一种空天网络中基于QoS和GPS的多属性切换方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种空天网络中基于QoS和GPS的多属性切换方法及系统，以飞行器作为终端在GEO卫星和临近空间平台组成的混合网络中进行切换，利用不同服务类型对网络QoS参数的敏感度不同的特点，设计多属性加权选择目标接入点方法，使用GPS作为切换辅助信息，综合设计了一种多属性切换方案。通过综合考虑信号质量、业务质量以及轨迹信息进行切换，可以很大程度上减少不必要的切换，同时减少了整体网络服务的平均传输时延，提高整体网络的带宽利用率。

Multi attribute switching method and system based on QoS and GPS in air and space network

The invention discloses a system and multi attribute handoff method based on GPS QoS and an aerospace network, with aircraft as switched hybrid network terminal in GEO satellite and near space platform, using different types of services on the network QoS parameters the sensitivity of different characteristics, design of multi attribute weighted target access point method the use of GPS as a switch, auxiliary information, comprehensive design of a multi attribute handoff scheme. Switching through considering the signal quality, service quality and track information, can greatly reduce unnecessary handover, and to reduce the average transmission delay of the whole network service, improve the utilization rate of the overall network bandwidth.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于通信
，更具体地，涉及一种空天网络中基于QoS和GPS的多属性切换方法及系统。
技术介绍
基于单属性的切换方法广泛应用于现有通信系统之中，在目前的单无线网络类型中能够获得较好的性能，满足无缝切换的要求和指标，为用户提供移动持续无线网络服务。但是，在空天网络的发展中，下一代空天网络的趋势将是多网络混合，因此，不同网络之间判断网络服务质量的指标将会由于链路不同、网络不同、服务类型不同、用户类型的不同而不是单一的，网络服务质量将是由多个不同的属性所决定。因此在空天网络中需要设计在不同网络情况下保障切换性能的多属性综合切换方法。混合空天网络是指融合了卫星，临近空间平台的空天网络。不同网络的融合让无线访问接入点(WirelessAccessPoint，AP)的服务能力、覆盖范围、信号功率质量等都有所不同，单一的信号质量评判标准，在下一代空天信息网络的引入之后，不能很好的满足切换的新的挑战和需求。一方面因为用户的服务类型多样化，不同类型的服务对于链路的各项性能要求不同，如语音对于时延很敏感对带宽要求不高，而数据业务对时延要求不高而对带宽要求很高，同时，不同的基站或者波束接入点对于不同的服务类型所能提供的服务质量(QualityofService，Qos)是不同的，仅仅依靠接收信号强度无法正确评估网络的性能。另一方面，不同网络的融合就会带来用户的可用网络选择问题，而不是单一的网络接入在不同网络间的选择权衡，因此需要多个因素综合考虑以保障公平性和用户服务的质量。因此，提供一种能够适应不同网络变化的适用于下一代空天信息网络的切换算法是是业界亟需解决的难题。