[发明专利]一种面向QoS的联合分簇及簇内跳束的星上通信资源分配方法

权利要求书

1.一种面向QoS的联合分簇及簇内跳束的星上通信资源分配方法，实现该方法的星地联合通信资源分配架构中分为两个部分：(1)地面信关站决定分簇方案(2)多波束卫星决策簇内跳束策略；其中，分簇方案包括分簇图案和分簇图案的持续时长；地面信关站观测并统计多波束卫星覆盖范围内波位小区的业务需求量，并根据簇间业务需求均衡以及簇内波位小区地理位置相邻的原则确定分簇图案；之后，地面站根据预测信息自适应调整分簇图案的持续时长，并将方案广播给多波束卫星；多波束卫星执行来自地面站的分簇方案，将功率和带宽均分给簇，簇间带宽采用四色频分复用；随后星上跳波束控制中心根据各簇的业务需求和时延要求按时调度各簇的时隙和带宽资源；

其特征在于，实现该方法的步骤如下，

S1业务自适应的分簇方案如下；

假设t时刻，分簇方案需要进行第k次更新；地面站根据簇间业务需求均衡原则和簇内波位小区地理位置相邻的原则将N个波位小区均分为M个簇，每个簇中波位小区的数量为t时刻，波位小区j的业务需求量为簇间的业务需求均衡函数E_t表示为：

为各簇间业务需求均值；表示t时刻，波位小区j是否属于簇i，若波位小区j属于簇i，否则，

分簇图案的持续时长定义为地面站两次向多波束卫星广播分簇方案的间隔；第k次分簇图案的持续时长记作B_k；B_k≤I_F，I_F是预测时长阈值，I_F内预测算法对各簇业务需求的预测是准确的；I_F以时间步长b为单位，b内各簇业务需求均值保持不变；I_F可以分解成为(f-1)b至fb时段；簇的i业务需求预测信息为根据地面站对各簇的预测信息计算表示在当前分簇图案下时段内预测的簇间业务需求均衡函数值；由E_F和E_t得到各簇业务需求均衡函数值变化情况表示在当前分簇图案下时段的业务需求均衡变化情况；的取值表示为：

ε确定最大业务需求均衡的差异范围，当与E_t的业务需求差异在该范围内时，认为时段执行t时刻的分簇图案可行，这时取值为1，反之，取值为0；

分簇图案由地面站广播给多波束卫星；分簇图案的持续更新会导致星地之间产生较大的信令开销；为降低分簇图案的更新频率同时保持簇间业务需求的动态均衡，根据自适应确定分簇图案持续时长B_k为：

表明在到这个连续时间段内执行t时刻的分簇图案是可行的，为时的最大f值，B_k取值为到这个连续时间段；

S2按时按需分配的簇内跳束策略

B_k时间内的t时刻，多波束卫星是否给覆盖范围下簇i中的波位小区n提供通信资源表示为时表明t时刻多波束卫星不给波位小区n提供通信资源；表明t时刻多波束卫星给波位小区n提供通信资源；多波束卫星分配给波位小区n的带宽为为降低业务失效率同时减少通信资源的浪费，t时刻多波束卫星提供给波位小区n的吞吐量的范围为：

t时刻，波位小区n的业务失效率定义为：

表示t时刻波位小区n的业务需求量；扩展为为即将失效的业务需求；表示t时刻，时延容忍度为lT_slot的业务需求量，l为时隙的个数，T_slot是每个时隙的持续时长；每经过一个时隙的时长，对应的时延容忍度就会降低一个时隙；若业务需求的时延超过其容忍度，该业务需求没有被满足，则业务失效。

2.根据权利要求1所述的一种面向QoS的联合分簇及簇内跳束的星上通信资源分配方法，为实现簇内按时按需分配的跳束策略，根据最大化多波束卫星各簇内吞吐量和最小化业务失效率的原则，B_k中簇i内按时按需分配的跳束模型表示为：

s.t.C₁:

C₂:

α为预设权重，以实现簇内吞吐量和业务失效率之间的权衡，Φ_max和r_max分别是簇内吞吐量和业务失效率的归一化常数；B_k是第k次分簇图案的持续时长；C₁表示在每个时隙多波束卫星只给簇i中的K个波位小区提供通信资源；C₂给出了多波束卫星提供给波位小区n的吞吐量的取值范围，保证大于即将波位小区n中即将失效的业务需求保证小于波位小区n的总业务需求量减少星上通信资源的浪费。