[发明专利]基于拍卖机制的星地融合中继网络的通信方法和通信系统

说明书

本发明提供了一种基于拍卖机制的星地融合中继网络的通信方法和系统。该方法包括：卫星向多个潜在中继节点广播合作信令，将卫星的时隙作为拍卖机制中的商品；每个潜在中继节点预测潜在中继节点在当前时刻是否参与竞标，将所有参与竞标的潜在中继节点作为第一中继节点；第一中继节点根据信道性能评估信道价值，并将包括估计价值的竞标向量上报给卫星，其中，信道包括卫星‑中继信道、中继‑卫星用户信道和中继‑地面用户信道，信道性能包括信道增益和子时隙分配长度；以及卫星基于拍卖机制和竞标向量，从多个第一中继节点中选择最大竞标向量对应的第一中继节点作为获胜中继节点，获胜中继节点与卫星达成合作关系。

技术领域

本发明主要涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于拍卖机制的星地融合中继网络的通信方法和通信系统。

背景技术

过去相当长的一段时间内，研究人员专注于研究地面移动蜂窝网络。地面蜂窝网络地面移动通信系统的通信容量大，网络延迟小，频谱效率高，技术发展完善，能够广泛覆盖人口稠密的城市区域，但是由于地形和经济因素制约，地面移动网络无法覆盖诸如海洋、偏远地区等全球大部分区域。卫星通信系统凭借其较强的广域覆盖能力，可以为全球用户特别是传统地面蜂窝网络无法覆盖的偏远地区、海洋、以及链路损毁的灾区提供无缝互联网宽带服务。然而，受限于视距传输、阴影或者遮蔽效应等的影响，低轨卫星无法为人口密集区域提供有效覆盖。研究人员提出了“星地融合网络”的概念，以使卫星通信系统和地面通信系统融合起来。但是卫星通信系统与地面通信系统体制不同，沿着两条道路发展，不同系统之间如何交换资源、从而达到合作共赢的效果，是星地融合网络的重要研究课题。为了进一步提升卫星移动通信网络的覆盖范围以及提供高数据传输率服务，地面移动通信系统可以帮助卫星放大转发信号，即地面移动通信系统作为卫星信号的中继，帮助卫星传输信号。这样，在抵抗阴影效应和衰落效应的同时，地面移动通信系统也可以获得星地共享频段的接入机会。这种情况下地面移动通信系统和卫星通信系统可以视作一个整体，称为星地融合中继网络。

目前的星地协作通信往往把所有具备中继功能的设备全部放入一个备选集中，但是卫星一个波束可以覆盖几公里至几十公里，当存在大量的潜在中继节点数的情况下易造成计算量过大。除了计算规模问题，在传统的星地融合网络中继选择问题中，往往假设每个节点都是诚实的，但现实可能并非如此，这导致某些“非诚实”的潜在中继节点提供虚假信息后会被频繁调度，导致主用户传输速率下降。另外，现有的研究往往基于准静态场景，没有考虑低轨卫星的动态性带来的前后两个时间快照上卫星选中的不同中继之间的切换开销，而仅仅基于机会调度选择中继并进行信号的放大传输，这对于低轨卫星这种高动态通信系统来说会导致备选中继的反复变动，带来控制信令的频繁交互，引起通信的长时延和计算开销的增加。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种动态环境下实现高效星地协作通信的基于拍卖机制的星地融合中继网络的通信方法和通信系统。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种基于拍卖机制的星地融合中继网络的通信方法，所述星地融合中继网络包括至少一颗卫星、多个潜在中继节点和多个卫星用户，每个所述潜在中继节点在地面服务于其所覆盖的多个地面用户，其特征在于，包括：所述卫星向所述多个潜在中继节点广播合作信令，将所述卫星的时隙作为拍卖机制中的商品；每个所述潜在中继节点预测所述潜在中继节点在当前时刻是否参与竞标，将所有参与竞标的潜在中继节点作为第一中继节点，其中，所述参与竞标表示所述潜在中继节点愿意获得所述商品；所述第一中继节点根据信道性能评估信道价值，并将包括估计价值的竞标向量上报给所述卫星，其中，所述信道包括卫星-中继信道、中继-卫星用户信道和中继-地面用户信道，所述信道性能包括信道增益和子时隙分配长度；以及所述卫星基于拍卖机制和所述竞标向量，从多个所述第一中继节点中选择最大竞标向量对应的第一中继节点作为获胜中继节点，所述获胜中继节点与所述卫星达成合作关系。