本發(fā)明涉及衛(wèi)星探測的技術(shù)領(lǐng)域，尤其是涉及一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配方法和裝置。

背景技術(shù)：

隨著空間網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展，多媒體業(yè)務(wù)對于衛(wèi)星通信的需求也在不斷增加，例如，臺風(fēng)監(jiān)測中的圖像業(yè)務(wù)等。因此，如何來設(shè)計合適的協(xié)作機制來實現(xiàn)高效的網(wǎng)絡(luò)資源配置，使網(wǎng)絡(luò)的utility最大化，功耗、延遲最小化，是非常重要的。

在現(xiàn)有技術(shù)中，在進行網(wǎng)絡(luò)資源配置時，不能對未來N個時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，這就很可能會導(dǎo)致數(shù)據(jù)積壓，以及傳輸功率得不到合理的配置。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配方法和裝置，以緩解現(xiàn)有技術(shù)中在進行服務(wù)資源的配置時，不能對服務(wù)資源進行合理配置的技術(shù)問題。

根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配方法，包括：統(tǒng)計當(dāng)前時隙內(nèi)多個信源衛(wèi)星的流量數(shù)據(jù)；獲取多個所述信源衛(wèi)星中的每個信源衛(wèi)星的歷史流量數(shù)據(jù)；通過統(tǒng)計得到的所述當(dāng)前時隙內(nèi)的流量數(shù)據(jù)和獲取的所述歷史流量數(shù)據(jù)，對目標(biāo)時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，得到預(yù)測信息，其中，所述目標(biāo)時隙為所述當(dāng)前時隙之后的時隙中的至少一個時隙，所述預(yù)測信息用于預(yù)測每個所述信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)待傳輸隊列在所述目標(biāo)時隙時的隊列長度；根據(jù)所述預(yù)測信息對所述目標(biāo)時隙的業(yè)務(wù)到達進行服務(wù)資源的預(yù)先分配，以使每個所述信源衛(wèi)星按照預(yù)先分配的服務(wù)資源對數(shù)據(jù)進行傳輸；其中，所述服務(wù)資源包括傳輸功率。

進一步地，根據(jù)所述預(yù)測信息對所述目標(biāo)時隙的業(yè)務(wù)到達進行服務(wù)資源的預(yù)先分配包括：通過公式構(gòu)建目標(biāo)最小化模型，其中，S(t)為所述信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間通信鏈路的信道狀態(tài)向量，P(t)為所述中繼衛(wèi)星的傳輸功率，表示所述中繼衛(wèi)星的代價函數(shù)，μ(S(t),P(t))表示在所述信道狀態(tài)為S(t)、所述傳輸功率為P(t)時，當(dāng)前服務(wù)器能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，V表示權(quán)重值，所述信道狀態(tài)向量用于指示通信鏈路傳輸數(shù)據(jù)的傳輸速率，N表示所述信源衛(wèi)星的數(shù)量，表示每個所述信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)待傳輸隊列i在未來時隙t+τ時的隊列長度，τ＝-1,0,1,2,…,T-1，當(dāng)τ＝-1時，表示在時隙t，所述數(shù)據(jù)待傳輸隊列i中已經(jīng)存在的隊列長度，約束條件表示不同的所述信道狀態(tài)S(t)下所述中繼衛(wèi)星傳輸功率空間，所述中繼衛(wèi)星為對所述多個信源衛(wèi)星進行中繼服務(wù)的衛(wèi)星；對所述目標(biāo)最小化模型進行求解，得到在所述信道狀態(tài)S(t)下，所述傳輸功率的向量P(t)的計算結(jié)果，并將所述計算結(jié)果作為所述服務(wù)資源。

進一步地，對所述目標(biāo)最小化模型進行求解，得到在所述信道狀態(tài)S(t)下，所述傳輸功率的向量P(t)的計算結(jié)果包括：對所述目標(biāo)最小化模型的第一部分Vf_c(S(t),P(t))進行最小化求解，并對所述目標(biāo)最小化模型的第二部分進行最小化求解計算，得到所述傳輸功率的向量P(t)的計算結(jié)果。

進一步地，所述權(quán)重值V用于指示所述傳輸功率在所述目標(biāo)最小化模型中的傾向程度，其中，所述權(quán)重值V越大，則越傾向于降低所述中繼衛(wèi)星的傳輸功率，所述權(quán)重值V越小，則越傾向于使所述數(shù)據(jù)待傳輸隊列的積壓最小。

