[发明专利]一种适用于多层卫星系统的资源管理方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于具有星际链路的高轨卫星-低轨的多层卫星网络的资源管理方法，具体是一种保障不同优先级用户的服务质量需求，对高优先级用户按需分配资源，并基于遗传算法设计为低优先级用户设计多目标优化的资源管理方法，属于卫星通信技术领域。 

背景技术

卫星网络具有灵活的按需分配带宽的能力，可以提供广泛多样的数据通信业务，对于不可预测带宽的业务需求，卫星可以作为备用信道。与地面网络相比,低轨卫星网络具有拓扑结构动态变化、通信链路频繁切换、传输时延长、卫星节点数目相对较少、星座网络具有规则性和均衡性等特点，同时由于卫星轨道固定,网络拓扑变化又具有周期性和预知性。高轨卫星主要负责信息包的交换和转发，位置基本固定、覆盖时间也较长，在对大量的用户终端实现广播业务时具有不可替代的优势，同时可以为具备较大功率发射装置的用户提供接入服务。这些为星上管理方法的研究既带来一定困难。未来的无线通信系统，对通信速率、服务质量和服务种类都提出了更高的要求，而网络资源的有限性，即系统功率、带宽等限制，成为影响无线通信系统进一步发展的瓶颈。 

网络中用户的数目和网络资源的消耗程度是动态变化的,当用户数目较少，且网络负载量较轻时,如果网络资源的价格仍然维持很高,端用户所能申请的资源数量将被限定的很低,从而造成了大量资源的闲置;当系统的用户数目较大,且网络消耗较为严重时,用户对资源的申请得不到足够的约束,过量的资源使得网络拥塞的机会大大增加。由于网络资源总是有限的,无论是综合服务还是区分服务都必须保证进入网络的业务总量不超过网络的最大服务能力。因此必须在基站内根据用户服务质量要求，判断该业务的类型以便分配信道资源给不同的用户。 

网络资源分配的方法可以分为静态分配和动态分配:静态分配将为会话连接保留一定数量的资源,直到会话结束;而动态分配将根据网络条件和应用需求动态地调整资源分配的数量。传统的资源管理算法有：Round Robin算法(轮询调度算法)、Max C/I（最大容量/利用率）算法以及M-LWDF（实时业务）算法等。Round Robin算法保障用户之间的公平性，但没有考虑信道的时变特点，也不考虑用户之间存在 不同的服务质量需要情况，很多情况下不能满足部分通信系统的要求。Max C/I算法的设计目标是获得最大的系统容量和最高的资源利用率，摒弃了用户之间的公平性，在每一个时隙都选择信道状态最好的用户进行服务，从而达到尽可能高的传输速率。M-LWDF算法目标是在充分利用系统资源的基础上尽量保障用户的服务质量要求，可以兼顾公平性和传输速率，但是却不能动态适应无线链路的变化，无线信道利用率不高。 

依据上述所述现有资源管理方法在卫星接入网络应用上的不适宜，随着网络日益发展对资源需求的多元化，用户对网络资源需求的日益丰富和高服务质量要求（QoS）以及网络资源本身的有限性，将成为影响无线通信系统进一步发展的瓶颈。根据高低轨卫星自身特点，以及不同用户对资源需求的QoS要求不同，在设计资源管理算法时，要实现网络资源利用率的最大化，这里我们不可能忽略高用户高优先级以及高QoS的需求，也不能不考虑普通用户，因此在资源管理方案的设计上要二者兼顾。 

发明内容

技术问题：鉴于用户对网络资源需求的服务质量参数主要有效率、成本以及公平性，一般以吞吐量、平均分组延时、分组丢失率、资源利用率等为网络效率的评价指标。这些优化问题相互关联又相互矛盾，本发明提供了一种多层卫星系统（高轨卫星以及低轨卫星）接入网络中基于遗传算法的多目标优化资源管理方法，在尽可能满足不同优先级用户在网络中对资源不同QoS需求的前提下，最大化网络资源利用率，并解决了高动态拓扑结构下多用户的资源管理问题。