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本专利技术提供了一种空天网络中基于QoS和GPS的多属性切换方法及系统，通过综合考虑信号质量、业务质量以及轨迹信息进行切换，可以很大程度上减少不必要的切换，同时减少了整体网络服务的平均传输时延，提高整体网络的带宽利用率。由此解决现有技术中无法在混合空天网络中较为公平地进行网络质量评判，保障切换性能的技术问题。为实现上述目的，按照本专利技术的一个方面，提供了一种空天网络中基于QoS和GPS的多属性切换方法，包括：(1)：根据获取的可探测到的各接入点的服务链路的属性信息得到各接入点的链路质量报告，同时根据获取的终端当前的位置信息生成测量报告，所述测量报告包括所述各接入点的链路质量报告以及终端当前的位置信息，向所述各接入点发送所述测量报告；(2)：根据所述测量报告计算出各接入点的服务链路的属性信息的主观权重向量W1以及客观权重向量W2，最后得到联合权重向量W＝αW1+βW2其中，α、β表示主客观权重对于联合权重的作用程度，α+β＝1，其中，W1的计算方式为：W1＝X'⊙w，X'为对所述各接入点的服务链路的属性信息构成的属性矩阵进行归一化后得到的归一化矩阵，⊙表示矩阵元素对应相乘，w为终端当前的服务类型决定的各属性信息对应的权重向量，W2为根据所述属性矩阵按列进行变换得到；(3)：通过联合权重向量W，采用灰色关联系数法计算得到所述各接入点对应的服务链路的链路质量衡量标准GRC值，并将GRC值进行排序得到所述各接入点切换的优先级；(4)：进行切换判决，具体包括以下子步骤：(4-1)：判断终端当前连接的接入点类型，若当前接入点类型为GEO卫星，则在可探测到的各接入点中存在临近空间平台接入点时，判断探测到的各临近空间平台接入点中的最大GRC值与当前连接的GEO卫星的GRC值之间的差值是否大于切换阈值，若大于，则判断终端与具有最大GRC值的临近空间平台接入点的运动夹角θ是否小于75°，若小于，则向该临近空间平台接入点发送切换请求，否则不执行切换，维持原来的GEO链路服务，其中，运动夹角θ表示终端的运动方向与终端的位置到接入点位置的方向矢量之间的夹角；(4-2)：若当前接入点类型为临近空间平台接入点，在终端处于GEO接入点和当前临近空间平台接入点的重叠覆盖区域时，获取终端和当前临近空间平台接入点之间的距离D，若终端与当前临近空间平台接入点的运动夹角θ大于90°并且D＞R-Vr×t0成立，则向GEO卫星发送切换请求，否则不执行切换，其中，R为当前临近空间平台接入点覆盖区域半径，Vr为终端的径向速度，Vr＝Vcosθ，V为终端的运动速度，t0为从当前临近空间平台接入点切换到GEO卫星需要的时间；(4-3)：若当前接入点类型为临近空间平台接入点，在终端处于GEO接入点和多个临近空间平台接入点的重叠覆盖区域时，判断该多个临近空间平台接入点中的最大GRC值与当前接入的临近空间平台接入点的GRC值之间的差值是否大于切换阈值，若大于，则判断当前接入的临近空间平台接入点的GRC值是否小于基本门限值，若是则判断该多个临近空间平台接入点中的最大GRC值是否大于基本门限值，若不大于，则向GEO卫星发送切换请求；若当前接入的临近空间平台接入点的GRC值不小于基本门限值或者该多个临近空间平台接入点中的最大GRC值大于基本门限值，则在终端与具有最大GRC值对应的临近空间平台的接入点运动夹角θ小于75°且终端和当前接入的临近空间平台接入点的运动夹角θ大于90°，或者在终端与具有最大GRC值对应的临近空间平台接入点的运动夹角θ小于90°且小于终端和当前接入的临近空间平台接入点的运动夹角θ时，则向该具有最大GRC值对应的临近空间平台发送切换请求。优选地，所述服务链路的属性信息包括：误码率BER、链路带宽Bandwidth、接入时延Accessdelay以及时延抖动Jitter。优选地，所述终端的服务类型包括：对话型Conversational、流型Streaming、交互型Interactive以及背景型Background。