進一步地，通過統(tǒng)計得到的所述當(dāng)前時隙內(nèi)的流量數(shù)據(jù)和獲取的所述歷史流量數(shù)據(jù)，對目標(biāo)時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測包括：對序列集合A(t)進行L層小波分解，得到L層的估計系數(shù)a_L(t)和細節(jié)系數(shù){d₁(t),d₂(t),…,d_L(t)}，其中，所述序列集合A(t)中包含所述當(dāng)前時隙內(nèi)的流量數(shù)據(jù)和獲取的所述歷史流量數(shù)據(jù)，t表示所述當(dāng)前時隙；基于所述估計系數(shù)a_L(t)和細節(jié)系數(shù){d₁(t),d₂(t),…,d_L(t)}，對每個所述目標(biāo)時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，得到每個所述目標(biāo)時隙的預(yù)測信息。

進一步地，基于所述估計系數(shù)a_L(t)和細節(jié)系數(shù){d₁(t),d₂(t),…,d_L(t)}，對每個所述目標(biāo)時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，得到每個所述目標(biāo)時隙的預(yù)測信息包括：依次重復(fù)執(zhí)行以下步驟，直至執(zhí)行次數(shù)為T時，得到T個時隙的流量預(yù)測信息，T為所述目標(biāo)時隙的數(shù)量：基于所述序列集合A(t)的估計系數(shù)a_L(t)和細節(jié)系數(shù){d₁(t),d₂(t),…,d_L(t)}，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對下一個時隙的L層估計系數(shù)和L層細節(jié)系數(shù)進行預(yù)測，得到所述下一個時隙的預(yù)測系數(shù)，其中，所述下一個時隙為所述當(dāng)前時隙的下一個時隙；對所述下一個時隙的預(yù)測系數(shù)進行小波逆變換，得到所述下一個時隙的流量預(yù)測信息；將所述下一個時隙的預(yù)測信息添加至A(t)，設(shè)置t＝t+1。

根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配裝置，包括：統(tǒng)計單元，用于統(tǒng)計當(dāng)前時隙內(nèi)多個信源衛(wèi)星的流量數(shù)據(jù)；獲取單元，用于獲取多個所述信源衛(wèi)星中的每個信源衛(wèi)星的歷史流量數(shù)據(jù)；預(yù)測單元，用于通過統(tǒng)計得到的所述當(dāng)前時隙內(nèi)的流量數(shù)據(jù)和獲取的所述歷史流量數(shù)據(jù)，對目標(biāo)時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，得到預(yù)測信息，其中，所述目標(biāo)時隙為所述當(dāng)前時隙之后的時隙中的至少一個時隙，所述預(yù)測信息用于預(yù)測每個所述信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)待傳輸隊列在所述目標(biāo)時隙時的隊列長度；分配單元，用于根據(jù)所述預(yù)測信息對所述目標(biāo)時隙的業(yè)務(wù)到達進行服務(wù)資源的預(yù)先分配，以使每個所述信源衛(wèi)星按照預(yù)先分配的服務(wù)資源對數(shù)據(jù)進行傳輸；其中，所述服務(wù)資源包括傳輸功率。

進一步地，所述分配單元用于：通過公式構(gòu)建目標(biāo)最小化模型，其中，S(t)為所述信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間通信鏈路的信道狀態(tài)向量，P(t)為所述中繼衛(wèi)星的傳輸功率，表示所述中繼衛(wèi)星的代價函數(shù)，μ(S(t),P(t))表示在所述信道狀態(tài)為S(t)、所述傳輸功率為P(t)時，當(dāng)前服務(wù)器能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，V表示權(quán)重值，所述信道狀態(tài)向量用于指示通信鏈路傳輸數(shù)據(jù)的傳輸速率，N表示所述信源衛(wèi)星的數(shù)量，表示每個所述信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)待傳輸隊列i在未來時隙t+τ時的隊列長度，τ＝-1,0,1,2,…,T-1，當(dāng)τ＝-1時，表示在時隙t，所述數(shù)據(jù)待傳輸隊列i中已經(jīng)存在的隊列長度，約束條件表示不同的所述信道狀態(tài)S(t)下所述中繼衛(wèi)星傳輸功率空間，所述中繼衛(wèi)星為對所述多個信源衛(wèi)星進行中繼服務(wù)的衛(wèi)星；對所述目標(biāo)最小化模型進行求解，得到在所述信道狀態(tài)S(t)下，所述傳輸功率的向量P(t)的計算結(jié)果，并將所述計算結(jié)果作為所述服務(wù)資源。

