一种自适应的超额预订LEO卫星系统信道分配方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自适应的超额预订LEO卫星系统信道分配方法，属于移动通信领域；具体为：首先，建立LEO卫星系统的移动性模型，并设定信道分配策略的条件；针对波束小区C

【技术实现步骤摘要】
一种自适应的超额预订LEO卫星系统信道分配方法
本专利技术属于移动通信领域，具体是一种自适应的超额预订LEO卫星系统信道分配方法。
技术介绍
由于地理因素和经济因素，导致地面移动通信系统无法实现全球可达，相比，卫星移动通信系统不受地理位置和距离影响，可随时提供全球无缝覆盖通信；且LEO卫星系统以低传输功率、低传输时延和高效的带宽利用率等优势，能够提供高质量的即时移动通信服务。铱星系统作为典型的LEO卫星系统，具有6个轨道平面，每个轨道平面上各有11颗卫星，如图1所示，任意一颗卫星在地球表面的辐射范围是一个圆形区域，称为卫星脚印；为了高效的频分复用，一个卫星脚印被分割成大量更小的区域，称为波束小区。然而，LEO卫星相对地球表面高速运转，导致用户终端在一个呼叫连接期间可能会经历许多卫星或波束小区，频繁进行切换。其中，波束小区的切换尤其频繁。因为卫星系统中资源十分稀缺，如果用户即将切换到的目的小区没有空闲信道，用户的呼叫连接将被中断。对于用户而言，这比新呼叫被阻塞更加难以接受。因此，信道分配过程中为切换呼叫赋予更高的优先级是十分重要的。然而，如果为切换呼叫分配的信道资源过多，又会导致新呼叫的阻塞率过大。除此之外，LEO卫星系统中的用户也具有不同等级，主要分为两类：高优先级用户和普通用户。高优先级用户如商业用户，对于延迟较敏感且对服务质量要求更高。普通用户对于时延和服务质量的需求较为灵活。在信道分配过程中，应当重点满足高优先级用户的需求。然而，如果为高优先级用户分配的信道过多，又导致普通用户的服务质量严重下降。综上所述，对于LEO卫星系统，在进行信道分配策略设计时，需要同时考虑两个问题：即如何在切换呼叫和新呼叫之间进行合理的信道分配，以及如何在高优先级用户和普通用户之间进行公平的信道分配。针对上述问题，现有技术中采用的策略包括如下：1)、保证切换(GH)策略；当一个呼叫(新呼叫或者切换呼叫)到达小区Ci时，GH策略尝试小区Ci的下一小区Ci+1为高优先级用户预留信道，如果系统中的空闲信道都被锁定了，那么就发出预留请求等待空闲信道。由于信道预留发生在高优先级用户实际切换之前，切换呼叫的成功实际上得到了保证。保证切换(GH)策略基于如下假设：系统采用固定信道分配方案(FCA)，即每个小区都有固定的信道数C。另外，排队的预留请求优先级高于新呼叫(对于高优先级用户和普通用户都是这样)和普通用户的切换呼叫。一个到达的呼叫仅仅在其将要经历的前两个小区都有空闲信道时才能被接入，其中任意一个小区没有空闲信道，呼叫就会在起始时刻被阻塞。GH策略中采用的信道预留方法称为信道锁定机制。这种预留方法非常的保守和自私，当一个信道被锁定之后，除了特定用户外其他用户将无法使用，即使特定用户并没有在占用该信道，或是离该小区还有相当一段距离。因此，GH策略虽然能够保证高优先级用户的切换掉话率为零，其代价却是更高的新呼叫阻塞率，造成了非常低的系统整体的服务质量。2)、一种基于时间的信道预留(TCRA)策略：与GH策略不同，在TCRA策略中，信道仅仅在用户期待的使用时间之内被锁定。TCRA策略的关键在于确定用户将要拜访的小区，同时计算必要的信道锁定时间。该策略为系统进行更加准确的信道预留以接入更多的用户，同时加强了等待接入用户的满意度。与GH策略相比，TCRA策略有效减少了小区中信道资源被不必要锁定的时间，在保证切换阻塞率为零的同时，获取了更低的新呼叫阻塞率和更高的系统整体的服务质量。尽管TCRA策略有效的减少了呼叫阻塞的情况，该策略却没有对呼叫终止进行考虑，即呼叫终端发生在预留信道使用之前，在使用TCRA策略的信道预留过程中，预留请求在呼叫建立和每一个切换刹那都会被发出；在这两种情形下，信道将在指定的时间间隔内被锁定；然而，呼叫可能在任何时间终止，在下一拜访小区的预留信道将被取消。因此，信道被无意义的锁定了，处理该问题将会使得系统接入更多的用户，同时获得更高的系统整体的服务质量。3)、一种超额预定的TCRA(TCRA-O)策略TCRA-O策略的独有特征在于引入了超额预订的概念，为了获取最大的资源利用率，系统将接纳大于其能力的信道预留请求，在假定其中部分将会被取消，TCRA-O策略中接受更多的预留请求以弥补呼叫终止带来的资源浪费。TCRA-O策略的主要实施过程如下：假定给定的小区Ci有数量为C的可用信道，该小区将接收到位于自身小区Ci的新呼叫请求或者上一小区Ci-1的切换请求。对于新呼叫，小区Ci被看做源小区；对于切换呼叫，小区Ci被看做切换小区。TCRA-O是基于TCRA的扩展策略，其对信道预留时间的要求与TCRA策略一致，即每个预留请求对于信道资源的锁定时间都能精确预测。TCRA-O策略考虑在每一个小区中，除了真实的信道资源以外，还存在一定数量的虚拟信道资源，数量为S。因此，一个预留请求的接入或是拒绝将依赖于C+S个信道的可用性而非C个信道。以至少S个预留取消为预期，小区将接受S个信道的额外预留。与GH策略和TCRA策略相比，该策略有效降低了高优先级用户的新呼叫阻塞率，然而这是以牺牲高优先级用户的切换呼叫性能为代价的；高优先级用户的掉话率也不再为零，受虚拟信道数量S的影响。但是，对于TCRA-O策略，如果虚拟信道数量S设置过大，将会导致高优先级用户的切换失败率上升，对于用户难以接受。如果虚拟信道数量S设置过小，就不能有效保证高优先级用户获取较低的新呼叫阻塞率。如何获取最佳的虚拟信道数量S，以达到对信道资源的最佳利用，获取更好的系统服务质量是TCRA-O策略的关键。目前，该策略通过采取固定的虚拟信道数进行仿真，将虚拟信道数量S设置为小区中真实信道数C的10％，虽然取得了一定的效果，但是虚拟信道数量无法根据系统中用户状况进行自适应的调节以获取最佳的系统服务质量。为了自适应的获取最佳的虚拟信道数量S，以下两点与用户终端相关的因素需要特别考虑：1.用户终端的位置分布用户终端的位置分布决定了其切换时刻，对于小区切换边界的用户而言，其切换即将发生，为其分配虚拟信道很有可能导致切换失败，影响服务质量。对于远离小区切换边界的用户而言，为其分配虚拟信道进行切换预留更有实际意义，同时能够避免其新呼叫被阻塞。因此，需要考虑针对用户终端位置的不同调节虚拟信道数量的设置。2.高优先级用户的流量占比系统中的虚拟信道仅仅服务于高优先级用户切换呼叫的信道预留；如果系统中高优先级用户的流量占比较低，就可以考虑适当减少虚拟信道数量的设置以降低切换失败概率；如果系统中高优先级用户的流量占比较高，就可以考虑适当增加虚拟信道数量以降低新呼叫阻塞率。需要注意的是，通过将上述两种因素相结合，能够进行更加合理的虚拟信道数量设置，确保在切换掉话率接近于零的情况下，获取较小的新呼叫阻塞率，得到最佳的系统服务质量。
技术实现思路
本专利技术为了解决TCRA-O策略中，虚拟信道数量无法根据系统中用户状况进行自适应的调节，导致不能获取最佳的系统服务质量这一问题，提出了一种自适应的超额预订LEO卫星系统信道分配方法。具体步骤如下：步骤一、建立LEO卫星系统的移动性模型，并设定信道分配策略的条件；将各波束小区建模为连续的矩形小区，简称一维移动性模型；每个波束小区中分配有数目为C的可用信道；基于移动性模本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应的超额预订LEO卫星系统信道分配方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、建立LEO卫星系统的移动性模型，并设定信道分配策略的条件；步骤二、针对波束小区C

