本发明专利技术涉及低轨卫星网络通信技术领域，具体涉及一种基于终端位置信息的时隙分配方法，包括在竞争接入阶段，终端设备向低轨卫星发送请求数据包，请求数据包中包括终端设备的经纬度信息和时隙需求；在卫星广播阶段，低轨卫星收到所有请求数据包后，根据请求数据包选择目标节点和并发传输节点，并生成时隙调用矩阵，计算每个终端设备数据包的发送时刻，将时隙分配结果进行广播；在数据传输阶段，终端根据广播的时隙分配结果进行数据传输；本发明专利技术解决终端设备与接入卫星远距离传输所引起的传播时延所带来的数据冲突重传、时隙资源浪费大、网络吞吐量低的影响，本发明专利技术基于位置信息通过计算传播时延，采用并发传输的思想，实现无冲突的数据传输。的数据传输。的数据传输。
【技术实现步骤摘要】
一种基于终端位置信息的时隙分配方法
[0001]本专利技术涉及低轨卫星网络通信
，具体涉及一种基于终端位置信息的时隙分配方法。
技术介绍
[0002]随着近几年地面网络信息、空中网络信息的不断膨胀，地面用户和空中用户通信需求不断上升，地面、空中移动设备接入卫星网络的需求也随之增大，低轨卫星通信系统的研究发展不断前进。借助传输时延小，链路衰减弱，覆盖范围广，联合组网能实现全球覆盖的优势，被认为是未来地面、空中网络通信扩展的主要路径，借助卫星接入转发能很好的实现远距离通信。
[0003]空中终端、地面终端和接入卫星之间需要具备完善的信息交互流程、高效的资源分配算法，这也是需要解决的问题。在接收到终端发来的请求后，接入卫星如何合理分配资源，是提高网络通信吞吐量的关键。接入技术是解决上述问题的核心，时分多址(TDMA)协议通过给用户划分时隙进行无竞争传输，最大限度地减小发生碰撞几率且提供有界时延。
[0004]与近距离无线通信网络时隙资源分配方式不同，在近距离无线网络中，链路间的传播时延基本可以忽略。在卫星接入系统中由于地面、天基终端系统与接入卫星之间存在链路距离长，传播时延大，传输一次数据的时间成本较大，传播时延对时隙资源分配方式的影响远远大于传输时延，因此卫星与终端通信的传播时延不能忽略。在一颗低轨卫星的通信覆盖范围内存在多个地面、空中终端设备需要接入卫星进行通信，由于终端设备所处位置不同，它们的链路传播时延也有可能不同。链路间较大的传播延迟使并发传输成为可能。例如，一个高空飞行器和一个地面控制器同时给接入卫星传输一个数据包，由于两个终端与卫星的距离不一样，这两个数据包到达卫星时间也不一样，从而都能无冲突地被卫星正确接收到。
[0005]综上所述，根据终端距离的不同所带来的传播时延差距较大的情况下，这就需要设计一种与传播时延有关的时间资源分配方法，减少数据接收碰撞冲突，减少数据包重传次数，提高网络的吞吐量。
技术实现思路
[0006]为了减少数据接收碰撞冲突、减少数据包重传次数、提高网络的吞吐量，本发专利技术提出一种基于终端位置信息的时隙分配方法，时隙帧结构包括竞争接入阶段、卫星广播阶段和数据传输阶段，进行时隙分配具体包括以下步骤：
[0007]在竞争接入阶段，终端设备向低轨卫星发送请求数据包，请求数据包中包括终端设备的经纬度信息和时隙需求；
[0008]在卫星广播阶段，低轨卫星收到所有请求数据包后，根据请求数据包选择目标节点和并发传输节点，并生成时隙调用矩阵，计算每个终端设备数据包的发送时刻，将时隙分配结果进行广播；
[0009]在数据传输阶段，终端根据广播的时隙分配结果进行数据传输。
[0010]进一步的，在数据传输阶段，将数据传输时延T
tran
分配M个固定长度的子时隙，用于接收到达数据包。
[0011]进一步的，根据请求数据包选择目标节点和并发传输节点的过程包括：
[0012]低轨卫星计算每个终端与其之间距离，并设置一个距离阈值，将小于该阈值的终端划分为近距离集合，其他划分为远距离集合；
[0013]将近距离集合中的终端作为目标节点，为其匹配并发节点，形成该目标节点对应的并发传输子集合；
[0014]判断并发传输子集合中节点的数据包到达处理的时间是否全部使用完，若是则将当前目标节点对应的并发节点作为目标节点，为其匹配并发节点；
[0015]当并发传输子集合中节点数据包到达处理的时间全部使用完，输出并发传输子集合。
[0016]进一步的，成为一个目标节点的并发节点需要满足以下条件：
[0017]每个并发传输子集合中终端节点的数量不超过N个；
[0018]目标节点到并发节点之间的传输时延之差大于T
slot
；
[0019]若有多个节点同时满足需求，选择传播时延较大的节点作为并发节点；
[0020]若有多个节点同时满足需求且传播时延相同，则选择与目标节点相对距离较远的节点作为并发节点；
[0021]每个节点作为并发节点的次数不超过W次。
[0022]进一步的，近距离集合中每个节点对应的并发传输子集合分配时隙，生成时隙调度矩阵，时隙调度矩阵第x行第y列的值代表第x个时隙是否分配给第y个并发传输子集合，当的值为0表示第x个时隙未分配给第y个并发传输子集合，当的值为1表示第x个时隙分配给第y个并发传输子集合，可以表示为：
