[发明专利]一种基于星地协同处理的资源管理方法

说明书

本发明提供一种基于星地协同处理的资源管理方法，包括如下步骤：S1、随机产生波束对应的初始资源分配方案，以随机将该波束覆盖下的部分用户业务分配给星上处理、剩余用户业务分配给地面处理，计算初始综合优化目标值；S2、对初始资源分配方案进行多轮预调整直至满足预设的调整停止条件，保留最小的综合优化目标值对应的资源分配方案；S3、按照最终的资源分配方案将当前波束覆盖下的所有用户业务分配给星上处理或地面处理，并调整用户链路和馈电链路的功率配置。本发明综合了波束覆盖下的业务类型分布、业务QoS保障需求及用户信道质量等，对波束覆盖下的业务进行星地协同处理分配，最大化利用网络资源以获得最小的平均时延和最大吞吐量。

技术领域

本发明涉及无线通信技术领域，具体来说，涉及无线通信技术领域中的无线资源动态管理，更具体地说，涉及多波束卫星通信网络中的星地协同资源管理方法。

背景技术

当前卫星系统受承载能力的限制，通信载荷多采用弯管式透明转发载荷，且在资源管理上采用简单易实现的固定资源分配方法。固定资源分配方法缺乏资源灵活分配的能力，无法有效应对波束覆盖下的业务变化，导致资源管理器的资源利用效率低。另外，由于卫星轨道距离地面的高度较远，卫星网络中的业务传输时延通常比较大，对保障用户QoS面临难题。基于这些缺点，领域内研究学者对星上处理技术进行了研究，包括引入星上处理载荷、星上缓存等技术，允许部分业务如语音、多媒体文件传输等业务在星上进行处理，以降低业务传输时延。

针对卫星网络中用户业务传输时延大，资源管理器利用率低的问题，卫星领域学者从星上处理技术，包括星上处理架构、星上缓存技术等角度出发进行研究，探讨了这些技术在降低业务时延方面的作用。但是，没有进一步探讨这些技术对提升无线资源利用率的作用，比如对于改善波束吞吐量，降低丢包率等关键性能指标的作用，并且忽略了星上资源包括计算资源、存储资源以及星上馈电和用户链路的无线资源联合进行分配时，能够在降低时延、提升波束吞吐量等方面带来的增益。因此，针对上述研究的不足，在考虑卫星通信网络中对时延敏感的典型实时类业务如语音、视频的基础上，以优化网络业务平均传输时延、波束吞吐量等为优化目标，在联合使用星上计算资源、存储资源及无线资源等前提下，进行星地协同资源管理方法设计以此提升卫星通信网络的资源利用率具有重要的意义。

发明内容

因此，为了达到上述目的，本发明提供一种基于星地协同处理的资源管理方法，建立多目标资源优化问题模型，根据星上处理器的能力、星上缓存的能力以及星上用户、馈电链路的资源进行星地联合分析，在考虑多个综合优化目标的前提下，进行联合资源分配，优化业务时延及波束吞吐。

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，提供一种基于星地协同处理的资源管理方法，用于配置卫星系统中的用户链路、馈电链路的功率以及用户业务的星地传输方案，其中，将星上计算能力平均分配给用户链路的每一个波束，用户链路的每一个波束对应馈电链路中的一个载波，所述资源管理方法包括在某个波束被分配到的星上计算能力不能满足该波束覆盖下所有用户业务需求时执行步骤S1、S2和S3。

步骤S1、随机产生该波束对应的初始资源分配方案，以随机将该波束覆盖下的部分用户业务分配给星上处理、剩余用户业务分配给地面处理，计算初始资源分配方案对应的初始综合优化目标值；其中，资源分配方案包括当前波束覆盖下的每个用户业务的传输模式，所述传输模式包括单跳模式和双跳模式，其中，单跳模式是指用户业务在星上处理，双跳模式是指用户业务在地面处理；其中，所述综合优化目标值为当前波束覆盖下的所有用户业务的平均传输时延与所有用户业务的吞吐量的负值之和，不同的资源分配方案对应的综合优化目标值不同。

卫星网络中波束覆盖下的用户业务的平均传输时延通过如下方式计算：

其中，表示波束i覆盖下的所有用户的平均传输时延，N_i,m表示波束i覆盖下的用户数量，M是用户的集合，表示波束i覆盖下的用户m的平均传输时延且通过如下方式计算；