[发明专利]一种低轨卫星系统资源调度方法

说明书

本发明涉及一种低轨卫星系统资源调度方法，属于无线通信技术领域。该方法包括以下步骤：S1：建模物联网网关关联变量；S2：建模卫星间数据转发变量；S3：建模地面站关联变量；S4：建模物联网网关、卫星及地面站数据缓存模型；S5：建模物联网网关、地面站关联、卫星间数据转发及资源分配限制条件；S6：基于物联网网关最大传输时延最小化确定用户关联及资源调度策略。本发明通过对低轨卫星通信系统联合设计物联网网关关联及资源调度策略，实现物联网网关最大传输时延最小化。

技术领域

本发明属于无线通信技术领域，涉及一种低轨卫星系统资源调度方法。

背景技术

物联网(Internet of things，IoT)即“万物相连的互联网”，是在互联网基础上延伸和扩展的网络，通过将各种信息传感设备与互联网相结合，可实现在任何时间、任何地点，人、机、物的互联互通。物联网在多个领域已得到广泛应用，如工业、农业、环境、交通、物流、安保等，有效地推动了各领域的智能化发展，提高了行业效益。对于部分物联网应用，物联网设备工作环境恶劣，无可靠蜂窝网络覆盖，其数据调度问题面临巨大的挑战，因此，如何高效地传输物联网设备数据已成为重要研究课题。

目前已有研究中，有文献针对偏远区域分布的物联网数据传输问题，提出了基于低轨卫星转发的数据传输策略，并在满足物联网网关容量及卫星容量限制的条件下，提出了一个基于Lyapunov优化理论的在线算法实现物联网数据上传。

现有研究多考虑物联网数据上行传输或下行传输链路，未综合考虑物联网上下行数据传输，且充分考虑数据传输时延优化，可能导致数据传输性能严重受限。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低轨卫星系统资源调度方法。在该方法中，物联网网关收集物联网设备的数据，通过低轨卫星中继，将物联网设备成功卸载至地面站，综合考虑物联网网关、卫星之间及卫星与地面站间的关联选择及卫星的资源限制，有效实现了最大物联网网关传输时延最小化，从而确保了物联网网关之间的公平性，提升了系统性能。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种低轨卫星系统资源调度方法，该方法包括以下步骤：

S1：建模物联网网关关联变量；

S2：建模卫星间数据转发变量；

S3：建模地面站关联变量；

S4：建模物联网网关、卫星及地面站数据缓存模型；

S5：建模物联网网关、地面站关联及资源分配限制条件；

S6：基于物联网网关传输最大时延最小化确定用户关联及资源调度策略。

可选的，令所述物联网网关数量为N，卫星数量为M，地面站数量为K；G_n表示第n个物联网网关，S_m表示第m个卫星，V_k表示第k个地面站，1≤n≤N，1≤m≤M，1≤k≤K。

可选的，所述步骤S1中，建模物联网网关关联选择变量具体包括：令u_n,m,t∈{0,1}为物联网网关G_n与卫星S_m在第t个时隙内的关联变量，若u_n,m,t＝1，表示物联网网关G_n与卫星S_m在第t个时隙内关联，反之，u_n,m,t＝0。

可选的，所述步骤S2中，建模卫星间数据传输变量具体包括：令α_m,l,t∈{0,1}表示卫星S_m与S_l在第t个时隙内的数据传输变量，若α_m,l,t＝1，表示卫星S_m在第t时隙内传输数据至卫星S_l，反之，α_m,l,t＝0。