進一步地，所述分配單元還用于：對所述目標(biāo)最小化模型的第一部分Vf_c(S(t),P(t))進行最小化求解，并對所述目標(biāo)最小化模型的第二部分進行最小化求解計算，得到所述傳輸功率的向量P(t)的計算結(jié)果。

進一步地，所述權(quán)重值V用于指示所述傳輸功率在所述目標(biāo)最小化模型中的傾向程度，其中，所述權(quán)重值V越大，則越傾向于降低所述中繼衛(wèi)星的傳輸功率，所述權(quán)重值V越小，則越傾向于使所述數(shù)據(jù)待傳輸隊列的積壓最小。

在本發(fā)明實施例中，首先通過歷史業(yè)務(wù)流量數(shù)據(jù)對當(dāng)前時隙之后的至少一個時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，然后，根據(jù)預(yù)測得到的預(yù)測信息對至少一個時隙預(yù)先分配服務(wù)資源，以使每個信源衛(wèi)星按照預(yù)先分配的服務(wù)資源對數(shù)據(jù)進行傳輸時，流量數(shù)據(jù)的積壓最少，并且功率消耗最小。在本發(fā)明實施例中，通過預(yù)測信息進行服務(wù)資源分配的方式，達到了對服務(wù)資源進行合理分配的目的，進而緩解了現(xiàn)有技術(shù)中在進行服務(wù)資源的配置時，不能對服務(wù)資源進行合理配置的技術(shù)問題，從而實現(xiàn)了降低系統(tǒng)消耗和減小數(shù)據(jù)積壓的技術(shù)效果。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對具體實施方式或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖是本發(fā)明的一些實施方式，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配方法的流程圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種權(quán)重值與傳輸功率的關(guān)系圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種權(quán)重值與隊列長度的關(guān)系圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種使用預(yù)測信息的背壓算法進行功率分配進行驗證的驗證結(jié)果的示意圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種衛(wèi)星資源的分配系統(tǒng)的示意圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配裝置的示意圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，術(shù)語“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“豎直”、“水平”、“內(nèi)”、“外”等指示的方位或位置關(guān)系為基于附圖所示的方位或位置關(guān)系，僅是為了便于描述本發(fā)明和簡化描述，而不是指示或暗示所指的裝置或元件必須具有特定的方位、以特定的方位構(gòu)造和操作，因此不能理解為對本發(fā)明的限制。此外，術(shù)語“第一”、“第二”、“第三”僅用于描述目的，而不能理解為指示或暗示相對重要性。

在本發(fā)明的描述中，需要說明的是，除非另有明確的規(guī)定和限定，術(shù)語“安裝”、“相連”、“連接”應(yīng)做廣義理解，例如，可以是固定連接，也可以是可拆卸連接，或一體地連接；可以是機械連接，也可以是電連接；可以是直接相連，也可以通過中間媒介間接相連，可以是兩個元件內(nèi)部的連通。對于本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員而言，可以具體情況理解上述術(shù)語在本發(fā)明中的具體含義。

實施例1

根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配方法的實施例，需要說明的是，在附圖的流程圖示出的步驟可以在諸如一組計算機可執(zhí)行指令的計算機系統(tǒng)中執(zhí)行，并且，雖然在流程圖中示出了邏輯順序，但是在某些情況下，可以以不同于此處的順序執(zhí)行所示出或描述的步驟。

圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配方法的流程圖，如圖1所示，該方法包括如下步驟：

步驟S102，統(tǒng)計當(dāng)前時隙內(nèi)多個信源衛(wèi)星的流量數(shù)據(jù)；

步驟S104，獲取多個信源衛(wèi)星中的每個信源衛(wèi)星的歷史流量數(shù)據(jù)；

步驟S106，通過統(tǒng)計得到的當(dāng)前時隙內(nèi)的流量數(shù)據(jù)和獲取的歷史流量數(shù)據(jù)，對目標(biāo)時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，得到預(yù)測信息，其中，目標(biāo)時隙為當(dāng)前時隙之后的時隙中的至少一個時隙，預(yù)測信息用于預(yù)測每個信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)待傳輸隊列在目標(biāo)時隙時的隊列長度；

