转发的网状卫星通信系统组网应用。

Description

一种MF-TDMA卫星网资源动态均衡方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域中的TDMA卫星网资源动态调整技术，特别适用于透明卫星网状通信系统。
背景技术
TDMA网状卫星网通常采用发跳收不跳的组网方式，在资源固定的情况下，各地球站的值守载波固定，由于卫星网内各站业务时空不均衡特性和资源按需动态申请分配的特点，载波利用率随时间变化剧烈，部分载波过载使用，接收该类载波的用户站通信困难，部分载波空闲，资源使用效率低。通常采用两种处理方式，一种是网络配置足够的载波，保证任何状态下的用户站的使用，会造成卫星资源的极大浪费，一种是按需进行网络重构，网络重构时需要网络会中断，影响用户使用。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于避免上述背景技术中不足之处，提供一种MF-TDMA卫星网资源动态均衡方法。本方法采用分布式监测、集中统计方式进行业务量动态测量，根据测量结果，结合用户站传输能力，在网络不重构的情况下，进行地球站接收载波按需动态调整，达到网络内各载波承载业务均衡的目的，大大提高资源利用效率，调整过程中业务不中断。
本发明的目的是这样实现的：
一种MF-TDMA卫星网资源动态均衡方法，包括以下步骤：
（1）网络组建：网管中心进行网络规划，配置卫星网的帧结构、载波参数、用户站能力、用户站接收载波信息，生成载波用户映射表，并计算每载波可承载信息速率，然后控制主站和业务站完成网络组建工作；网络组建完成后，用户站间根据主站下发的帧计划进行业务通信；其中，帧结构参数包括帧长、时隙数、保护时间，载波参数包括载波号、载波速率，用户站能力为该用户最大可接收载波速率，用户站接收载波信息为该用户接收载波的载波号；
（2）统计各载波上各用户站占用资源比例：业务通信过程中，用户站周期性统计本站接收信息速率，并上报给主站，主站汇总各用户站的接收信息速率，周期性上报给网管中心；网管中心周期性接收主站上报的各用户站的接收信息速率，结合各用户站的接收载波信息及各载波可承载信息速率，计算每条载波上各用户占用资源比例；
（3）统计各载波资源利用率：网管中心周期性从主站获取帧计划，并根据帧计划统计各载波资源利用率，若某条载波的资源利用率超过阈值，则记该载波为待调整载波，启动资源动态均衡过程，进入步骤（4），否则重复步骤（3）；
（4）资源动态均衡：网管中心根据各载波资源利用率和各载波上各用户占用资源比例，进行资源动态均衡，将一个或多个接收资源利用率高的载波的用户作为待调整用户站，调整到资源利用率低的目的载波上，然后更新载波用户映射表，并将载波用户映射表主动向主站推送，并通知主站加载更新后的载波用户映射表；
（5）用户站业务自动调整：主站收到网管中心通知后，加载载波用户映射表，然后通过控制信道向用户站广播；用户站收到载波用户映射表后，更新本地载波用户映射表，根据更新后的载波用户映射表和本地业务通信状态，调整业务缓存，根据调整后的业务缓存重新进行业务申请；主站收到用户站的申请后，进行帧计划计算，通过控制信道下发给用户站，用户站依据帧计划进行业务通信。
进一步地，步骤（2）中，用户站在本站的接收载波上进行数据接收，收到数据突发后，识别数据突发中的目的地址，将目的地址非本站地址的数据丢弃，接收目的地址为本站地址的业务数据，并记录本站接收数据量，每帧进行业务量统计，并每帧进行滑动平均，根据每帧接收业务量和帧长，计算本站接收信息速率，并在申请突发中上报给主站，主站每帧汇聚各站的接收信息速率，并上报给网管中心，网管中心根据载波用户映射表，对接收的各站的接收信息速率进行分析，根据每载波可承载信息速率，计算各载波各用户站占用资源比例。
进一步地，步骤（4）中，从网内配置的所有载波中挑选与待调整载波的载波速率相同的载波，作为待选目的载波，然后从待选目的载波中选择载波利用率最低的载波为目的载波。
进一步地，步骤（4）中，将接收待调整载波和目的载波的所有用户站记为可选用户站，将接收待调整载波和目的载波的所有用户站的占用资源比例相加后除以2，记为最优占用资源比例；依次将一个接收载波为待调整载波的用户站的接收载波调整为目的载波，计算接收载波为待调整载波的所有用户站占用资源比例之和，以及接收目的载波的所有用户站占用资源比例之和，然后计算两者分别与最优占用资源比例的差值，将两个差值的绝对值相加记为调整因子；将接收载波为待调整载波的用户站遍历调整一遍后，选择调整因子最小的调整方式为最优方式，则该调整方式使用的接收载波为待调整载波的用户站为待调整用户站。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1）本发明通过对卫星网内的现有载波的动态调整，有效解决了业务时空不均衡情况下用户业务通信困难和资源利用率低的问题。
