[发明专利]一种用于卫星网络的带宽分配方法

权利要求书

1.一种用于卫星网络的带宽分配方法，其包括以下步骤：

1)卫星节点所在链路状态发生变化或新一轮用户申请带宽更新时，对卫星节点进行初始化，并计算卫星节点处的可用总带宽A；

2)计算新到业务和前一次未能满足需求业务的带宽申请总带宽B；

3)判断卫星节点处的可用总带宽A是否能够满足新到业务和前一次未能满足需求的业务带宽申请总带宽B；若A＞B，进入下一步，否则转到步骤5)；

4)根据在数据链路层获得的数据帧格式得到的新到业务和前一次未能满足需求的业务的重要紧迫度和业务类型，进而获得各业务对应的业务QoS服务等级，并先按照重要紧迫度由大到小，再按照业务QoS优先级由大到小进行带宽分配，直到A＝0；转到步骤7)；

5)收集新到业务和前一次未能满足需求的业务特性和卫星链路信道状态信息；

6)通过最优化效用函数带宽分配模型为新到业务和前一次未能满足需求的业务中每个业务分配带宽，最优化效用函数带宽分配模型采用效用函数u(x_i)将卫星节点所收集到的新到业务和前一次未能满足需求的业务的重要紧迫度参数m_i，业务QoS服务等级的优先级参数q_i和链路的信道状态参数s_i进行建立的；该效用函数u(x_i)需要同时满足非否、单调非减、一阶导数先增后减和有上界的条件，其最优化效用函数带宽分配模型如下：

$u\left(x_i\right)=({\mathrm{\αm}}_i+{\mathrm{\βq}}_i)ln(1+\frac{x_i}{b_i})+ln(1+s_i\frac{x_i}{b_i})$

其中，效用函数u(x_i)表示业务i在获得带宽资源数量为x_i时的满意程度；业务i表示新到业务和前一次未能满足需求的业务中第i个业务，且业务共n个，且n为正整数；x_i是相对应于业务i分配得到的带宽；α表示业务特性中重要紧迫度参数m_i所占权重的大小，β表示业务特性中业务QoS服务等级的优先级参数q_i所占权重的大小，且α+β＝1；b_i表示业务i请求分配的带宽量；

单一一个业务的效用值大，并不能保证整个网络的效用最大化，因此将带宽分配优化问题转化为非线性规划问题进行最优化分配带宽，其分配模型如下：

$\underset{x_1,x_2,...,x_n}{max}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}u\left(x_i\right)$

$s.t.\left\{\begin{array}{c}\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{x}_i\≤A\\ x_i\≥a_i(1\≤i\≤n)\end{array}\right.$

其中，n表示新到业务和前一次未能满足需求的业务的总数量，A表示卫星节点处的可用总带宽，α_i表示业务需要的最小带宽量；

7)根据不同类型业务在卫星网络传输中需要满足不同的最小需求带宽来判断为每一个业务分配的带宽是否满足其自身对带宽的要求；若不满足，则进入下一步，否则带宽分配结束；

8)根据带宽分配后不满足需求的业务的重要紧迫度的大小，按照动态抢夺式方式进行带宽的释放和抢夺，动态抢夺式方式的抢夺过程如下：

①判断业务i的重要紧迫参数m_i，若m_i＝3或m_i＝2，则进入步骤②，若m_i＝1，则进入步骤③；

②当m_i＝3或m_i＝2时，按照重要紧迫度参数m_i由大到小的顺序抢夺m_i＝1业务的带宽：

经过步骤6)进行分配带宽后，设没有满足要求的带宽量的业务称为抢夺业务k；得到满足或得到过量带宽的业务称为被抢夺业务l，且k、l为正整数，表示在所有业务中的第k个，第l个业务；被抢夺业务l应满足的条件为其中，是经过按照步骤6)中进行分配带宽后被抢夺业务l当前分配得到的带宽，a_l是被抢夺业务l的最小需求带宽，a_k是抢夺业务k的最小需求带宽，m_i是抢夺业务k重要紧迫度参数；1表示带宽量纲；当被抢夺业务l不满足条件时，说明此时抢夺业务k只抢夺一个被抢夺业务l的剩余带宽不能满足要求，抢夺业务k需要抢夺多个业务的剩余带宽，并且当有多种方案可选择时，抢夺业务k抢夺的业务个数应满足最少原则；抢夺业务k只抢夺被抢夺业务l超过a_l的剩余带宽，被抢夺业务l最终分配带宽为x_l，x_l应满足条件为进入步骤9)；

③当m_i＝1时，先判断该m_i＝1业务的QoS服务等级，若为高QoS服务等级，则再抢夺信道状态差和QoS服务优先级低的业务所占用的带宽，进入步骤9)；

9)再次判断为业务分配的带宽是否满足该业务对带宽的要求；若不满足进入下一步；否则，带宽分配结束；

10)判断所得带宽不满足业务的重要紧迫度；若重要紧迫度为最高级别，则放弃对该业务的处理，带宽分配结束；否则将该业务的重要紧迫度上升一个级别，转到步骤2)中，作为步骤2)中前一次未能满足需求的业务，继续进行带宽分配。