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，預(yù)測信息表示對目標(biāo)時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測的信息，其中，流量數(shù)據(jù)表示信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)待傳輸隊列(下述實施例中均簡稱為隊列)中的數(shù)據(jù)量，流量數(shù)據(jù)越大，則隊列長度越長，流量數(shù)據(jù)越小，則隊列長度越短。也就是說，預(yù)測信息用于對每個信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)待傳輸隊列在未來時隙的隊列長度進行預(yù)測，也即，預(yù)測未來時隙有多少數(shù)據(jù)待傳輸。其中，數(shù)據(jù)待傳輸隊列用于存儲每個信源衛(wèi)星需要通過中繼衛(wèi)星進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

步驟S108，根據(jù)預(yù)測信息對目標(biāo)時隙的業(yè)務(wù)到達進行服務(wù)資源的預(yù)先分配，以使每個信源衛(wèi)星按照預(yù)先分配的服務(wù)資源對數(shù)據(jù)進行傳輸；其中，服務(wù)資源包括傳輸功率。

需要說明的是，上述步驟S102至步驟S108的執(zhí)行主體可以為地面站服務(wù)器，但不限于此。

在本發(fā)明實施例中，首先通過歷史業(yè)務(wù)流量數(shù)據(jù)對當(dāng)前時隙之后的至少一個時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，然后，根據(jù)預(yù)測得到的預(yù)測信息對至少一個時隙預(yù)先分配服務(wù)資源，以使每個信源衛(wèi)星按照預(yù)先分配的服務(wù)資源對數(shù)據(jù)進行傳輸時，流量數(shù)據(jù)的積壓最少，并且功率消耗最小。在本發(fā)明實施例中，通過預(yù)測信息進行服務(wù)資源分配的方式，達到了對服務(wù)資源進行合理分配的目的，進而緩解了現(xiàn)有技術(shù)中在進行服務(wù)資源的配置時，不能對服務(wù)資源進行合理配置的技術(shù)問題，從而實現(xiàn)了降低系統(tǒng)消耗和減小數(shù)據(jù)積壓的技術(shù)效果。

在本發(fā)明實施例中，每個信源衛(wèi)星實時將當(dāng)前時隙的流量數(shù)據(jù)發(fā)送至地面站服務(wù)器，地面站服務(wù)器在獲取到該流量數(shù)據(jù)之后，對流量數(shù)據(jù)進行存儲，并根據(jù)當(dāng)前時隙的流量數(shù)據(jù)和歷史流量數(shù)據(jù)(即，當(dāng)前時隙之前的流量數(shù)據(jù))對每個信源衛(wèi)星的目標(biāo)時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，其中，目標(biāo)時隙是指當(dāng)前時隙之后的T個時隙，T為大于或者等于1的正整數(shù)。

對目標(biāo)時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測的方法有很多種，在本發(fā)明實施例中，采用基于小波的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法(BackproPagation，簡稱BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))對未來預(yù)測未來T個時隙(即，目標(biāo)時隙)的流量到達進行預(yù)測。

具體地，基于小波的backpropagation(BP)人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法實現(xiàn)如下：

首先，對序列集合A(t)進行L層小波分解，得到L層的估計系數(shù)a_L(t)和細節(jié)系數(shù){d₁(t),d₂(t),…,d_L(t)}，其中，序列集合A(t)中包含當(dāng)前時隙內(nèi)的流量數(shù)據(jù)和獲取的歷史流量數(shù)據(jù)，t表示當(dāng)前時隙；

然后，基于估計系數(shù)a_L(t)和細節(jié)系數(shù){d₁(t),d₂(t),…,d_L(t)}，對每個目標(biāo)時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，得到每個目標(biāo)時隙的流量預(yù)測信息。

進一步地，基于估計系數(shù)a_L(t)和細節(jié)系數(shù){d₁(t),d₂(t),…,d_L(t)}，對每個目標(biāo)時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，得到每個目標(biāo)時隙的流量預(yù)測信息包括：

依次重復(fù)執(zhí)行以下步驟，直至執(zhí)行次數(shù)為T時，得到T個時隙的流量預(yù)測信息：

步驟S1，基于序列集合A(t)的估計系數(shù)a_L(t)和細節(jié)系數(shù){d₁(t),d₂(t),…,d_L(t)}，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對下一個時隙的L層估計系數(shù)和L層細節(jié)系數(shù)進行預(yù)測，得到下一個時隙的預(yù)測系數(shù)，其中，下一個時隙為當(dāng)前時隙的下一個時隙；