按照本专利技术的另一方面，提供了一种空天网络中基于QoS和GPS的多属性切换系统，包括：测量报告生成模块、联合权重计算模块、GRC计算模块以及切换判决模块：所述测量报告生成模块，用于根据获取的可探测到的各接入点的服务链路的属性信息得到各接入点的链路质量报告，同时根据获取的终端当前的位置信息生成测量报告，所述测量报告包括所述各接入点的链路质量报告以及终端当前的位置信息，向所述各接入点发送所述测量报告；所述联合权重计算模块，用于根据所述测量报告计算出各接入点的服务链路的属性信息的主观权重向量W1以及客观权重向量W2，最后得到联合权重向量W＝αW1+βW2其中，α、β表示主客观权重对于联合权重的作用程度，α+β＝1，其中，W1的计算方式为：W1＝X'⊙w，X'为对所述各接入点的服务链路的属性信息构成的属性矩阵进行归一化后得到的归一化矩阵，⊙表示矩阵元素对应相乘，w为终端当前的服务类型决定的各属性信息对应的权重向量，W2为根据所述属性矩阵按列进行变换得到；所述GRC计算模块，用于通过联合权重向量W，采用灰色关联系数法计算得到所述各接入点对应的服务链路的链路质量衡量标准GRC值，并将GRC值进行排序得到所述各接入点切换的优先级；所述切换判决模块，用于判断终端当前连接的接入点类型，若当前接入点类型为GEO卫星，则在可探测到的各接入点中存在临近空间平台接入点时，判断探测到的各临近空间平台接入点中的最大GRC值与当前连接的GEO卫星的GRC值之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空天网络中基于QoS和GPS的多属性切换方法，其特征在于，包括：(1)：根据获取的可探测到的各接入点的服务链路的属性信息得到各接入点的链路质量报告，同时根据获取的终端当前的位置信息生成测量报告，所述测量报告包括所述各接入点的链路质量报告以及终端当前的位置信息，向所述各接入点发送所述测量报告；(2)：根据所述测量报告计算出各接入点的服务链路的属性信息的主观权重向量W1以及客观权重向量W2，最后得到联合权重向量W＝αW1+βW2其中，α、β表示主客观权重对于联合权重的作用程度且α+β＝1，其中，W1的计算方式为：W1＝X'⊙w，X'为对所述各接入点的服务链路的属性信息构成的属性矩阵进行归一化后得到的归一化矩阵，⊙表示矩阵元素对应相乘，w为终端当前的服务类型决定的各属性信息对应的权重向量，W2为根据所述属性矩阵按列进行变换得到；(3)：通过联合权重向量W，采用灰色关联系数法计算得到所述各接入点对应的服务链路的链路质量衡量标准GRC值，并将GRC值进行排序得到所述各接入点切换的优先级；(4)：进行切换判决，具体包括以下子步骤：(4‑1)：判断终端当前连接的接入点类型，若当前接入点类型为GEO卫星，则在可探测到的各接入点中存在临近空间平台接入点时，判断探测到的各临近空间平台接入点中的最大GRC值与当前连接的GEO卫星的GRC值之间的差值是否大于切换阈值，若大于，则判断终端与具有最大GRC值的临近空间平台接入点的运动夹角θ是否小于75°，若小于，则向该临近空间平台接入点发送切换请求，否则不执行切换，维持原来的GEO链路服务，其中，运动夹角θ表示终端的运动方向与终端的位置到接入点位置的方向矢量之间的夹角；(4‑2)：若当前接入点类型为临近空间平台接入点，在终端处于GEO接入点和当前临近空间平台接入点的重叠覆盖区域时，获取终端和当前临近空间平台接入点之间的距离D，若终端与当前临近空间平台接入点的运动夹角θ大于90°并且D＞R‑Vr×t0成立，则向GEO卫星发送切换请求，否则不执行切换，其中，R为当前临近空间平台接入点覆盖区域半径，Vr为终端的径向速度，Vr＝Vcosθ，V为终端的运动速度，t0为从当前临近空间平台接入点切换到GEO卫星需要的时间；(4‑3)：若当前接入点类型为临近空间平台接入点，在终端处于GEO接入点和多个临近空间平台接入点的重叠覆盖区域时，判断该多个临近空间平台接入点中的最大GRC值与当前接入的临近空间平台接入点的GRC值之间的差值是否大于切换阈值，若大于，则判断当前接入的临近空间平台接入点的GRC值是否小于基本门限值，若是则判断该多个临近空间平台接入点中的最大GRC值是否大于基本门限值，若不大于，则向GEO卫星发送切换请求；若当前接入的临近空间平台接入点的GRC值不小于基本门限值或者该多个临近空间平台接入点中的最大GRC值大于基本门限值，则在终端与具有最大GRC值对应的临近空间平台接入点的运动夹角θ小于75°且终端和当前接入的临近空间平台接入点的运动夹角θ大于90°，或者在终端与具有最大GRC值对应的临近空间平台接入点的运动夹角θ小于90°且小于终端和当前接入的临近空间平台接入点的运动夹角θ时，则向该具有最大GRC值对应的临近空间平台发送切换请求。...

