【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及卫星通信领域，尤其涉及一种基于分集时隙aloha协议的自适应随机接入方法。
技术介绍
1、多址接入技术是卫星通信系统的关键技术之一，接入指标的好坏直接关系整个卫星系统的通信效率。传统的卫星通信系统多址接入技术主要分为竞争多址接入技术和非竞争多址接入技术。其中，竞争多址接入技术以aloha经典协议为基础，不断发展出一系列演进协议。
2、1)纯aloha(pure aloha)
3、基本原理：各个终端根据实际需要随机抢占公共信道发送数据分组，当发生碰撞后，终端随机回退一段时间后进行重发。
4、该算法缺点为当网络规模较大时，碰撞和重传次数激增，吞吐量大幅下降。纯aloha协议的信道吞吐率理论峰值仅为18.4％。
5、2)时隙aloha(slotted aloha，s-aloha)
6、基本原理：将公共信道按照时间进行离散，划分为固定长度的时隙，设置统一的系统时钟。终端需要发送数据时，必须在规定的时隙头进行发送。
7、该算法缺点是各个终端需要延迟约一个时隙的时间才能发送数据，导致数据传输效率降低。
8、3)分集时隙aloha(diversity slotted aloha,dsa)
9、基本原理：终端在发送一个数据分组时，同时发送该数据分组的多个副本，接收端在成功接收任一副本后，拒绝其它相同的副本，避免数据的重复接收。
10、这些副本既可以在不同频率的信道上发送(频率分集，frequency diversity)，也
11、该算法缺点是多个副本会导致信道负载增加，从而造成更多的冲突和重发，降低系统容量。
12、因此，设计一种基于分集时隙aloha协议的自适应随机接入方法十分重要的。
技术实现思路
1、低轨卫星互联网具有轨道位置较低、网络节点数量较多、卫星移动速度相对较快等特点，对于传统的竞争多址接入技术提出严峻的挑战：首先，传统竞争多址接入技术性能主要考虑吞吐率，低轨卫星接入技术则需要同时考虑接入时延和丢包率等性能指标；其次，传统竞争多址接入技术的协议参数在初始化确定后，整个网络运行过程中不再发生变化，低轨卫星接入技术则需要具备根据网络实时负载进行协议参数动态调整的能力。
2、针对上述要求，本专利技术提出了一种基于分集时隙aloha协议的自适应随机接入方法。
3、该方法主要涉及卫星互联网管控中心、低轨卫星、终端三个网络实体，包括如下步骤：
4、步骤1：卫星互联网管控中心的算法功能是进行网络状态监测，并将网络状态监测参数通过馈电链路发送给低轨卫星；
5、步骤2：低轨卫星的算法功能是进行信道状态监测，并将信道状态监测参数和接收自卫星互联网管控中心监测的网络状态参数通过前向用户链路发送给终端；
6、步骤3：终端的算法功能是对接收到的状态参数进行解析处理，根据状态参数动态计算出分集时隙aloha协议相关参数，最终实现自适应分集时隙aloha算法。
7、优选的，步骤1中，卫星互联网管控中心的主要算法功能是进行网络状态监测，需要监测的网络状态参数包括：
8、(1)当前卫星波束覆盖范围内终端总数
9、由于低轨卫星网络的高动态性，卫星波束覆盖范围内的终端总数始终处于波动变化中；影响终端总数的参数包括原波束覆盖范围内终端总数n'access，新发起初始登录请求的终端数ninit_login、原波束覆盖范围内退网的终端数nquit、相邻波束覆盖范围内切入的终端数nhandover_in、原波束覆盖范围内切出的终端数nhandover_out；上述终端的移动性管理过程都需要卫星互联网管控中心参与实现；
10、综上，卫星互联网管控中心对当前卫星波束覆盖范围内终端总数naccess的计算公式为：
11、naccess＝n’access+ninit_login-nquit+nhandover_in-nhandover_out (9)
12、(2)发起资源请求信令概率
13、卫星互联网管控中心接收终端的资源请求信令并分配相应资源，可通过统计方式计算出单位时间内终端发起资源请求的概率presource_requst；
14、(3)发起轻量业务概率
15、卫星互联网管控中心接收终端的轻量业务并进行处理，可通过统计方式计算出单位时间内终端发起轻量业务的概率plight_service。
16、优选的，步骤2中，低轨卫星的主要算法功能是进行信道状态监测；具体方式为星载转发器对返向链路信道状态进行实时监测和分析，并将信道状态监测参数及接收自卫星互联网管控中心的网络状态参数通过前向链路广播周期下发；本专利技术采用超帧作为信道状态监测的时间单位，低轨卫星星载转发器需要监测的信道状态参数主要包括：
17、(1)冲突时隙数ncollision
18、设定ncollision为从超帧帧头至当前时刻发生冲突的时隙总数，超帧结束时需要对ncollision进行清零；
19、(2)成功时隙数nsuccess
20、设定nsuccess为从超帧帧头至当前时刻传输成功的时隙总数，并且要求该成功时隙的前r时间间隔必须为冲突时隙；超帧结束时需要对nsuccess进行清零。
21、优选的，步骤3中，终端为本专利技术方法的主要实现实体，具体流程如下：
22、步骤3.1：接收并解析状态参数
23、终端接收低轨卫星发送的前行链路信号，从中解析出状态参数，如上所述，状态参数包括低轨卫星监测的信道状态参数和低轨卫星转发自卫星互联网管控中心监测的网络状态参数；
24、步骤3.2：估算当前网络负载率g值
25、负载率指的是单位时间内数据分组的平均到达次数，包括新生成数据分组和重发数据分组，通过对状态参数进行分析，分别估算出单位时间内新生成数据分组和重发数据分组的平均到达次数，从而对负载率g值进行估算；
26、步骤3.3：动态确定副本数k值
27、副本数指的是终端在一次发送过程中最多可发送关于某特定数据分组的重复个数；对于分集时隙aloha算法，针对负载率g的不同取值，不同副本数k所对应的算法综合性能表现不同，因此可根据当前负载率g值，动态确定副本数k值；