步驟S2，對下一個時隙的預(yù)測系數(shù)進行小波逆變換，得到下一個時隙的預(yù)測信息；

步驟S3，將下一個時隙的預(yù)測信息添加至A(t)，設(shè)置t＝t+1。

在本發(fā)明實施例中，首先對原始輸入序列集合A(t)做L層小波分解，得到原始序列的特征向量，其中，原始序列的特征向量中包含分解之后的第L層估計系數(shù)aL(t)，以及L層細節(jié)系數(shù)d1(t)，d2(t)，……，dL(t)。

然后，根據(jù)序列集合A(t)分解之后得到的第L層估計系數(shù)aL(t)，以及L層細節(jié)系數(shù)d1(t)，d2(t)，……，dL(t)對每個目標(biāo)時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，得到每個目標(biāo)時隙的流量預(yù)測信息。具體地，對每個目標(biāo)時隙進行流量預(yù)測描述如下：

首先，使用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對當(dāng)前時隙的下1個時隙的L+1個系數(shù)(即，估計系數(shù)aL(t)，以及細節(jié)系數(shù)d1(t)，d2(t)，……，dL(t))進行預(yù)測得到aL(t+1)，以及L層細節(jié)系數(shù)d1(t+1)，d2(t+1)，……，dL(t+1)；然后，通過得到的預(yù)測系數(shù)，做小波逆變換，得到上述下一個時隙的預(yù)測信息A(t+1)。

將得到的A(t+1)信息補充到A(t)中，得到新的輸入，并利用該信息的輸入對上述過程重復(fù)T次，從而得到對未來T個時隙的業(yè)務(wù)流量預(yù)測信息。

在對每個目標(biāo)時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，得到預(yù)測信息之后，就可以根據(jù)預(yù)測信息對每個目標(biāo)時隙的業(yè)務(wù)到達進行服務(wù)資源的預(yù)先分配，以使每個信源衛(wèi)星按照預(yù)先分配的服務(wù)資源對數(shù)據(jù)進行傳輸。

在本發(fā)明實施例的一個可選實施方式中，根據(jù)預(yù)測信息對目標(biāo)時隙的業(yè)務(wù)到達進行服務(wù)資源的預(yù)先分配包括如下步驟：

步驟S1081，通過公式構(gòu)建目標(biāo)最小化模型，其中，S(t)為信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間通信鏈路的信道狀態(tài)向量，P(t)為中繼衛(wèi)星的傳輸功率，表示中繼衛(wèi)星的代價函數(shù)，μ(S(t),P(t))表示在信道狀態(tài)為S(t)、傳輸功率為P(t)時，當(dāng)前服務(wù)器能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，V表示權(quán)重值，信道狀態(tài)向量用于指示通信鏈路傳輸數(shù)據(jù)的傳輸速率，N表示信源衛(wèi)星的數(shù)量，表示每個信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)待傳輸隊列i在未來時隙t+τ時的隊列長度，τ＝-1,0,1,2,…,T-1，當(dāng)τ＝-1時，表示在時隙t，數(shù)據(jù)待傳輸隊列i中已經(jīng)存在的隊列長度，約束條件表示不同的信道狀態(tài)S(t)下中繼衛(wèi)星傳輸功率空間，中繼衛(wèi)星為對多個信源衛(wèi)星進行中繼服務(wù)的衛(wèi)星；

步驟S1082，對目標(biāo)最小化模型進行求解，得到在信道狀態(tài)S(t)下，傳輸功率的向量P(t)的計算結(jié)果，并將計算結(jié)果作為服務(wù)資源。

進一步地，對目標(biāo)最小化模型進行求解，得到在信道狀態(tài)S(t)下，傳輸功率的向量P(t)的計算結(jié)果包括如下步驟：

步驟S10821，對目標(biāo)最小化模型的第一部分Vf_c(S(t),P(t))進行最小化求解，并對目標(biāo)最小化模型的第二部分進行最小化求解計算，得到傳輸功率的向量P(t)的計算結(jié)果。

在本發(fā)明實施例中，通過目標(biāo)最小化模型可知，目標(biāo)最小化模型包括兩個部分，第一部分Vf_c(S(t),P(t))和第二部分，其中，第二部分可以描述為公式：第一部分Vf_c(S(t),P(t))是代價最小，即希望中繼衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的代價最小，第二部分是希望積壓最小，在本發(fā)明實施例中，通過最大化第二部分公式，能夠使長度(也即，隊列的積壓)大的隊列獲得更多的傳輸速率。

