[发明专利]多星多信关站的卫星移动通信系统负载均衡方法

权利要求书

1.一种多星多信关站的卫星移动通信系统负载均衡方法，其特征在于，利用卫星移动通信系统负载均衡体系架构来实现；所述的卫星移动通信系统负载均衡体系架构包括物理实体域和逻辑功能域；

所述的卫星移动通信系统负载均衡体系架构的物理实体域包括空间段、地面段和用户段，空间段包括移动通信卫星，地面段包括一个运维管控中心和多个信关站，用户段包括部署于陆地、海上和空中的多种形态的用户终端；

所述的卫星移动通信系统负载均衡体系架构的逻辑功能域包括用户层、业务层、承载层和链路层；

所述的用户层用于进行用户终端分类，将用户终端分为多个用户群；

所述的业务层用于进行通信业务分类，将通信业务分为基本业务和定制补充业务；基本业务包括电信业务、承载业务和补充业务；

所述的定制补充业务包括应急救生短消息、视频回传、位置信息服务、即时通信和状态信息采集；承载层分为核心承载子层和接入承载子层；

所述的链路层用于根据通信传输条件差异，选用相应的调制编码方式实现可靠传输；

所述负载均衡方法包括：

S1，卫星移动通信系统将信关站与承载层进行逻辑映射，多个信关站共同构成一个核心网，各信关站与若干用户群分别构成多个接入网，实现多用户群向卫星移动通信系统的一体接入；卫星移动通信系统将运维管控中心与业务层进行逻辑映射，运维管控中心为多用户群提供基本业务并按需提供定制补充业务；卫星移动通信系统将用户终端与用户层和链路层进行逻辑映射，根据用户终端能力指标和应用环境，卫星移动通信系统选择应用相应的通信模式与用户终端进行通信；

S2，卫星移动通信系统通过用户终端接入控制，进行多颗移动通信卫星之间的负载均衡；

S3，卫星移动通信系统通过波束划分进行多个信关站之间的负载均衡；

所述的步骤S3，包括：

S31，每颗移动通信卫星具有多个波束并相应部署多个信关站，第i颗移动通信卫星的波束数量记为K_i，第i颗移动通信卫星的第k个波束表示为的实时业务量记为在过去T时长内的平均业务量记为k＝1,2,..,K_i，对第i颗移动通信卫星所部署的信关站数量记为G_i，第i颗移动通信卫星所部署的第m个信关站的最大业务负载量为m＝1,2,..,G_i，第i颗移动通信卫星所部署的第m个信关站当前承载的波束集合为

S32，运维管控中心以最小化每颗移动通信卫星的信关站之间的负载差异量为准则，构建目标函数g₁，以最小化信关站承载波束变化量为准则，构建目标函数g₂，利用目标函数g₁和目标函数g₂，构建信关站负载均衡模型，第i颗移动通信卫星的信关站负载均衡模型表示为：

其中，表示每颗移动通信卫星的信关站之间的负载差异量，C表示求在中的补集，为负载均衡后第i颗移动通信卫星所部署的第m个信关站承载的波束集合；对每个移动通信卫星，采用智能优化方法或机器学习方法，求解其对应的信关站负载均衡模型，得到各信关站在负载均衡后所承载的波束集合信息；

S33，运维管控中心将各信关站在负载均衡后所承载的波束集合信息发送给对应的信关站；

S34，各信关站将接收的负载均衡后所承载的波束集合信息中对应的波束设定为承载波束，将其他波束设定为不承载波束，各信关站仅向承载波束提供用户终端接入服务，从而完成多个信关站之间的负载均衡。

2.如权利要求1所述的多星多信关站的卫星移动通信系统的负载均衡的方法，其特征在于，所述的步骤S2，具体包括：

S21，运维管控中心获取各移动通信卫星的实时负载量、过去T时长内的平均负载量和波束覆盖区域，第i颗移动通信卫星的实时负载量记为L_i，第i颗移动通信卫星的过去T时长内的平均负载量记为L_avg,i，第i颗移动通信卫星的波束覆盖区域记为A_i，其中i＝1,2,...,N，N为卫星移动通信系统中移动通信卫星的总数量；

S22，运维管控中心对N颗移动通信卫星的波束覆盖区域进行遍历，获得所有波束覆盖区域中的相互重叠情况，第i颗移动通信卫星和第j颗移动通信卫星的重叠覆盖区域记为D_i,j，D_i,j＝A_i∩A_j，D_i,j的面积记为S_i,j，当两颗移动通信卫星之间不存在重叠覆盖区域时，S_i,j＝0；

S23，构建负载均衡优化模型，其表达式为：

min:

s.t.γ_i,j＝{0,1}

δ_i,j＝{0,1}

N∈N^*

其中，γ_i,j、δ_i,j分别为第i颗移动通信卫星和第j颗移动通信卫星的重叠覆盖区域的前一次和本次的负载均衡优化结果，γ_i,j和δ_i,j的取值为0或1，当其取值为0时，表示重叠覆盖区域D_i,j中的用户终端接入卫星移动通信系统所产生的负载量由第i颗移动通信卫星承载，当其取值为1时，表示重叠覆盖区域D_i,j中的用户终端接入卫星移动通信系统所产生的负载量由第j颗移动通信卫星承载；A_S,i和A_S,j分别为第i颗移动通信卫星和第j颗移动通信卫星的波束覆盖区域面积；L_max,i表示第i颗移动通信卫星的最大负载量；

S24，利用智能优化方法或机器学习方法对负载均衡优化模型进行求解，得到求解结果，运维管控中心将该求解结果发送至各移动通信卫星，各移动通信卫星根据接收到的求解结果进行用户终端接入控制处理，实现多颗移动通信卫星之间用户终端接入所产生的负载量的负载均衡。