[发明专利]一种适用于多波束卫星网络的负载均衡控制方法

说明书

本发明基于当前卫星网络中多波束蜂窝组网的情况下，提出了一种基于QoS保障的联合邻波束和跳波束负载均衡的方法，既考虑到了用户的服务质量保障，又利用了相邻波束重叠覆盖区内用户多波束可卸载的特性进行负载均衡，同时还采用跳波束技术解决了波束中心用户无法卸载的问题，有效的降低了全网波束的丢包率，并提升了全网各波束的有效吞吐。本发明通过有效利用全网的空闲资源，解决用户分布不均带来的资源分配两极化的问题，有效降低网络平均丢包率，提升网络吞吐。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域的资源管理，具体来说涉及多波束卫星通信网络负载均衡，更具体地说，涉及一种适用于多波束卫星网络的负载均衡控制方法。

背景技术

卫星通信具有不受地理位置限制，支持各种不同需求的用户随时随地接入的优势。近年来，卫星通信领域取得了前所未有的发展，用户对卫星通信网络的业务需求正在日益变大。但是，和传统的地面网络不同，卫星具有功率、频谱及轨道受限的特点，因此，在设计卫星网络时，需采用高效的资源管理方式来满足日益增长的用户需求。

现有的移动通信卫星通常网络中采用多波束、频率复用等技术来提升网络容量和资源利用率。在资源管理方式上，现有的卫星通信网络多采用均匀部署的资源分配方式，在带宽和功率分配上均采用规则的分配方式，例如采用给每个波束分配固定的带宽和功率资源的静态分配方式；这种静态分配的方式具有结构简单，实现容易的特点；但是，现实的业务分布具有不均匀的特点，每个波束覆盖下的用户分布和业务需求是动态变化、且高度不均的；因此，现有的静态资源分配方式在应对这种负载不均匀的情况时，资源管理的性能比较差，调度机制缺少灵活性。具体体现在，对于用户分布较密集的波束，由于用户需求过于密集，且分配给该波束的频率、功率等资源有限，就会造成负载过重而无法保障所有用户的业务需求；对于用户分布较少的波束，由于用户业务需求较少，分配的带宽和功率资源因为闲置而被浪费。

鉴于上述资源管理方式存在的负载不均问题，研究者从各自的角度提出了一些解决方案，如基于相邻波束流量卸载的负载均衡方法，该方法利用相邻波束重叠覆盖创造的多传输路径可选择的特性，让重叠覆盖区内的用户可以从重负载波束卸载到相邻的轻负载波束上去，从而达到负载均衡的效果。该方法能在重叠覆盖区较高的情况下(假设重叠覆盖率达到100％，如图1所示)，获得比较高的增益，有效降低重负载波束的丢包率，提升网络的吞吐量。但是，目前的卫星网络多采用传统的蜂窝组网方式(30％重叠覆盖)，如图3所示，考虑到密集组网的干扰问题，波束组网的重叠覆盖率比较低，处于波束中心附近的用户由于空间上的限制，无法被卸载到其他的波束上，因此，在现有的低重叠覆盖的组网方式中,基于重叠覆盖区用户卸载的方法取得的效果有限，算法的性能取决于分布在重叠覆盖区内的用户数量和相邻波束中轻负载波束的数量。另外研究者还提出一种不规则尺寸波束组网的方法来解决网络负载不均衡的问题，如图2所示，对于用户分布密集的区域，采用增益更大、容量更高的小尺寸波束来覆盖；对于用户分布稀疏的区域，采用增益低、容量小的大尺寸波束来覆盖。通过这种不规则的波束组网来解决负载不均的问题。但是，由于星上转发器的限制，目前，只能支持两种不同尺寸的波束，负载均衡的效果仍然是有限的。

另外，目前的负载均衡方法研究均基于理想的假设，没有考虑到实际业务中用户的体验问题，没有考虑到不同业务的QoS(服务质量保障)保障需求，在实际网络中不太实用。

因此，如何在满足用户服务质量保障需求的同时，实现资源负载均衡是一个亟待解决的问题。

发明内容

因此，本发明的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提供一种基于QoS 保障的联合邻波束和跳波束负载均衡方法，有效利用全网的空闲资源，进行负载均衡，改善全网的丢包率，提升网络吞吐。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的：

根据本发明的第一方面，本发明的一种适用于多波束卫星网络的负载均衡控制方法，包括：