面向多层卫星网络的信道资源管理方法

发布时间：2019-10-11 07:55

【摘要】：多层卫星网络结构复杂,信道资源有限。对多层卫星网络信道资源进行高效管理,能够提高卫星系统整体效率。为此,提出了一种面向多层卫星网络的信道资源管理方法。针对LEO/MEO/GEO三层卫星网络,首先根据业务类型划分优先级,其次运用自回归积分滑动平均(autoregressive integrated moving average,ARIMA)模型预测小区内新呼叫业务用户量,然后根据预测用户量和卫星剩余信道带宽为用户选择接入层,再利用博弈模型判断是否允许用户接入,最后根据降级因子选择降级用户让出信道带宽。仿真结果表明,该方法能够降低整体阻塞率,提高整体效用。
【图文】：

模型图,卫星网络,小区,模型

是多层卫星网络信道资源管理需要解决的核心问题。为此，本文提出了一种新的面向多层卫星网络的信道资源管理方法。下面首先介绍多层卫星网络小区模型，然后从基于自回归积分滑动平均（ａｕｔｏｒｅｇｒｅｓｓｉｖｅｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｍｏｖｉｎｇａｖｅｒａｇｅ，，ＡＲＩＭＡ）模型的新呼叫业务用户量预测、基于预测用户量的接入层选择、基于博弈模型的用户接入判断、基于降级因子的降级用户选择４个方面来介绍本文方法，最后对本文方法进行仿真分析。１多层卫星网络小区模型本文多层卫星网络小区模型如图１所示。多层卫星网络中小区是指卫星的点波束覆盖的区域，不同层的卫星点波束之间有重叠，用户可能在不同的点波束之间切换。本文不考虑终端因素，假设用户可以接入ＬＥＯ／ＭＥＯ／ＧＥＯ三层卫星网络中的任一层。图１多层卫星网络小区模型Ｆｉｇ．１Ｃｅｌｌｍｏｄｅｌｏｆｍｕｌｔｉ－ｌａｙｅｒｓａｔｅｌｌｉｔｅ多层卫星网络中的每一个小区都被ＬＥＯ／ＭＥＯ／ＧＥＯ三层卫星网络同时覆盖。图１中，小区Ｎ－２、Ｎ－１、Ｎ被卫星Ｇ１、Ｍ１、Ｌ１覆盖，小区Ｎ、Ｎ＋１、Ｎ＋２被卫星Ｇ１、Ｍ２、Ｌ２覆盖。由于卫星的移动，小区将由不同的卫星点波束覆盖。例如由于卫星Ｌ１的移动，下一时刻小区Ｎ－２将切换到卫星Ｌ２的点波束覆盖区域中。本文中，业务按照产生方式分为切换业务和新呼叫业务，由于切换阻塞比新呼叫阻塞更难以接受，所以切换业务优先级高于新呼叫业务。再按照业务类型分为话音业务、流媒体业务和数据业务。本文定义优先级由高到低为切换话音业务、新呼叫话音业务、切换流媒体业务、新呼叫流媒体业务、切换数据业

阻塞率,话音业务

ｖａｔｉｏｎｓｔｒａｔｅｇｙ，ＤＣＲＳ）进行比较。ＢＡＣ即用户到达后，如果可分配带宽大于用户所需最大带宽，则允许该用户接入，否则拒绝该用户。ＤＣＲＳ即对优先级较高的业务动态预留带宽，当高优先级业务用户到达时，可分配预留带宽；低优先级用户到达时，如果可分配信道带宽不足，则会被拒绝。话音、流媒体、数据业务分别用Ｖ、Ｍ、Ｄ表示，切换用Ｓ表示。比较不同到达用户数时，各类业务阻塞率和平均效用，以及整个卫星系统的整体阻塞率和平均效用。话音业务阻塞率和平均效用如图３和图４所示。本文方法话音业务优先级最高，低优先级业务为其让出信道带宽，所以没有话音业务用户被阻塞。从图中可以看出，本文方法话音业务阻塞率和平均效用均优于ＢＡＣ和ＤＣＲＳ。图３话音业务阻塞率Ｆｉｇ．３Ｂｌｏｃｋｉｎｇｒａｔｅｏｆｖｏｉｃｅｔｒａｆｆｉｃ图４话音业务平均效用Ｆｉｇ．４Ａｖｅｒａｇｅｕｔｉｌｉｔｙｏｆｖｏｉｃｅｔｒａｆｆｉｃ流媒体业务阻塞率和平均效用如图５和图６所示。本文方法切换流媒体业务优先级较高，所以该业务阻塞率较低，平均效用较高，均优于ＢＡＣ和ＤＣＲＳ。新呼叫流媒体业务优先级稍低，该业务阻塞率和平均效用优于ＢＡＣ，而与ＤＣＲＳ接近。图５流媒体业务阻塞率Ｆｉｇ．５Ｂｌｏｃｋｉｎｇｒａｔｅｏｆｍｕｌｔｉｍｅｄｉａｔｒａｆｆｉｃ图６流媒体业务平均效用Ｆｉｇ．６Ａｖｅｒａｇｅｕｔｉｌｉｔｙｏｆｍｕｌｔｉｍｅｄｉａｔｒａｆｆｉｃ
【作者单位】：南京邮电大学计算机学院;江苏省无线传感网高技术研究重点实验室;
【基金】：国家自然科学基金(71301081,61572261,61373139) 江苏省自然科学基金(BK20130877,BK20150868) 国家博士后基金(2014M551637) 江苏省博士后基金(1401046C)资助课题
【分类号】：TN927.2

【参考文献】