專利名稱：一種mf-tdma衛(wèi)星系統(tǒng)中的載波信道選擇方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航天信息技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種應(yīng)用于航天信息領(lǐng)域的MF-TDMA通信衛(wèi)星無線資源管理器中載波信道選擇方法，尤其是一種適合于在衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)管理上行鏈路資源，實(shí)現(xiàn)多用戶(包括地面用戶或航空飛行器)多業(yè)務(wù)通信的天基移動(dòng)通信系統(tǒng)無線資源管理方法。
背景技術(shù)：
天基移動(dòng)通信系統(tǒng)是一種以衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)為主，利用不同軌道上多種類型的衛(wèi)星作為網(wǎng)絡(luò)接入節(jié)點(diǎn)來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)用戶之間或移動(dòng)用戶與固定用戶之間相互通信的一種無線通信系統(tǒng)。該通信系統(tǒng)具有星上自主的信息獲取、存儲(chǔ)、處理及分發(fā)能力，能與陸、海、空基的信息系統(tǒng)互聯(lián)，實(shí)現(xiàn)信息的多元、立體共享，成為下一代移動(dòng)通信(4G)和國家信息高速公路 的重要組成部分。寬帶多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)的無線資源分配與管理是系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)之一。資源管理器的本質(zhì)就是要解決多用戶業(yè)務(wù)的無線資源共享問題。多頻時(shí)分接入技術(shù)(MF-TDMA)是時(shí)分技術(shù)和頻分技術(shù)的結(jié)合，是寬帶多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)之一，被廣泛應(yīng)用于ATM-based, DVB-based和IP-based等衛(wèi)星通信系統(tǒng)的上行鏈路設(shè)計(jì)中，是目前衛(wèi)星移動(dòng)通信技術(shù)研究的熱點(diǎn)。如圖I所示，將MF-TDMA中的載波/時(shí)隙資源占用表看成是一個(gè)二維的矩陣，其中列代表不同頻率的載波，行表示按時(shí)間劃分的時(shí)隙。目前，對(duì)于寬帶多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的MF-TDMA，時(shí)隙資源分配問題中的約束條件主要有如下4個(gè)(I)資源管理器響應(yīng)終端發(fā)起的請(qǐng)求，為一個(gè)連接分配的資源要限制在一個(gè)載波中；(2)資源管理器為同一終端分配的時(shí)隙資源，在時(shí)間上不能重疊；(3)為避免沖突的發(fā)生，同一個(gè)時(shí)隙資源不能同時(shí)分配給兩個(gè)連接；(4)為一個(gè)終端分配的時(shí)隙總數(shù)不能超過一個(gè)載波的時(shí)隙容量。由于上述限制的存在，所以同一個(gè)終端的所有連接資源往往分配到一個(gè)載波中。因此時(shí)隙分配過程可以分解為兩個(gè)步驟載波選擇和載波內(nèi)時(shí)隙分配問題。第一步是確定在哪個(gè)載波信道中為終端用戶分配資源，第二步是如何在該信道中確定可用時(shí)隙資源分配給終端。MF-TDMA時(shí)隙資源分配問題可以描述為在一定約束條件下，針對(duì)某業(yè)務(wù)對(duì)時(shí)隙數(shù)的需求，如何從上述時(shí)隙矩陣中的空閑時(shí)隙中尋找最優(yōu)時(shí)隙位置的問題。