28、步骤3.4：动态确定发送概率ρ值
29、发送概率指的是终端在当前时隙发送某特定数据分组的可能性大小。为了改善分集时隙aloha多个副本会导致信道负载增加的不足，根据用户类型、数据分组类型划分优先级，并参考当前副本数k所对应的发送概率ρ的建议取值范围，动态确定发送概率ρ值；
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【技术保护点】
1.一种基于分集时隙ALOHA协议的自适应随机接入方法，其特征在于，该方法主要涉及卫星互联网管控中心、低轨卫星、终端三个网络实体，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于分集时隙ALOHA协议的自适应随机接入方法，其特征在于，步骤1中，卫星互联网管控中心的主要算法功能是进行网络状态监测，需要监测的网络状态参数包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于分集时隙ALOHA协议的自适应随机接入方法，其特征在于，步骤2中，低轨卫星的主要算法功能是进行信道状态监测；具体方式为星载转发器对返向链路信道状态进行实时监测和分析，并将信道状态监测参数及接收自卫星互联网管控中心的网络状态参数通过前向链路广播周期下发；本专利技术采用超帧作为信道状态监测的时间单位，低轨卫星星载转发器需要监测的信道状态参数主要包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于分集时隙ALOHA协议的自适应随机接入方法，其特征在于，步骤3中，终端为本专利技术方法的主要实现实体，具体流程如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于分集时隙ALOHA协议的自适应随机接入方法，其特征在于，
6.根据权利要求4所述的一种基于分集时隙ALOHA协议的自适应随机接入方法，其特征在于，重发数据分组的负载率估算方法基于信道状态的监测、分析和预测；预测原理为：当监测到某个时隙发生冲突，则说明网络中至少有两个数据分组在该时隙发生碰撞并且需要重传；另外，当监测到某个时隙传输成功，并且该时隙的前R时间间隔恰好为冲突时隙，基于分集时隙ALOHA协议原理，此次成功时隙传输的数据分组类型极大概率为重传数据分组；
7.根据权利要求4所述的一种基于分集时隙ALOHA协议的自适应随机接入方法，其特征在于，副本数k值的确定方法基于当前网络负载率G值的估算；根据仿真分析，以算法综合性能高于时隙ALOHA算法为基准，副本数k的建议取值与负载率G的对应关系如下：
8.根据权利要求4所述的一种基于分集时隙ALOHA协议的自适应随机接入方法，其特征在于，为了改善分集时隙ALOHA多个副本会导致信道负载增加的不足，根据用户类型、数据分组类型划分优先级，并参考当前副本数k所对应的发送概率ρ的建议取值范围，动态确定发送概率ρ值。
9.根据权利要求8所述的一种基于分集时隙ALOHA协议的自适应随机接入方法，其特征在于，发送概率ρ值的确定方法参考优先级划分；优先级越高，发送概率ρ越高；根据用户类型进行优先级划分，如军用用户和民用用户对应优先级系数分别设置为α1、α2，αi∈[0,1]；根据数据分组类型进行优先级划分，如初始登录请求信令、资源请求信令和轻量业务对应优先级系数分别设置为β1、β2、β3,βi∈[0,1]。
10.根据权利要求8所述的一种基于分集时隙ALOHA协议的自适应随机接入方法，其特征在于，发送概率ρ值的确定方法参考副本数k对应的发送概率ρ的建议取值范围；根据仿真分析，以算法综合性能高于时隙ALOHA为基准，发送概率ρ的建议取值范围Q与副本数k的对应关系如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于分集时隙aloha协议的自适应随机接入方法，其特征在于，该方法主要涉及卫星互联网管控中心、低轨卫星、终端三个网络实体，包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于分集时隙aloha协议的自适应随机接入方法，其特征在于，步骤1中，卫星互联网管控中心的主要算法功能是进行网络状态监测，需要监测的网络状态参数包括：
3.根据权利要求1所述的一种基于分集时隙aloha协议的自适应随机接入方法，其特征在于，步骤2中，低轨卫星的主要算法功能是进行信道状态监测；具体方式为星载转发器对返向链路信道状态进行实时监测和分析，并将信道状态监测参数及接收自卫星互联网管控中心的网络状态参数通过前向链路广播周期下发；本发明采用超帧作为信道状态监测的时间单位，低轨卫星星载转发器需要监测的信道状态参数主要包括：
4.根据权利要求1所述的一种基于分集时隙aloha协议的自适应随机接入方法，其特征在于，步骤3中，终端为本发明方法的主要实现实体，具体流程如下：
5.根据权利要求4所述的一种基于分集时隙aloha协议的自适应随机接入方法，其特征在于，新生成数据分组负载率估算方法如下，在卫星通信系统中，使用时隙aloha接入方式的数据分组类型主要包括初始登录请求信令、资源请求信令和轻量业务：
6.根据权利要求4所述的一种基于分集时隙aloha协议的自适应随机接入方法，其特征在于，重发数据分组的负载率估算方法基于信道状态的监测、分析和预测；预测原理为：当监测到某个时隙发生冲突，则说明网络中至少有两个数据分组在该时隙发生碰撞并且...
【专利技术属性】
技术研发人员：崔佳，蔡松平，李玮，胡丹妮，
申请(专利权)人：陕西烽火电子股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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