2）本发明通过进行业务缓存动态调整，资源调整过程中业务不中断，不影响用户使用。
3）资源调整由人工决策向自主决策，有效提高了卫星网的易用性，降低了卫星网维护难度。
附图说明
图1为资源动态均衡流程图。
图2为载波用户映射表。
图3为一种典型资源动态均衡示意图。
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的详细说明。
如图1所示，一种MF-TDMA卫星网资源动态均衡方法，包括步骤：
（1）网络组建：网管中心进行网络规划，配置卫星网的帧结构、载波参数、用户站能力、用户站接收载波信息等，生成如图2所示的载波用户映射表，并计算每载波可承载信息速率，然后控制主站和业务站完成网络组建工作；网络组建完成后，用户站间根据主站下发的帧计划进行业务通信。其中帧结构参数包括帧长、时隙数、保护时间等，载波参数包括载波号、载波速率等，用户站能力为该用户最大可接收载波速率，用户站接收载波信息为该用户接收载波的载波号；
（2）各载波上各用户站占用资源比例统计：业务通信过程中，用户站周期性统计本站接收信息速率，并上报给主站终端，主站汇总各用户站的接收信息速率，周期性上报给网管中心；网管中心周期性接收主站上报的各用户站的接收信息速率，结合各用户站的接收载波信息及各载波可承载信息速率，计算每条载波上各用户占用资源比例；
各载波各用户站占用资源比例的计算方式：用户站在本站的接收载波上进行数据接收，收到数据突发后，识别数据突发中的目的地址，将目的地址非本站地址的数据丢弃，接收目的地址为本站地址的业务数据，并记录本站接收数据量，每帧进行业务量统计，并每帧进行滑动平均，根据每帧接收业务量和帧长，计算本站接收信息速率，并在申请突发中上报给主站，主站每帧汇聚各站的接收信息速率，并上报给网管中心，网管中心根据载波用户映射表，对接收的各站的接收信息速率进行分析，根据每载波可承载信息速率，计算各载波各用户站占用资源比例；
（3）各载波资源利用率统计：网管中心周期性从主站获取帧计划，并根据帧计划统计各载波资源利用率，若某条载波的资源利用率超过阈值，则记该载波为待调整载波，启动资源动态均衡过程，进入步骤（4），否则重复步骤（3）；如图3所示，业务载波1为待调整载波；
（4）资源动态均衡：网管中心根据各载波资源利用率和各载波上各用户占用资源比例，进行资源动态均衡，将一个或多个接收资源利用率高的载波的用户作为待调整用户站，调整到资源利用率低的目的载波上，然后更新载波用户映射表，并将载波用户映射表主动向主站推送，并通知主站加载更新后的载波用户映射表；如图3所示，业务载波2为待调整载波；
目的载波选择方式为：选择目的载波的决策输入为各载波资源利用率比例和待调整载波载波速率。从网内配置的所有载波中挑选与待调整载波的载波速率相同的载波，作为待选目的载波，然后从待选目的载波中选择载波利用率最低的载波为目的载波。
待调整用户站选择方式为：选择待调整用户站的决策输入为待调整载波上各站占用资源比例、目的载波上各站占用资源比例，将接收待调整载波和目的载波的所有用户站记为可选用户站，将接收待调整载波和目的载波的所有用户站的占用资源比例相加后除以2，记为最优占用资源比例。依次将一个接收载波为待调整载波的用户站的接收载波调整为目的载波，计算接收载波为待调整载波的所有用户站占用资源比例之和，以及接收目的载波的所有用户站占用资源比例之和，然后计算两者分别与最优占用资源比例的差值，将两个差值的绝对值相加记为调整因子；将接收载波为待调整载波的用户站遍历调整一遍后，选择调整因子最小的调整方式为最优方式，则该调整方式使用的接收载波为待调整载波的用户站为待调整用户站。
（5）用户站业务自动调整：主站收到网管中心通知后，加载载波用户映射表，然后通过控制信道向用户站广播；用户站收到载波用户映射表后，更新本地载波用户映射表，根据更新后的载波用户映射表和本地业务通信状态，调整业务缓存，根据调整后的业务缓存重新进行业务申请；主站收到用户站的申请后，进行帧计划计算，通过控制信道下发给用户站，用户站依据帧计划进行业务通信。