具體來說，當(dāng)MF-TDMA時(shí)隙分配器收到某業(yè)務(wù)的時(shí)隙需求后，時(shí)隙分配器將從時(shí)隙資源占用表中查找空閑時(shí)隙，并從中找到最合適的時(shí)隙分配給該業(yè)務(wù)，這種分配是需要滿足一定約束條件的，同時(shí)需要按照業(yè)務(wù)的QoS要求分配時(shí)隙。時(shí)隙資源利用率反映了一個(gè)MF-TDMA系統(tǒng)的帶寬可利用率，是評(píng)價(jià)系統(tǒng)性能的重要指標(biāo)。在對(duì)載波選擇部分的研究中，最經(jīng)典也是最具代表的是J. M. Park等人提出的RCP-FIT算法。RCP-FIT算法加入了載波標(biāo)簽的概念，將信道標(biāo)志成為預(yù)約、共享和空載三種狀態(tài)，采用了預(yù)約優(yōu)先的信道選擇方法，并與First-fit和Best-fit算法進(jìn)行了比較并顯示了較好的仿真結(jié)果。后來董啟甲、張軍等人針對(duì)RCP-FIT算法中不能適應(yīng)多用戶多業(yè)務(wù)接入場(chǎng)景的方面提出了可載波調(diào)整的載波預(yù)留算法(RCP-A)算法，在用戶資源不能接入的情況下對(duì)業(yè)務(wù)資源進(jìn)行整體的載波調(diào)整，解決了用戶的信道選擇問題。但此改進(jìn)算法仍然不能解決在多用戶多次連接和釋放之后所造成的大量時(shí)隙碎片以及載波標(biāo)簽的混亂，需要針對(duì)其不足作出改進(jìn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種MF-TDMA衛(wèi)星系統(tǒng)中的載波信道選擇方法，以保證載波信道的合理利用，降低由于載波信道負(fù)載不均衡引起的資源利用率低的問題，提高信道資源利用率。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案如下 一種MF-TDMA衛(wèi)星系統(tǒng)中的載波信道選擇方法，其關(guān)鍵在于按照以下步驟進(jìn)行步驟(I):連接開始，用戶終端根據(jù)需要向星上資源管理器發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)；步驟(2):星上資源管理器通過載波標(biāo)簽方式將載波預(yù)設(shè)為三種類型，分別為預(yù)約載波=a、共享載波=P、空閑載波=Y，星上資源管理器接收用戶終端發(fā)出的時(shí)隙申請(qǐng)，并判斷用戶終端是否為首次發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)，如果用戶終端是首次發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)則按照步驟(3)進(jìn)行處理；如果用戶終端不是首次發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)則按照步驟(4)進(jìn)行處理；步驟(3):用戶終端屬于首次發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)，按照以下步驟進(jìn)行步驟3-1 :星上資源管理器判斷是否存在載波標(biāo)簽為Y的信道，如果存在，則選擇一個(gè)載波標(biāo)簽為Y的信道分配給用戶終端，并將該信道的載波標(biāo)簽改為a ;如果不存在，則進(jìn)入步驟3-2 ；步驟3-2 :星上資源管理器尋找當(dāng)前系統(tǒng)中負(fù)載最小的載波信道作為目標(biāo)載波信道;步驟3-3 :星上資源管理器在目標(biāo)載波信道中進(jìn)行時(shí)隙資源試分配，如果成功，則將該目標(biāo)載波信道分配給用戶終端，并將該載波信道簽設(shè)為P ;如果失敗，則發(fā)送時(shí)隙申請(qǐng)失敗消息，拒絕本次連接；步驟(4):用戶終端不屬于首次發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)，按照以下步驟進(jìn)行步驟4-1 :星上資源管理器將用戶終端上次連接時(shí)分配的載波信道作為目標(biāo)載波信道，并在該目標(biāo)載波信道中進(jìn)行時(shí)隙資源試分配，如果成功則進(jìn)入步驟4-3 ;如果不成功，則進(jìn)入步驟4-2;步驟4-2 :星上資源管理器進(jìn)行載波信道調(diào)整，其具體過程如下步驟4-2-1 :星上資源管理器查找系統(tǒng)當(dāng)前是否存在載波標(biāo)簽為Y的信道，如果存在，則將用戶終端的所有連接重置到該信道中，然后將該信道標(biāo)簽設(shè)為a，進(jìn)入步驟4-2-4 ;如果不存在載波標(biāo)簽為Y的信道，則進(jìn)入步驟4-2-2;步驟4-2-2 :獲取用戶終端的所有連接情況，計(jì)算調(diào)整用戶終端所有連接所需的時(shí)隙總數(shù)，獎(jiǎng)負(fù)載最小的載波信道調(diào)整為目標(biāo)載波信道；步驟4-2-3:在目標(biāo)載波信道中進(jìn)行時(shí)隙試分配，如果分配成功，則進(jìn)入步驟4-2-4 ;如果分配失敗，則進(jìn)入步驟4-4 ；步驟4-2-4 :判斷步驟4-2-2中被調(diào)整的載波中是否有多個(gè)用戶終端占用的情況，如果只是單用戶占用，則判斷是否有時(shí)隙碎片，如果有時(shí)隙碎片，則合并時(shí)隙碎片并將信道標(biāo)簽改為a ;如果是多個(gè)用戶占用，則判斷是否有時(shí)隙碎片，如果有時(shí)隙碎片，則計(jì)算當(dāng)前時(shí)隙碎片的數(shù)量并將 其納入連接的可用時(shí)隙數(shù)中，將信道標(biāo)簽改為P，信道標(biāo)簽如果調(diào)整成功，進(jìn)入步驟4-3 ;如果調(diào)整不成功，進(jìn)入步驟4-4 ；步驟4-3 :載波分配成功，更新資源管理器中用戶連接和資源分配信息，并向用戶終端發(fā)送新的時(shí)隙分配結(jié)果；步驟4-4 :載波分配失敗，拒絕用戶終端本次連接。本發(fā)明的顯著效果是采用載波信道標(biāo)簽轉(zhuǎn)換的方法，根據(jù)當(dāng)前載波內(nèi)的用戶數(shù)及時(shí)更新經(jīng)過調(diào)整后的載波信道標(biāo)簽，使后面接入的用戶能正確的了解當(dāng)前載波的實(shí)際情況，以便確定載波的負(fù)載情況，選擇適當(dāng)?shù)妮d波進(jìn)行接入，提高了信道資源利用率，避免用戶擁有多業(yè)務(wù)連接時(shí)，由于載波信道標(biāo)簽的混亂和固定載波信道預(yù)約策略而引起的時(shí)隙資源分配失敗情況，同時(shí)通過對(duì)調(diào)整后載波內(nèi)的用戶數(shù)實(shí)際情況的判斷來合并時(shí)隙，有助于最大化程度減少時(shí)隙碎片的產(chǎn)生，提高載波信道內(nèi)時(shí)隙碎片的重新利用，降低了用戶時(shí)隙資源申請(qǐng)的拒絕率，有效提高了資源的利用率。


圖I是MF-TDMA衛(wèi)星系統(tǒng)中的載波時(shí)隙結(jié)構(gòu)圖；圖2是本發(fā)明的控制流程圖；圖3是圖2中換載波調(diào)整方法的流程圖；圖4是實(shí)施例中第一次用戶時(shí)隙申請(qǐng)后的載波信道分配圖；圖5是實(shí)施例中第二次連接開始后，用戶A經(jīng)過載波調(diào)整后的信道分配圖；圖6是實(shí)施例中經(jīng)過連續(xù)載波調(diào)整之后的載波信道分配圖。
