[发明专利]一种适用于多层卫星系统的资源管理方法

权利要求书

1.一种应用于多层卫星系统的资源管理方法，其特征在于所述的多层卫星系统至少包括一颗高轨卫星，若干具有星际链路的低轨卫星群，以及若干不同接入方式的用户群；主要用于解决不同优先级用户在网络资源有限情况下如何分配资源的问题，其具体步骤如下：

步骤1.初始时刻，等待用户接入网络；

步骤2.判定用户是否为军事用户，是转步骤3，否则，转步骤6；

步骤3.将军事用户接入高轨卫星链路；

步骤4.判断当前高轨卫星有无可用资源，有可分配资源则按需为用户分配资源，直至等待队列为空时，高轨卫星资源分配结束；

步骤5.没有资源可分配时，用户进入高轨卫星资源等待队列，等待资源分配，转步骤4；

步骤6.将普通用户接入低轨卫星链路；

步骤7.判断当前时刻是否为新快照，是转步骤8，否转步骤10；

步骤8.取新快照，更新网络拓扑结构图；

步骤9.地面控制中心根据递归卫星周期运动规律、当前拓扑结果以及接入用户数，分配网络资源，

步骤10.判断用户优先级，对于接入的高优先级用户，则允许占用预留带宽；若无预留带宽，则允许抢占当前低优先级用户的的带宽；

步骤11.对于接入的低优先级用户，则只允许分配普通剩余带宽；若无剩余带宽，进入排队等待队列执行轮询；

步骤12.当前并非新快照，则不改变当前资源分配方案，判断有无可用剩余资源，若有则分配剩余资源，若无剩余资源，进入排队等待队列执行轮询；

步骤13.按照当前方案为用户分配资源；

步骤14.等待下一时刻信号的到来。

2.根据权利要求1所述的应用于多层卫星系统的资源管理方法，其特征在于，步骤9中分配网络资源具体过程为：

1）.若干接入用户，分别向低轨卫星发出了业务请求，分析用户需求，矩阵b表示用户对低轨卫星资源的带宽需求量，其中bⁱ_j表示用户i需要低轨卫星j的带宽，

2）.无量纲化延时评价函数f_t

用户需求的资源越多，那么独占资源的时间越长，考虑到服务质量问题，以延时来评价用户申请资源的优先级，将第i个用户分到全部资源所需的时间与整个网络中用户所需的时间T相比，无量纲化延时评价函数f_t，其中tⁱ_K表示用户i的从第K个低轨卫星获取资源的时间,qⁱ_K表示第i个用户需从第K个低轨卫星获取资源,bⁱ_K表示用户i的从第K个低轨卫星获取资源的带宽，T表示整个网络中用户所需的时间；

ft=tkitki+T=qki/bkiqki/bki+T---(2)]]>

3）.无量纲化带宽评价函数f_b

用户需求的资源越多，那么总资源占用比例越高，考虑到服务质量问题，我们可以以用户所需延时来评价用户申请资源的优先级。将第i个用户分到全部资源所需的带宽与整个网络中用户所需的资源带宽B相比，无量纲化延时评价函数f_b,其中qⁱ_K表示第i个用户需从第K个低轨卫星获取资源，B表示整个网络中用户所需资源带宽；

fb=bkibki+B=bkibki+Σk=1kqki---(3)]]>

4）.无量纲化成本评价函数f_c

用户需求的资源与其所耗费的成本成正比，接入网络中存在多种链路形式，其成本各不一致，以用户所需资源耗费的成本来评价用户申请资源的优先级，将第i个用户分到全部资源所需的成本与整个网络中用户所需的成本C相比，无量纲化延时评价函数f_c，其中cⁱ_K表示第i个用户从第K个低轨卫星获取资源的成本，bⁱ_K表示用户i的从第K个低轨卫星获取资源的带宽，C表示整个网络中用户所需的成本；

fc=ckibkickibki+C=ckibkickibki+Σi=1nΣk=1kckiqki---(4)]]>

5）.无量纲化用户优先级评价函数f_p

对用户和业务进行定级，将接入用户按优先级从高到低依次分为紧急用户、实时交互用户、普通用户。这里的用户优先级一部分是和用户业务的执行情况有关，用户业务等待使用资源的时间越久，则该用户业务的优先级就越高；一部分是和用户业务使用资源的情况有关，在相同紧急情况下，己经在使用资源的用户业务比还没有使用资源的用户业务的优先级要高，资源使用时间短的比资源使用时间长的优先级要高；另一部分是和用户业务的本身相关，也就是为了区别不同用户业务的执行顺序，人为或系统加一个值；

f_p＝a*δ_Role+b*δ_Res+c*δ_Wait(0<a，b，c<1;a+b+c=1)（5）

其中f_p为用户优先级评价函数；δ_Role表示用户的初始优先级值，按照用户角色分为三个等级：紧急用户、实时交互用户、普通用户；δ_Res表示用户请求业务占用资源的情况，δ_Wait表示用户业务等待处理的时间；a、b、c为不同用户在用户优先级评价函数值中权重。

6）.多目标函数

多目标优化的处理方式之一就是讲目标是无量纲的，这样才有可比性；各目标的评价函数的取值范围比较相近，从而避免某一目标函数值过大而掩盖其余目标的评价函数值。下面我们面四个评价函数f_t、f_c、f_b、f_p相对应的权重设为w_t、w_c、w_b、w_p,满足w_t+w_c+w_b+w_p=1，那么目标函数为

Min(F)=Min(w_t×f_t+w_t×f_t+w_t×f_t+w_t×f_t+w_t×f_t)（6）

s.t.Σk=1ktki≤max(t)Σk=1kbki≤max(b)Σk=1kcki≤max(c)]]>

其中，延时、带宽及成本均不可超过实际应用延时最大值max(t),带宽最大值max(b),成本最大值max(c)；

7).确定用户请求优先级，用户以一定优先级进入等待队列，等待带宽资源。