基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统技术方案

本发明专利技术涉及基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统，包括：CS与PS业务请求模块，一段历史时间窗口的对应业务通信量；CS与PS预测模块，设置对应业务通信量的预测模型，接收所述通信量，并对一段未来时间窗口的对应业务通信量给出预测值；业务通信量分析模块，对所述预测值，进行汇总运算，至少得到各业务通信量的比例关系和总通信量；无线资源分配策略模块，用以设置无线资源分配策略；无线资源协调模块，依据分配策略调整各业务通信量间的无线资源分配比例；无线资分配模块，对卫星无线资源进行比例分配。有益效果：通过动态调整业务资源分配份额比例，提高卫星无线资源整体的利用效率，同时兼顾公平性保障其他业务的正常运行。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及通信
，尤其涉及一种基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统。
技术介绍
目前卫星通信系统主要采用CS域(电路交换)或PS域(分组交换)。CS域面向电路连接，可以承载多种带宽的传输业务；PS域以卫星宽带通信系统为代表，其运行业务主要是IP数据报文。例如国际海事卫星系统(Inmarsat)、瑟拉亚卫星系统(Thuraya)、亚洲蜂窝卫星系统(ACeS)、全球星系统(Globalstar)等主要采用电路交换方式，提供语音、传真、短信等窄带业务；而IPSTAR宽带卫星系统、AmerHis卫星通信系统、WINDS系统等宽带卫星系统主要采用分组交换方式，提供因特网接入、IP语音/数据、视频会议、视频点播、流媒体等宽带业务。同时，CS域卫星通信业务按照业务传输带宽来分，可划分为低数据率(LowDataRate，LDR)、中数据率(MediumDataRate，MDR)、高数据率(HighDataRate，HDR)等业务。LDR、MDR、HDR业务的数据传输速率档次分别为bps，kbps和mbps。然而，未来发展趋势将是窄带和宽带系统逐渐走向融合、走向统一。现阶段这种针对混合交换型的卫星通信系统，其卫星无线资源如何在不同域、不同类型以及不同带宽的传输业务中合理分配成为一个关键。现阶段，卫星无线资源的分配方法还停留在固定比例辅助手工配置调整的方式。这种方式无法应对不同传输业务通信量动态变化的情况，例如：一些情形下CS域类业务通信量较大，但是PS域类业务的通信量相对较少；或者CS域类业务通信量偏少，但PS域类业务的通信量较大等情形。已有大量研究表明，通信量的变化随着季节(年度)、时间(天)等变化而呈现出周期性的变化。例如，一天中上午9、10点出现通信量的高峰，一年中年底会出现通信量的高峰。同样，在卫星通信领域内，不同业务类型的通信量也有类似的周期性表现(但是不同类型业务的周期性表现是有可能不同的)。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统，从而提高卫星无线资源利用率，在不增加无线资源投入的条件下提升系统的通信容量，改善用户使用体验。为实现上述目的，本专利技术的基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统，包括：CS与PS业务请求模块，用以采集和累计以当前时刻为截止点的一段历史时间窗口的对应业务通信量；CS与PS预测模块，用以设置对应业务通信量的预测模型，接收CS与PS业务请求模块累计的对应业务的通信量，并依据该通信量，通过通信量预测模型，对以当前时刻为起始点的一段未来时间窗口的对应业务通信量给出预测值；业务通信量分析模块，用以根据CS与PS预测模块给出的各对应业务的预测值，进行汇总运算，至少得到未来时间窗口的各业务通信量比例关系和总通信量；无线资源分配策略模块，用以设置无线资源分配策略；无线资源协调模块，无线资源协调模块，用以从无线资源分配策略模块读取分配策略，并依据所述分配策略对未来时间窗口的各业务通信量比例关系进行调整；无线资源分配模块，用以依据无线资源协调模块给出的无线资源分配比例，对卫星无线资源进行比例分配。所述基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统的进一步设计在于，所述CS与PS业务请求模块包括CS域业务请求模块和PS域业务请求模块，CS域业务请求模块包括HDR业务请求模块、MDR业务请求模块和LDR业务请求模块；所述CS与PS预测模块包括CS域预测模块和PS域预测模块，CS域预测模块包括HDR业务预测模块、MDR业务预测模块和LDR业务预测模块。所述基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统的进一步设计在于，所述预测模型包括ON/OFF模型、Markov过程、AR自回归模型、MA滑动平均模型、ARMA自回归滑动平均模型、ARIMA自回归滑动平均混合模型和FARIMA分数差分自回归滑动平均混合模型。所述基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统的进一步设计在于，所述CS与PS预测模块根据一定频率采集对应各业务通信量，并当采集的样本达到预定值时，根据通信量预测模型对各业务通信量进行预测。所述基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统的进一步设计在于，所述分配策略包括各业务分配比例策略、各业务通信量最低通信需求保障策略、队列长度控制策略、公平性策略、卫星通信容量使用最大化策略、无线资源利用率最大化策略。所述基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统的进一步设计在于，所述各业务无线资源分配比例策略为：若YL、YM，YH分别表示在T时间段内的CS业务中LDR、MDR和HDR通信业务的无线资源分配额度，YP表示在T时间段内的PS通信业务的无线资源分配额度；则各业务无线资源分配比例关系|YL|:|YM|:|YH|:|YP满足CS业务与PS业务之间的无线资源分配比例需求为：CS业务之间的无线资源分配比例需求为：所述基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统的进一步设计在于，所述各业务通信量最低通信需求保障策略为：某一通信业务保障最低通信需求所需的无线资源分配额度至少不小于该业务最低保障通信量的无线资源量阈值，即其中，分别表示LDR、MDR、HDR以及PS通讯业务的无线资源分配额度，ThresholdL，ThresholdM，ThresholdH，ThresholdP分别为LDR、MDR、HDR以及PS通讯业务的无线资源量阈值。