[发明专利]基于QoS约束和负载均衡的卫星网络接入选择方法

说明书

本发明公开了一种基于QoS约束和负载均衡的卫星网络接入选择方法，主要解决现有技术在选择卫星接入时，导致网络整体负载不均衡及实时业务时延高的问题。其方案是：在用户发起业务请求时，先识别该业务的类别，判断覆盖该用户的所有卫星的空闲带宽与业务请求所需最小带宽的关系，得到可接入卫星集合；再确定该业务对各项参数的依赖度，计算可接入卫星集合中每颗卫星的QoS综合加权值和网络负载值；最后计算得到综合效用函数值，将函数值最小的卫星作为该用户选择接入的卫星。本发明综合考虑了用户的服务质量和网络整体负载情况，降低了实时业务端到端的时延和网络的新呼叫阻塞率，提高了用户的满意度和资源利用率，可用于卫星网络通信。

技术领域

本发明属于通信技术领域，更进一步涉及一种卫星网络接入选择方法，可用于卫星网络通信时用户的选择接入。

背景技术

传统的地面网络在建设过程中会受到自然灾害、极端地形等因素的影响，使得网络设备搭建困难，因此仅仅依靠地面无线通信系统无法实现真正意义上的全球无缝覆盖。卫星通信具有覆盖范围广、灵活性好、抗破坏性强等优点，可以很大程度上实现对地面网络的补充和完善。近年来，随着卫星通信技术的发展，卫星网络中部署使用的卫星数量逐渐增多，地面用户被多颗卫星同时覆盖的可能性也相应增大。同一用户选择不同的卫星接入，所获得的接入性能和服务质量往往有所差异，并且也会影响整个卫星网络的负载均衡。因此，针对多颗卫星覆盖下的接入选择技术的研究具有重要的意义。

现有的多星覆盖下的最基本的接入选择算法都是基于单因素的，如基于最短距离的接入选择算法，该算法原理简单，但是没有充分利用覆盖时间、可用信道数等先验知识，因而具有较高的接入失败率和阻塞率；基于最长覆盖时间的接入选择算法可以有效减少星间切换，但是对于短时间通信的用户来说无法达到最好的性能。地面用户仅凭系统中的单一参数来确定最终的接入卫星，考虑问题偏极化，会造成系统性能无法达到最优状态。为此，研究者已经提出了在卫星通信网络接入策略中考虑多项参数，使用参数综合加权的算法确定最终的接入卫星，以提高接入访问效率的诸多方法。

张华涛在其发表的论文“分层卫星网络中的接入策略研究”(计算机工程与设计，2005)公开了一种基于仰角加权的覆盖时间优先方案，该方案通过对覆盖时间和卫星仰角这两个变量分别加权得到目标函数，作为卫星选择接入的依据。原始呼叫产生时，若多星覆盖当前呼叫，系统将计算这些卫星的目标函数值，并对它们进行排序，然后在权值最高的卫星上寻找空闲信道，若有信道则建立链接，若无空闲信道，则寻找余下覆盖卫星中权值高者，依此类推。该方法的不足之处在于，随着用户业务请求不断增多，在用户进行接入选择过程中仅仅考虑个体服务质量最优，将可能导致网络整体负载不均衡，使得一些卫星负荷很轻，另外一些卫星满载，这将增大数据阻塞和传输中断概率。

别玉霞在其发表的论文“低轨卫星通信网络中改进的综合加权接入算法”(电视技术，2013)公开了一种基于覆盖时间、空闲信道以及接收信号信噪比的综合加权接入选择方法。该方法从整体性能的角度出发，针对三方面进行线性加权操作，将权值最高者作为接入时的最优选择。该方法的不足之处在于，对用户的请求业务类型敏感度不高，即不能对实时性业务和非实时性业务进行有效区分,可能造成实时性业务具有较高的时延。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于QoS约束和负载均衡的卫星网络接入选择方法，以减小网络的新呼叫阻塞率和切换失败率，平衡卫星网络的业务负载，提高资源利用率。

实现本发明目的的技术方案是：通过综合考虑用户的服务质量和网络的负载情况，根据不同业务类型对接入策略参数设置不同的敏感度，以系统综合性能最优作为用户接入选择的指标，具体步骤包括如下：

(1)在地面用户发起业务请求时，确定覆盖当前用户的所有卫星，组成卫星集合S＝{S₁,S₂,S_j,…,S_n}，其中，S_j表示覆盖当前用户的第j个卫星，1≤j≤n，n代表覆盖当前用户的卫星总个数；