在本發(fā)明實施例中，最大化第二部分也可以稱為背壓算法。通過這一形式，可以使長的隊列分配到更多的服務(wù)速率，即服務(wù)資源。

對目標(biāo)最小化模型進行求解，即可以理解為對P(t)的求解過程，信道狀態(tài)S(t)是已知的隨機變量。

在本發(fā)明實施例中，對P(t)的求解過程可以描述為：

對第一部分f_c(S(t),P(t))進行最小化求解，其中，最小化求解表示優(yōu)化傳輸功率分配P(t)，以使中繼衛(wèi)星傳輸代價最小。然后，對第二部分進行最大化求解，以使系統(tǒng)中隊列長度(積壓)大的信源衛(wèi)星獲得更多的傳輸速率，從而降低系統(tǒng)各隊列的積壓，其中，系統(tǒng)為信源衛(wèi)星和中繼衛(wèi)星組成的系統(tǒng)。

通過求解該優(yōu)化問題，得到信道狀態(tài)S(t)下的P(t)計算結(jié)果，并將計算結(jié)果作為服務(wù)資源。

在本發(fā)明實施例中，在為目標(biāo)時隙進行資源配置時，設(shè)置了基于預(yù)測信息的預(yù)服務(wù)機制，即根據(jù)當(dāng)前時刻預(yù)測得到的預(yù)測信息可以為未來至少一個時隙的業(yè)務(wù)到達預(yù)先分配服務(wù)速率的機制?；谝幌盗蓄A(yù)服務(wù)過程，得到系統(tǒng)各隊列到達積壓的動態(tài)變化，并構(gòu)建了系統(tǒng)穩(wěn)定條件下，系統(tǒng)代價最小化和積壓最小化的資源配置優(yōu)化問題，其中，積壓最小化的核心思想是利用預(yù)測信息，采用背壓算法，為可能造成流量堆積的用戶分配更多的傳輸資源。背壓算法的思想最早是應(yīng)用于路由中，可以抽象成為水勢越高，傾瀉下來的能量越大。本發(fā)明是將經(jīng)過預(yù)測，預(yù)服務(wù)后各隊列可能造成的包堆積建模成為這種水勢，可能的堆積越多，分配給這個隊列的資源就越多，從而降低因堆積導(dǎo)致的延遲。

需要說明的是，在本發(fā)明實施例中，上述權(quán)重值V用于指示傳輸功率在目標(biāo)最小化模型中的傾向程度，其中，權(quán)重值V越大，則越傾向于降低中繼衛(wèi)星的傳輸功率，權(quán)重值V越小，則越傾向于使數(shù)據(jù)待傳輸隊列的積壓最小。

通過上述描述可知，在本發(fā)明實施例中，引入流量預(yù)測環(huán)節(jié)，通過對歷史流量數(shù)據(jù)到達信息的訓(xùn)練學(xué)習(xí)，從而實現(xiàn)對未來可能到達業(yè)務(wù)量的預(yù)測。進一步地，使用基于背壓的資源分配方式，利用預(yù)測得到的流量信息，降低了網(wǎng)絡(luò)傳輸延遲，從而提高網(wǎng)絡(luò)傳輸性；同時，使用最小化問題建模，可以實現(xiàn)對網(wǎng)絡(luò)傳輸功耗的控制。

在本發(fā)明實施例中，進一步通過仿真，來驗證本發(fā)明實施例提供的空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配方法的性能，具體如下：

首先，驗證基于多層小波的BP預(yù)測系統(tǒng)對于具有突發(fā)性、長時相關(guān)特性的業(yè)務(wù)流量能夠達到較好的預(yù)測效果，小波分解各層精度如表1所示。

表1

通過表1可知，在對用戶1和用戶2(即，信源衛(wèi)星1和信源衛(wèi)星2)的各層小波分解精度，滿足一定的閾值。

下面驗證參數(shù)V的影響，如圖2和圖3所示。隨著V增大，在優(yōu)化中降低功耗這一目標(biāo)的傾向越大，系統(tǒng)的功耗是逐漸降低的。但為了保證數(shù)據(jù)包的有效傳輸，當(dāng)V很大時，功耗降低的程度是有限的。右圖驗證了，隨著V增大，隊列長度是逐漸增大的。

圖4為使用預(yù)測信息的背壓算法進行功率分配進行驗證的驗證結(jié)果。圖4中左側(cè)子圖為不使用預(yù)測信息進行資源分配的仿真圖，圖4中右側(cè)子圖為使用預(yù)測信息進行資源分配的仿真圖。通過圖4可知，使用預(yù)測信息比不使用預(yù)測信息，能夠有效降低系統(tǒng)的傳輸延遲，在資源分配中，通過對用戶或業(yè)務(wù)信息特性的學(xué)習(xí)和利用，能夠有效提高系統(tǒng)傳輸性能。