所述基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统的进一步设计在于，所述队列长度控制策略为PS业务通信量的缓冲区队列长度LoQ(YP)至少不小于缓冲区最大长度即所述基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统的进一步设计在于，所述公平性策略为将tn时刻的各业务通信请求等待服务时间的平均值控制在一设定范围内，即将tn时刻的各类业务通信请求等待服务时间的标准差控制在一设定范围，即其中：分别表示tn时刻LDR、MDR、HDR和PS业务的通信请求集合；分别表示LDR、MDR、HDR和PS业务的通信请求等待服务时间的平均值；分别表示LDR、MDR、HDR和PS业务通信请求等待服务时间的标准差；均为常量，且满足：所述基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统的进一步设计在于，所述卫星通信容量使用最大化策略为：在满足各通信业务无线资源分配策略业务最低保障策略队列长度控制策略和公平性策略的条件下，实现卫星容量CapSAT最大化，即其中，CapSAT表示卫星通信系统的无线资源使用量总和；和分别表示LDR、MDR、HDR和PS业务的无线资源使用量，即已分配给用户通信使用的无线资源数量；表示卫星通信系统中无线资源量总和。所述基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统的进一步设计在于，所述无线资源利用率最大化策略为：在设定时间段(t0,t1)内的无线资源量利用率E，其中，和分别表示可分配给LDR、MDR、HDR和PS业务使用的卫星无线资源数量，即各业务无线资源的份额。所述基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统的进一步设计在于，当资源需求变化率达到一定程度(资源变化率高于某一阈值常量cass，即)时，根据预期的资源使用情况实时调整资源分配时间间隔的能力，卫星无线资源调整频率fass正比于预测的业务无线本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统，其特征在于，包括：CS与PS业务请求模块，用以采集和累计以当前时刻为截止点的一段历史时间窗口的对应业务通信量；CS与PS预测模块，用以设置对应业务通信量的预测模型，接收CS与PS业务请求模块累计的对应业务的通信量，并依据该通信量，通过通信量预测模型，对以当前时刻为起始点的一段未来时间窗口的对应业务通信量给出预测值；业务通信量分析模块，用以根据CS与PS预测模块给出的各对应业务的预测值，进行汇总运算，至少得到未来时间窗口的各业务通信量比例关系和总通信量；无线资源分配策略模块，用以设置无线资源分配策略；无线资源协调模块，无线资源协调模块，用以从无线资源分配策略模块读取分配策略，并依据所述分配策略对未来时间窗口的各业务通信量比例关系进行调整；无线资源分配模块，用以依据无线资源协调模块给出的无线资源分配比例，对卫星无线资源进行比例分配。

【技术特征摘要】
1.基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统，其特征在于，包括：CS与PS业务请求模块，用以采集和累计以当前时刻为截止点的一段历史时间窗口的对应业务通信量；CS与PS预测模块，用以设置对应业务通信量的预测模型，接收CS与PS业务请求模块累计的对应业务的通信量，并依据该通信量，通过通信量预测模型，对以当前时刻为起始点的一段未来时间窗口的对应业务通信量给出预测值；业务通信量分析模块，用以根据CS与PS预测模块给出的各对应业务的预测值，进行汇总运算，至少得到未来时间窗口的各业务通信量比例关系和总通信量；无线资源分配策略模块，用以设置无线资源分配策略；无线资源协调模块，无线资源协调模块，用以从无线资源分配策略模块读取分配策略，并依据所述分配策略对未来时间窗口的各业务通信量比例关系进行调整；无线资源分配模块，用以依据无线资源协调模块给出的无线资源分配比例，对卫星无线资源进行比例分配。2.根据权利要求1所述的基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统，其特征在于，所述CS与PS业务请求模块包括CS域业务请求模块和PS域业务请求模块，CS域业务请求模块包括HDR业务请求模块、MDR业务请求模块和LDR业务请求模块；所述CS与PS预测模块包括CS域预测模块和PS域预测模块，CS域预测模块包括HDR业务预测模块、MDR业务预测模块和LDR业务预测模块。3.根据权利要求2所述的基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统，其特征在于，所述预测模型包括ON/OFF模型、Markov过程、AR自回归模型、MA滑动平均模型、ARMA自回归滑动平均模型、ARIMA自回归滑动平均混合模型和FARIMA分数差分自回归滑动平均混合模型。4.根据权利要求2所述的基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统，其特征在于，所述CS与PS预测模块根据一定频率采集对应各业务通信量，并当采集的样本达到预定值时，根据通信量预测模型对各业务通信量进行预测。5.根据权利要求2所述的基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统，其特征在于，所述分配策略包括各业务分配比例策略、各业务通信量最低通信需求保障策略、队列长度控制策略、公平性策略、卫星通信容量使用最大化策略、无线资源利用率最大化策略。6.根据权利要求5所述的基于通信量预测及无线资源动态分配的卫星通信系统，其特征在于，所述各业务无线资源分配比例策略为：若YL、YM，YH分别表示在T时间段内的CS业务中LDR、MDR和HDR通信业务的无线资源分配额度，YP表示在T时间段内的PS通信业务的无线资源分配额度；则各业务无线资源分配比例关系|YL|:|YM|:|YH|:|YP满足CS业务与PS业务之间的无线...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱俊，陆锐敏，吕蓉，魏鹏，刘云志，杨巧丽，黄炜，叶淦华，顾永红，周彬，王恒，关涛，
申请(专利权)人：中央军委装备发展部第六十三研究所，
类型：发明
国别省市：江苏;32