【技术特征摘要】
1.一种空天网络中基于QoS和GPS的多属性切换方法，其特征在于，包括：(1)：根据获取的可探测到的各接入点的服务链路的属性信息得到各接入点的链路质量报告，同时根据获取的终端当前的位置信息生成测量报告，所述测量报告包括所述各接入点的链路质量报告以及终端当前的位置信息，向所述各接入点发送所述测量报告；(2)：根据所述测量报告计算出各接入点的服务链路的属性信息的主观权重向量W1以及客观权重向量W2，最后得到联合权重向量W＝αW1+βW2其中，α、β表示主客观权重对于联合权重的作用程度且α+β＝1，其中，W1的计算方式为：W1＝X'⊙w，X'为对所述各接入点的服务链路的属性信息构成的属性矩阵进行归一化后得到的归一化矩阵，⊙表示矩阵元素对应相乘，w为终端当前的服务类型决定的各属性信息对应的权重向量，W2为根据所述属性矩阵按列进行变换得到；(3)：通过联合权重向量W，采用灰色关联系数法计算得到所述各接入点对应的服务链路的链路质量衡量标准GRC值，并将GRC值进行排序得到所述各接入点切换的优先级；(4)：进行切换判决，具体包括以下子步骤：(4-1)：判断终端当前连接的接入点类型，若当前接入点类型为GEO卫星，则在可探测到的各接入点中存在临近空间平台接入点时，判断探测到的各临近空间平台接入点中的最大GRC值与当前连接的GEO卫星的GRC值之间的差值是否大于切换阈值，若大于，则判断终端与具有最大GRC值的临近空间平台接入点的运动夹角θ是否小于75°，若小于，则向该临近空间平台接入点发送切换请求，否则不执行切换，维持原来的GEO链路服务，其中，运动夹角θ表示终端的运动方向与终端的位置到接入点位置的方向矢量之间的夹角；(4-2)：若当前接入点类型为临近空间平台接入点，在终端处于GEO接入点和当前临近空间平台接入点的重叠覆盖区域时，获取终端和当前临近空间平台接入点之间的距离D，若终端与当前临近空间平台接入点的运动夹角θ大于90°并且D＞R-Vr×t0成立，则向GEO卫星发送切换请求，否则不执行切换，其中，R为当前临近空间平台接入点覆盖区域半径，Vr为终端的径向速度，Vr＝Vcosθ，V为终端的运动速度，t0为从当前临近空间平台接入点切换到GEO卫星需要的时间；(4-3)：若当前接入点类型为临近空间平台接入点，在终端处于GEO接入点和多个临近空间平台接入点的重叠覆盖区域时，判断该多个临近空间平台接入点中的最大GRC值与当前接入的临近空间平台接入点的GRC值之间的差值是否大于切换阈值，若大于，则判断当前接入的临近空间平台接入点的GRC值是否小于基本门限值，若是则判断该多个临近空间平台接入点中的最大GRC值是否大于基本门限值，若不大于，则向GEO卫星发送切换请求；若当前接入的临近空间平台接入点的GRC值不小于基本门限值或者该多个临近空间平台接入点中的最大GRC值大于基本门限值，则在终端与具有最大GRC值对应的临近空间平台接入点的运动夹角θ小于75°且终端和当前接入的临近空间平台接入点的运动夹角θ大于90°，或者在终端与具有最大GRC值对应的临近空间平台接入点的运动夹角θ小于90°且小于终端和当前接入的临近空间平台接入点的运动夹角θ时，则向该具有最大GRC值对应的临近空间平台发送切换请求。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述服务链路的属性信息包括：误码率BER、链路带宽Bandwidth、接入时延Accessdelay以及时延抖动Jitter。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述终端的服务类型包括：对话型Conversational、流型Streaming、交互型Interactive以及背景型Background。4.一种空天网络中基于QoS和GPS的多属性切换系统，...

【专利技术属性】
技术研发人员：董燕，鲁放，卜银娜，汪玥，王康月，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42