圖5是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種衛(wèi)星資源的分配系統(tǒng)的示意圖，如圖5所示，該系統(tǒng)包括信源衛(wèi)星，地面站服務(wù)器和地面站接收終端。

其中，信源衛(wèi)星用于為系統(tǒng)提供業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)到達；地面站服務(wù)器負責(zé)接收中繼、預(yù)測及分發(fā)任務(wù)；地面站接收終端：業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的目的節(jié)點；λ_i表示隊列i的數(shù)據(jù)到達率。

具體地，地面站服務(wù)器具有保存歷史數(shù)據(jù)流量信息、預(yù)測數(shù)據(jù)流量的能力；地面站服務(wù)器還具有一定的運算與處理能力，能夠?qū)崿F(xiàn)小波分解、BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及基于背壓的功率分配最小化問題的算法；地面站服務(wù)器還能夠控制權(quán)重值V，以根據(jù)權(quán)重值V對功率損耗及系統(tǒng)流量積壓情況進行調(diào)整。

本發(fā)明實施例的討論場景建模為多接入衛(wèi)星與單服務(wù)者構(gòu)成的空間信息網(wǎng)絡(luò)排隊系統(tǒng)，應(yīng)用為多媒體傳輸業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)流量作為系統(tǒng)到達，分配的服務(wù)資源為傳輸功率和傳輸速率。系統(tǒng)包含多顆具有傳輸需求的接入衛(wèi)星(也即，信源衛(wèi)星)，一個位于地面站的服務(wù)器，對來自多顆接入衛(wèi)星的數(shù)據(jù)到達分配傳輸功率，將數(shù)據(jù)分發(fā)到相應(yīng)的地面目的節(jié)點。除此之外，在系統(tǒng)中，還可以包括用于為接入衛(wèi)星進行中繼服務(wù)的中繼衛(wèi)星(中繼衛(wèi)星在圖5中未示出)。

綜上，本發(fā)明實施例提供了一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配方法，該方法的目的在于基于業(yè)務(wù)特性的預(yù)測信息來優(yōu)化資源配置，通過業(yè)務(wù)特性的學(xué)習(xí)獲取預(yù)測信息，利用得到預(yù)測信息，設(shè)計系統(tǒng)的預(yù)服務(wù)機制以及基于預(yù)服務(wù)的資源分配機制，從而使網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的傳輸性能得到有效提高。

本發(fā)明實施例還提供了一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配裝置，該空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配裝置主要用于執(zhí)行本發(fā)明實施例上述內(nèi)容所提供的空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配方法，以下對本發(fā)明實施例提供的空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配裝置做具體介紹。

圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的一種空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配裝置的示意圖，如圖6所示，該空間信息網(wǎng)絡(luò)中衛(wèi)星資源的分配裝置主要包括：統(tǒng)計單元61，獲取單元62，預(yù)測單元63和分配單元64，其中，

統(tǒng)計單元61，用于統(tǒng)計當(dāng)前時隙內(nèi)多個信源衛(wèi)星的流量數(shù)據(jù)；

獲取單元62，用于獲取多個信源衛(wèi)星中的每個信源衛(wèi)星的歷史流量數(shù)據(jù)；

預(yù)測單元63，用于通過統(tǒng)計得到的當(dāng)前時隙內(nèi)的流量數(shù)據(jù)和獲取的歷史流量數(shù)據(jù)，對目標(biāo)時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，得到預(yù)測信息，其中，目標(biāo)時隙為當(dāng)前時隙之后的時隙中的至少一個時隙，預(yù)測信息用于預(yù)測每個信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)待傳輸隊列在目標(biāo)時隙時的隊列長度；

分配單元64，用于根據(jù)預(yù)測信息對目標(biāo)時隙的業(yè)務(wù)到達進行服務(wù)資源的預(yù)先分配，以使每個信源衛(wèi)星按照預(yù)先分配的服務(wù)資源對數(shù)據(jù)進行傳輸；其中，服務(wù)資源包括傳輸功率。

