[发明专利]卫星地面融合网络数据传输方法

权利要求书

1.卫星地面融合网络数据传输方法，其特征在于：该方法包括以下步骤：

S1：建模卫星及网关连接状态；

S2：建模卫星关联及链路选择变量；

S3：建模基站关联变量；

S4：建模簇头选择变量；

S5：建模网络总时延；

S6：建模卫星关联模式总时延；

S7：建模基站关联模式总时延；

S8：建模用户关联及资源分配限制条件；

S9：基于网络总时延最小化确定联合用户关联及资源分配策略；

在该方法中，令卫星数量为K，eMBB用户数量为L，mMTC用户数量为N；S_k表示第k个卫星，E_i表示第i个eMBB用户，M_n表示第n个mMTC用户，表示E_i需要上传的数据量大小，表示M_n需要上传的数据量大小，1≤k≤K,1≤i≤L,1≤n≤N；网络带宽资源划分为多个带宽相同的子信道，子信道带宽为B，用户采用频分多址的方式接入网络；

在S1中，建模卫星及网关连接状态具体包括：令为E_i与S_k间链路连接状态，若表示E_i与S_k为邻居节点，两者之间存在直传链路，反之，令x_k,j∈{0,1}为S_k与S_j间链路连接状态，若x_k,j＝1，表示S_k与S_j为邻居节点，两者之间存在直传链路，反之，x_k,j＝0；令x_k∈{0,1}为S_k与卫星网关连接状态，若x_k＝1，表示S_k与卫星网关存在直传链路，反之，x_k＝0；

在S2中，建模卫星关联变量具体包括：令α_i,k∈{0,1}为E_i与S_k的关联变量，若α_i,k＝1，表示E_i与S_k建立关联，进行数据传输；反之，α_i,k＝0；令α_i,k,j∈{0,1}为星间链路选择关联变量，若α_i,k,j＝1，表示E_i经S_k与S_j间的卫星链路传输数据，反之，α_i,j,k＝0；令为卫星/网关链路选择变量，若表示E_i经卫星/网关链路传输数据，反之，

在S3中，建模基站关联变量具体包括：令为E_i与基站的关联变量，若表示E_i与基站建立关联，反之，令为M_n与基站的关联变量，若表示M_n与基站建立关联，反之，

在S4中，簇头选择变量具体包括：令β_n,i∈{0,1}为M_n与E_i的关联变量，若β_n,i＝1，表示M_n采用簇头转发模式，选择E_i作为簇头，进行数据转发，反之，β_n,i＝0；

在S5中，建模网络总时延为T＝T^s+T^b，其中，T^s表示卫星关联模式总时延，T^b表示基站关联模式总时延；

在S6中，建模卫星关联模式总时延具体包括：用户通过直接传输模式或簇头转发模式传输数据至卫星，卫星经网关接入核心网对应的时延，建模为：其中，为E_i传输自身数据及转发mMTC用户数据对应的时延，建模为

1)表示E_i作为簇头转发mMTC用户数据对应的时延，建模为其中，为M_n传输数据至E_i对应的速率，建模为为M_n传输数据至E_i的发射功率，为M_n与E_i之间链路增益，σ²为噪声功率；

2)表示E_i传输数据到S_k对应的时延，建模为其中，为E_i所需传输的总数据量，建模为为E_i传输数据至S_k对应的速率，建模为为E_i传输数据至S_k的发射功率，为E_i与S_k之间链路增益；

3)表示E_i经S_k与S_j间的卫星链路传输数据对应的时延，建模为其中，为S_k与S_j之间链路的传输数据速率，建模为G_r和G_t分别表示卫星接收天线增益和发射天线增益，为S_k传输数据至S_j的发射功率，为S_k与S_j间的卫星链路自由空间损耗，建模为其中，c为光速，f为载波频率，为S_k与S_j的距离，k_s和T_s分别表示玻尔兹曼常数和系统噪声温度，N₀为噪声功率谱密度函数，建模为N₀＝k_sT_S；

4)表示E_i经S_k与卫星网关链路传输数据对应的时延，建模为其中，为S_k传输数据至卫星网关对应的速率，建模为为S_k传输数据至卫星网关的发射功率，为S_k与卫星网关之间链路增益，建模为其中，G_gr为卫星网关的接收天线增益，L_p为雨衰因子，为S_k与卫星网关链路间的自由空间损耗，建模为为S_k与卫星网关间的距离；

在S7中，建模基站关联模式总时延具体包括：用户通过直接传输模式或簇头转发模式传输数据至基站，进而转发至核心网对应的时延，建模为：

1)表示E_i传输数据到基站对应的时延，建模为其中，为E_i传输数据至基站对应的速率，建模为为E_i传输数据至基站的发射功率，为E_i与基站之间链路增益；

2)表示M_n传输数据到基站对应的时延，建模为其中，为M_n传输数据至基站对应的速率，建模为为M_n传输数据至基站的发射功率，为M_n与基站之间链路增益；

在S8中，建模用户关联及资源分配策略具体包括：

1)M_n关联变量的限制条件为

2)E_i关联变量的限制条件为

3)E_i的传输速率限制条件为其中，E_i的传输速率为为E_i经卫星转发数据对应的速率，建模为为E_i的最小传输速率需求；

4)M_n的传输速率限制条件为其中，M_n的传输速率为为M_n通过E_i转发数据对应的速率，建模为1≤i≤L,1≤k≤K,1≤j≤K,k≠j，为M_n的最小传输速率需求；

5)路由选择约束条件为α_i,k,j＝0,若x_i,k,j＝0；若x_k＝0；α_i,k＝0,若

6)数据转发守恒限制条件为

S9具体包括：在满足用户关联及资源分配限制条件，以网络时延最小化为目标，优化确定用户关联及资源分配策略，即：

其中，分别表示优化后的α_i,k、α_i,k,j、β_n,i、