具體實(shí)施例方式下面通過具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖2，圖3所示，一種MF-TDMA衛(wèi)星系統(tǒng)中的載波信道選擇方法，按照以下步驟進(jìn)行步驟(I):連接開始，用戶終端根據(jù)需要向星上資源管理器發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)；步驟(2):星上資源管理器通過載波標(biāo)簽方式將載波預(yù)設(shè)為三種類型，分別為預(yù)約載波=a、共享載波=P、空閑載波=Y，星上資源管理器接收用戶終端發(fā)出的時(shí)隙申請(qǐng)，并判斷用戶終端是否為首次發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)，如果用戶終端是首次發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)則按照步驟(3)進(jìn)行處理；如果用戶終端不是首次發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)則按照步驟(4)進(jìn)行處理；步驟(3):用戶終端屬于首次發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)，按照以下步驟進(jìn)行步驟3-1 :星上資源管理器判斷是否存在載波標(biāo)簽為Y的信道，如果存在，則選擇一個(gè)載波標(biāo)簽為Y的信道分配給用戶終端，并將該信道的載波標(biāo)簽改為a ;如果不存在，則進(jìn)入步驟3-2 ；步驟3-2 :星上資源管理器尋找當(dāng)前系統(tǒng)中負(fù)載最小的載波信道作為目標(biāo)載波信道;步驟3-3 :星上資源管理器在目標(biāo)載波信道中進(jìn)行時(shí)隙資源試分配，如果成功，則將該目標(biāo)載波信道分配給用戶終端，并將該載波信道簽設(shè)為P ;如果失敗，則發(fā)送時(shí)隙申請(qǐng)失敗消息，拒絕本次連接；
步驟(4):用戶終端不屬于首次發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)，按照以下步驟進(jìn)行步驟4-1 :星上資源管理器將用戶終端上次連接時(shí)分配的載波信道作為目標(biāo)載波信道，并在該目標(biāo)載波信道中進(jìn)行時(shí)隙資源試分配，如果成功則進(jìn)入步驟4-3 ;如果不成功，則進(jìn)入步驟4-2;步驟4-2 :星上資源管理器進(jìn)行載波信道調(diào)整，其具體過程如下步驟4-2-1 :星上資源管理器查找系統(tǒng)當(dāng)前是否存在載波標(biāo)簽為Y的信道，如果存在，則將用戶終端的所有連接重置到該信道中，然后將該信道標(biāo)簽設(shè)為a，進(jìn)入步驟4-2-4 ;如果不存在載波標(biāo)簽為Y的信道，則進(jìn)入步驟4-2-2;步驟4-2-2 :獲取用戶終端的所有連接情況，計(jì)算調(diào)整用戶終端所有連接所需的時(shí)隙總數(shù)，獎(jiǎng)負(fù)載最小的載波信道調(diào)整為目標(biāo)載波信道；步驟4-2-3:在目標(biāo)載波信道中進(jìn)行時(shí)隙試分配，如果分配成功，則進(jìn)入步驟4-2-4 ;如果分配失敗，則進(jìn)入步驟4-4 ；步驟4-2-4 :判斷步驟4-2-2中被調(diào)整的載波中是否有多個(gè)用戶終端占用的情況，如果只是單用戶占用，則判斷是否有時(shí)隙碎片，如果有時(shí)隙碎片，則合并時(shí)隙碎片并將信道標(biāo)簽改為a ;如果是多個(gè)用戶占用，則判斷是否有時(shí)隙碎片，如果有時(shí)隙碎片，則計(jì)算當(dāng)前時(shí)隙碎片的數(shù)量并將其納入連接的可用時(shí)隙數(shù)中，將信道標(biāo)簽改為P，信道標(biāo)簽如果調(diào)整成功，進(jìn)入步驟4-3 ;如果調(diào)整不成功，進(jìn)入步驟4-4 ；步驟4-3 :載波分配成功，更新資源管理器中用戶連接和資源分配信息，并向用戶終端發(fā)送新的時(shí)隙分配結(jié)果；步驟4-4 :載波分配失敗，拒絕用戶終端本次連接。