[0023][0024]其中，u
y
为第y个并发传输子集合。
[0025]进一步的，低轨卫星与一个终端设备之间的距离表示为：
[0026][0027][0028]其中，d
i
表示低轨卫星与终端设备节点i之间的距离；R为地球半径，H为接入卫星的轨道高度；(,)为低轨卫星的经纬度，(,)为终端设备节点i的经纬度；表示余弦函数；表示反余弦函数；表示反正切函数；表示求绝对值。
[0029]进一步的，每个并发传输子集合在发送数据的过程中，并发传输子集合中的节点同时开始发送数据，根据每个节点的数据传输链路的时延确认每个节点数据到达的时隙生成时隙分配表，将时隙分配表广播到并发传输子集合中的节点，发传输子集合中的节点开
始发送数据的时刻在并发传输子集合中传播时延最长节点接收到时隙分配结果之后，且当数据接收阶段开始时恰好可以开始接收并发传输子集合中传输时延最短的一个数据包，终端设备发送数据的时间为：
[0030]；
[0031]其中，为终端设备的发送时间，表示接收时隙的起始时间，为终端设备所在并发传输子集合中发送一个数据包的最短传播时延。
[0032]进一步的，确定终端设备的发送时间之后，在发送数据包的过程中需要满足：
[0033]若t
p
≤ t
s
，则不能在整网统一帧结构的发送时隙开始时刻立即发送数据包，需要等待t
s
‑ꢀ
t
p
时间后发送t
p
时长的数据包；
[0034]若t
s
≤ t
p
≤ T
subtran
，则此时的发送时隙可全部用于发送数据包，而接收时隙需等待t
p
‑ꢀ
t
s
时间后，才能接收到发送的数据包；
[0035]若T
subtran
≤ t
p
≤ t
s
+ T
subtran
，则数据包在发送时隙的一开始可被发送，且发送时隙只有t
p
‑ꢀ
T
subtran
时长可用于发送数据包；
[0036]其中，t
p
为一个终端设备发送一个数据包的传播时延；T
subtran
为数据传输时延T
tran
分配M个固定长度的子时隙。
[0037]本专利技术解决终端设备与本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于终端位置信息的时隙分配方法，其特征在于，时隙帧结构包括竞争接入阶段、卫星广播阶段和数据传输阶段，进行时隙分配具体包括以下步骤：在竞争接入阶段，终端设备向低轨卫星发送请求数据包，请求数据包中包括终端设备的经纬度信息和时隙需求；在卫星广播阶段，低轨卫星收到所有请求数据包后，根据请求数据包选择目标节点和并发传输节点，并生成时隙调用矩阵，计算每个终端设备数据包的发送时刻，将时隙分配结果进行广播；在数据传输阶段，终端根据广播的时隙分配结果进行数据传输。2.根据权利要求1所述的一种基于终端位置信息的时隙分配方法，其特征在于，在数据传输阶段，将数据传输时延T
tran
分配M个固定长度的子时隙，用于接收到达数据包。3.根据权利要求1所述的一种基于终端位置信息的时隙分配方法，其特征在于，根据请求数据包选择目标节点和并发传输节点的过程包括：低轨卫星计算每个终端与其之间距离，并设置一个距离阈值，将小于该阈值的终端划分为近距离集合，其他划分为远距离集合；将近距离集合中的终端作为目标节点，为其匹配并发节点，形成该目标节点对应的并发传输子集合；判断并发传输子集合中节点的数据包到达处理的时间是否全部使用完，若是则将当前目标节点对应的并发节点作为目标节点，为其匹配并发节点；当并发传输子集合中节点数据包到达处理的时间全部使用完，输出并发传输子集合。4.根据权利要求3所述的一种基于终端位置信息的时隙分配方法，其特征在于，成为一个目标节点的并发节点需要满足以下条件：每个并发传输子集合中终端节点的数量不超过N个；目标节点到并发节点之间的传输时延之差大于T
slot
；若有多个节点同时满足需求，选择传播时延较大的节点作为并发节点；若有多个节点同时满足需求且传播时延相同，则选择与目标节点相对距离较远的节点作为并发节点；每个节点作为并发节点的次数不超过W次。5.根据权利要求3所述的一种基于终端位置信息的时隙分配方法，其特征在于，近距离集合中每个节点对应的并发传输子集合分配时隙，生成时隙调度矩阵，时隙调度矩阵第x行第y列的值代表第x个时隙是否分配给第y个并发传输子集合，当的值为0表示第x个时隙未分配给第y个并发传输子集合，当的值为1表示第x个时隙分配给第y个并发传输子集合。6.根据权利要求3所述的一种基于终端位置信息的时隙分配方法，其...
【专利技术属性】
技术研发人员：王志刚，苟娟，
申请(专利权)人：成都本原星通科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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