需要說明的是，上述統(tǒng)計單元61，獲取單元62，預(yù)測單元63和分配單元64的執(zhí)行主體可以為地面站服務(wù)器，但不限于此。

在本發(fā)明實施例中，首先通過歷史業(yè)務(wù)流量數(shù)據(jù)對當(dāng)前時隙之后的至少一個時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，然后，根據(jù)預(yù)測得到的預(yù)測信息對至少一個時隙預(yù)先分配服務(wù)資源，以使每個信源衛(wèi)星按照預(yù)先分配的服務(wù)資源對數(shù)據(jù)進行傳輸時，流量數(shù)據(jù)的積壓最少，并且功率消耗最小。在本發(fā)明實施例中，通過預(yù)測信息進行服務(wù)資源分配的方式，達到了對服務(wù)資源進行合理分配的目的，進而緩解了現(xiàn)有技術(shù)中在進行服務(wù)資源的配置時，不能對服務(wù)資源進行合理配置的技術(shù)問題，從而實現(xiàn)了降低系統(tǒng)消耗和減小數(shù)據(jù)積壓的技術(shù)效果。

可選地，分配單元用于：通過公式構(gòu)建目標(biāo)最小化模型，其中，S(t)為信源衛(wèi)星與中繼衛(wèi)星之間通信鏈路的信道狀態(tài)向量，P(t)為中繼衛(wèi)星的傳輸功率，表示中繼衛(wèi)星的代價函數(shù)，μ(S(t),P(t))表示在信道狀態(tài)為S(t)、傳輸功率為P(t)時，當(dāng)前服務(wù)器能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，V表示權(quán)重值，信道狀態(tài)向量用于指示通信鏈路傳輸數(shù)據(jù)的傳輸速率，N表示信源衛(wèi)星的數(shù)量，表示每個信源衛(wèi)星的數(shù)據(jù)待傳輸隊列i在未來時隙t+τ時的隊列長度，τ＝-1,0,1,2,…,T-1，當(dāng)τ＝-1時，表示在時隙t，數(shù)據(jù)待傳輸隊列i中已經(jīng)存在的隊列長度，約束條件表示不同的信道狀態(tài)S(t)下中繼衛(wèi)星傳輸功率空間，中繼衛(wèi)星為對多個信源衛(wèi)星進行中繼服務(wù)的衛(wèi)星；對目標(biāo)最小化模型進行求解，得到在信道狀態(tài)S(t)下，傳輸功率的向量P(t)的計算結(jié)果，并將計算結(jié)果作為服務(wù)資源。

可選地，分配單元還用于：對目標(biāo)最小化模型的第一部分Vf_c(S(t),P(t))進行最小化求解，并對目標(biāo)最小化模型的第二部分進行最小化求解計算，得到傳輸功率的向量P(t)的計算結(jié)果。

可選地，權(quán)重值V用于指示傳輸功率在目標(biāo)最小化模型中的傾向程度，其中，權(quán)重值V越大，則越傾向于降低中繼衛(wèi)星的傳輸功率，權(quán)重值V越小，則越傾向于使數(shù)據(jù)待傳輸隊列的積壓最小。

可選地，預(yù)測單元用于：對序列集合A(t)進行L層小波分解，得到L層的估計系數(shù)a_L(t)和細節(jié)系數(shù){d₁(t),d₂(t),…,d_L(t)}，其中，序列集合A(t)中包含當(dāng)前時隙內(nèi)的流量數(shù)據(jù)和獲取的歷史流量數(shù)據(jù)，t表示當(dāng)前時隙；基于估計系數(shù)a_L(t)和細節(jié)系數(shù){d₁(t),d₂(t),…,d_L(t)}，對每個目標(biāo)時隙的流量數(shù)據(jù)進行預(yù)測，得到每個目標(biāo)時隙的預(yù)測信息。

可選地，預(yù)測單元還用于：依次執(zhí)行以下模塊，直至執(zhí)行次數(shù)為T時，得到T個時隙的流量預(yù)測信息，T為目標(biāo)時隙的數(shù)量：預(yù)測模塊，用于基于序列集合A(t)的估計系數(shù)a_L(t)和細節(jié)系數(shù){d₁(t),d₂(t),…,d_L(t)}，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型對下一個時隙的L層估計系數(shù)和L層細節(jié)系數(shù)進行預(yù)測，得到下一個時隙的預(yù)測系數(shù)，其中，下一個時隙為當(dāng)前時隙的下一個時隙；變換模塊，用于對下一個時隙的預(yù)測系數(shù)進行小波逆變換，得到下一個時隙的預(yù)測信息；添加模塊，用于將下一個時隙的預(yù)測信息添加至A(t)，設(shè)置t＝t+1。

最后應(yīng)說明的是：以上各實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述各實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分或者全部技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的范圍。