作為具體實(shí)施例，假設(shè)時(shí)隙申請(qǐng)=Xi (n)，i = 1、2、3……，X為當(dāng)前用戶，n為當(dāng)前用戶所申請(qǐng)的時(shí)隙數(shù)。這時(shí)試著將接入用戶數(shù)增大，首次有8個(gè)用戶接入，分別為Al (4)、BI (6)、Gl (4)、Hl (6)、Cl (3)、Dl (6)、El (2)、Fl (3)，連接時(shí)間為6，即在包括此超幀以后的6個(gè)超幀中這8個(gè)用戶都保持該連接狀態(tài)。設(shè)定載波標(biāo)簽預(yù)約載波=a、共享載波=、空載載波=Y，第一次連接后狀態(tài)如圖4所示。例程I :如圖5所示，當(dāng)?shù)诙€(gè)超幀到來時(shí)，有5個(gè)用戶發(fā)起第二次連接，分別為E2(2)、B2(8)、A2(2)、G2(8)、F2(2)，連接時(shí)間同樣為6。這時(shí)我們可以看到用戶A會(huì)進(jìn)行載波調(diào)整，而在載波調(diào)整之后載波3變?yōu)楣蚕硇诺溃虼薋2 (2)到來時(shí)發(fā)現(xiàn)載波3中有可利用的時(shí)隙，這樣管理器就不會(huì)對(duì)F用戶再進(jìn)行一次調(diào)整，F(xiàn)l (3)也不會(huì)留下時(shí)隙碎片，Al (4)留下的時(shí)隙碎片也會(huì)隨之變?yōu)檩d波I的可用時(shí)隙。例程2 :如圖6所示，當(dāng)?shù)诙€(gè)超幀到來時(shí)，有4個(gè)用戶發(fā)起第二次連接，為E2 (2)、B2 (8)、A2 (2)、G2 (8)，連接時(shí)間為6。載波調(diào)整后第三次連接到來，為A3 (3)，這時(shí)資源管理器會(huì)再次為用戶A進(jìn)行載波調(diào)整，而當(dāng)連續(xù)進(jìn)行兩次調(diào)整并采用本發(fā)明的方法之后，我們可以看到載波3的時(shí)隙碎片合并，而載波I的Al (4)為可用時(shí)隙，載波4為共享信道。此時(shí)的分配變得更加的合理，利用率也更高。
權(quán)利要求
1.一種MF-TDMA衛(wèi)星系統(tǒng)中的載波信道選擇方法，其特征在于按照以下步驟進(jìn)行 步驟(I):連接開始，用戶終端根據(jù)需要向星上資源管理器發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)； 步驟(2):星上資源管理器通過載波標(biāo)簽方式將載波預(yù)設(shè)為三種類型，分別為預(yù)約載波=a、共享載波=P、空閑載波=Y，星上資源管理器接收用戶終端發(fā)出的時(shí)隙申請(qǐng)，并判斷用戶終端是否為首次發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)，如果用戶終端是首次發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)則按照步驟(3)進(jìn)行處理；如果用戶終端不是首次發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)則按照步驟(4)進(jìn)行處理； 步驟(3):用戶終端屬于首次發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)，按照以下步驟進(jìn)行 步驟3-1 :星上資源管理器判斷是否存在載波標(biāo)簽為Y的信道，如果存在，則選擇一個(gè)載波標(biāo)簽為、的信道分配給用戶終端，并將該信道的載波標(biāo)簽改為a ;如果不存在，則進(jìn) 入步驟3-2 ； 步驟3-2 :星上資源管理器尋找當(dāng)前系統(tǒng)中負(fù)載最小的載波信道作為目標(biāo)載波信道；步驟3-3 :星上資源管理器在目標(biāo)載波信道中進(jìn)行時(shí)隙資源試分配，如果成功，則將該目標(biāo)載波信道分配給用戶終端，并將該載波信道簽設(shè)為P ;如果失敗，則發(fā)送時(shí)隙申請(qǐng)失敗消息，拒絕本次連接； 步驟(4):用戶終端不屬于首次發(fā)出時(shí)隙申請(qǐng)，按照以下步驟進(jìn)行 步驟4-1 :星上資源管理器將用戶終端上次連接時(shí)分配的載波信道作為目標(biāo)載波信道，并在該目標(biāo)載波信道中進(jìn)行時(shí)隙資源試分配，如果成功則進(jìn)入步驟4-3 ;如果不成功，則進(jìn)入步驟4-2 ； 步驟4-2 :星上資源管理器進(jìn)行載波信道調(diào)整，其具體過程如下 步驟4-2-1 :星上資源管理器查找系統(tǒng)當(dāng)前是否存在載波標(biāo)簽為Y的信道，如果存在，則將用戶終端的所有連接重置到該信道中，然后將該信道標(biāo)簽設(shè)為a，進(jìn)入步驟4-2-4 ;如果不存在載波標(biāo)簽為Y的信道，則進(jìn)入步驟4-2-2; 步驟4-2-2 :獲取用戶終端的所有連接情況，計(jì)算調(diào)整用戶終端所有連接所需的時(shí)隙總數(shù)，獎(jiǎng)負(fù)載最小的載波信道調(diào)整為目標(biāo)載波信道； 步驟4-2-3 :在目標(biāo)載波信道中進(jìn)行時(shí)隙試分配，如果分配成功，則進(jìn)入步驟4-2-4 ;如果分配失敗，則進(jìn)入步驟4-4; 步驟4-2-4 :判斷步驟4-2-2中被調(diào)整的載波中是否有多個(gè)用戶終端占用的情況，如果只是單用戶占用，則判斷是否有時(shí)隙碎片，如果有時(shí)隙碎片，則合并時(shí)隙碎片并將信道標(biāo)簽改為a ;如果是多個(gè)用戶占用，則判斷是否有時(shí)隙碎片，如果有時(shí)隙碎片，則計(jì)算當(dāng)前時(shí)隙碎片的數(shù)量并將其納入連接的可用時(shí)隙數(shù)中，將信道標(biāo)簽改為P，信道標(biāo)簽如果調(diào)整成功，進(jìn)入步驟4-3 ;如果調(diào)整不成功，進(jìn)入步驟4-4 ； 步驟4-3 :載波分配成功，更新資源管理器中用戶連接和資源分配信息，并向用戶終端發(fā)送新的時(shí)隙分配結(jié)果； 步驟4-4 :載波分配失敗，拒絕用戶終端本次連接。
全文摘要
本發(fā)明公開一種MF-TDMA衛(wèi)星系統(tǒng)中的載波信道選擇方法，該方法采用載波信道標(biāo)簽轉(zhuǎn)換的方法，根據(jù)當(dāng)前載波內(nèi)的用戶數(shù)及時(shí)更新經(jīng)過調(diào)整后的載波信道標(biāo)簽，使后面接入的用戶能正確的了解當(dāng)前載波的實(shí)際情況，以便確定載波的負(fù)載情況，選擇適當(dāng)?shù)妮d波進(jìn)行接入，提高了信道資源利用率，避免用戶擁有多業(yè)務(wù)連接時(shí)，由于載波信道標(biāo)簽的混亂和固定載波信道預(yù)約策略而引起的時(shí)隙資源分配失敗情況，同時(shí)通過對(duì)調(diào)整后載波內(nèi)的用戶數(shù)實(shí)際情況的判斷來合并時(shí)隙，有助于最大化程度減少時(shí)隙碎片的產(chǎn)生，提高載波信道內(nèi)時(shí)隙碎片的重新利用，降低了用戶時(shí)隙資源申請(qǐng)的拒絕率，有效提高了資源的利用率。
文檔編號(hào)H04W28/08GK102752800SQ20121023404
公開日2012年10月24日 申請(qǐng)日期2012年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2012年6月28日
發(fā)明者劉國金, 劉心迪, 曾孝平, 朱斌, 李清蓮, 王志明, 羅陽, 陳千, 陳禮, 黃杰 申請(qǐng)人:重慶大學(xué)