本方法采用分布式监测、集中统计方式进行业务量动态监测，对检测数据进行大数据分析，结合用户站传输能力，在网络不重构的情况下，自动进行地球站接收载波按需动态调整，实现空闲载波的充分利用，有效提高载波资源利用效率，达到网络内各载波承载业务均衡的目的，同时调整过程中业务不中断。
总之，本发明有效解决了业务时空不均衡情况下用户业务通信困难和资源利用率低的问题，具有较强实用性，特别适合于透明或铰链转发的网状卫星通信系统组网应用。

Claims (1)

1.一种MF-TDMA卫星网资源动态均衡方法，其特征在于，包括以下步骤：
（1）网络组建：网管中心进行网络规划，配置卫星网的帧结构、载波参数、用户站能力、用户站接收载波信息，生成载波用户映射表，并计算每载波可承载信息速率，然后控制主站和业务站完成网络组建工作；网络组建完成后，用户站间根据主站下发的帧计划进行业务通信；其中，帧结构参数包括帧长、时隙数、保护时间，载波参数包括载波号、载波速率，用户站能力为该用户站最大可接收载波速率，用户站接收载波信息为该用户站接收载波的载波号；
（2）统计各载波上各用户站占用资源比例：业务通信过程中，用户站周期性统计本站接收信息速率，并上报给主站，主站汇总各用户站的接收信息速率，周期性上报给网管中心；网管中心周期性接收主站上报的各用户站的接收信息速率，结合各用户站的接收载波信息及各载波可承载信息速率，计算每条载波上各用户站的占用资源比例；
其中，用户站在本站的接收载波上进行数据接收，收到数据突发后，识别数据突发中的目的地址，将目的地址非本站地址的数据丢弃，接收目的地址为本站地址的业务数据，并记录本站接收数据量，每帧进行业务量统计，并每帧进行滑动平均，根据每帧接收业务量和帧长，计算本站接收信息速率，并在申请突发中上报给主站，主站每帧汇聚各站的接收信息速率，并上报给网管中心，网管中心根据载波用户映射表，对接收的各站的接收信息速率进行分析，根据每载波可承载信息速率，计算各载波各用户站占用资源比例；
各载波各用户站占用资源比例的计算方式为：用户站在本站的接收载波上进行数据接收，收到数据突发后，识别数据突发中的目的地址，将目的地址非本站地址的数据丢弃，接收目的地址为本站地址的业务数据，并记录本站接收数据量，每帧进行业务量统计，并每帧进行滑动平均，根据每帧接收业务量和帧长，计算本站接收信息速率，并在申请突发中上报给主站，主站每帧汇聚各站的接收信息速率，并上报给网管中心，网管中心根据载波用户映射表，对接收的各站的接收信息速率进行分析，根据每载波可承载信息速率，计算各载波各用户站占用资源比例；
（3）统计各载波资源利用率：网管中心周期性从主站获取帧计划，并根据帧计划统计各载波资源利用率，若某条载波的资源利用率超过阈值，则记该载波为待调整载波，启动资源动态均衡过程，进入步骤（4），否则重复步骤（3）；
（4）资源动态均衡：网管中心根据各载波资源利用率和各载波上各用户站的占用资源比例，进行资源动态均衡，将一个或多个接收资源利用率高的载波的用户站作为待调整用户站，调整到资源利用率低的目的载波上，然后更新载波用户映射表，并将载波用户映射表主动向主站推送，并通知主站加载更新后的载波用户映射表；
其中，目的载波选择方式为：从网内配置的所有载波中挑选与待调整载波的载波速率相同的载波，作为待选目的载波，然后从待选目的载波中选择载波利用率最低的载波为目的载波；
待调整用户站选择方式为：将接收待调整载波和目的载波的所有用户站记为可选用户站，将接收待调整载波和目的载波的所有用户站的占用资源比例相加后除以2，记为最优占用资源比例；依次将一个接收载波为待调整载波的用户站的接收载波调整为目的载波，计算接收载波为待调整载波的所有用户站占用资源比例之和，以及接收目的载波的所有用户站占用资源比例之和，然后计算两者分别与最优占用资源比例的差值，将两个差值的绝对值相加记为调整因子；将接收载波为待调整载波的用户站遍历调整一遍后，选择调整因子最小的调整方式为最优方式，则该调整方式使用的接收载波为待调整载波的用户站为待调整用户站；
（5）用户站业务自动调整：主站收到网管中心通知后，加载载波用户映射表，然后通过控制信道向用户站广播；用户站收到载波用户映射表后，更新本地载波用户映射表，根据更新后的载波用户映射表和本地业务通信状态，调整业务缓存，根据调整后的业务缓存重新进行业务申请；主站收到用户站的申请后，进行帧计划计算，通过控制信道下发给用户站，用户站依据帧计划进行业务通信。
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