【技术特征摘要】
1.一种自适应的超额预订LEO卫星系统信道分配方法，其特征在于，具体步骤如下：步骤一、建立LEO卫星系统的移动性模型，并设定信道分配策略的条件；步骤二、针对波束小区Ci，初始时刻设置该波束小区Ci的虚拟信道占用总数S＝0；步骤三、针对某高优先级用户的呼叫请求接入波束小区Ci，判断该呼叫请求是新呼叫请求还是切换呼叫请求，如果是新呼叫请求，进入步骤四，否则，进入步骤五；步骤四、波束小区Ci对高优先级用户的新呼叫请求进行自适应的超额预订信道分配处理，决定是否将该新呼叫请求接入；步骤五、波束小区Ci对高优先级用户的呼叫切换请求进行自适应的超额预订信道分配处理，决定是否将该呼叫切换接入；步骤六、波束小区Ci对终止的呼叫进行处理，将任意虚拟信道上的预留请求转移至其所占用的可用信道上；每当有呼叫终止时，系统将会转移虚拟信道中的呼叫到可用信道上，同时释放该虚拟信道，虚拟信道占用总数S减1。2.如权利要求1所述的一种自适应的超额预订LEO卫星系统信道分配方法，其特征在于，所述的步骤一具体为：将各波束小区建模为连续的矩形小区，简称一维移动性模型；每个波束小区中分配有数目为C的可用信道；基于移动性模型，进行信道分配策略研究时，采用如下假设：1)新呼叫在各波束小区的生成位置服从均匀分布；2)平均呼叫发起率独立于各波束小区中正在进行中的呼叫数目；新呼叫和切换呼叫的到达过程都服从泊松分布，且二者相互独立；不同特征的呼叫到达过程也相互独立；3)呼叫持续时间服从指数分布；4)各波束小区的信道持续时间服从指数分布。3.如权利要求1所述的一种自适应的超额预订LEO卫星系统信道分配方法，其特征在于，所述的步骤四具体步骤如下：步骤401、系统在接收到高优先级用户的新呼叫请求接入后波束小区Ci，首先判断源小区Ci中是否存在空闲信道，如果是，进入步骤402；否则，将该新呼叫请求阻塞；步骤402、判断切换小区Ci+1中是否存在空闲信道，如果是，则为该新呼叫请求在切换小区Ci+1...

【专利技术属性】
技术研发人员：冉静，郭佳妮，刘元安，胡鹤飞，袁东明，高锦春，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11