基于優(yōu)先級的信道資源管理方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種對低軌衛(wèi)星資源進行信道預留的方法，屬于衛(wèi)星通信領域。特別 是涉及一種單一業(yè)務和單一用戶類型的信道預留策略不能夠滿足用戶高質(zhì)量服務需求的 問題。
【背景技術】
[0002] 作為國家關鍵的基礎通信設施，以及全球移動通信的重要組成部分，衛(wèi)星移動通 信系統(tǒng)在國家安全、緊急救援、互聯(lián)網(wǎng)、遠程教學、衛(wèi)星電視廣播以及個人移動通信等方面 得到了廣泛的應用。新一代寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以提供個人電信業(yè)務、多信道廣播、互聯(lián)網(wǎng) 的遠程傳送，是全球無縫個人通信、互聯(lián)網(wǎng)空中高速通道的必要手段。近年來衛(wèi)星通信新技 術不斷發(fā)展，特別是低軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)受到了人們的廣泛關注，其研宄與應用已成 為各國的戰(zhàn)略發(fā)展重點。無線資源管理是低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)研宄中的一項重要內(nèi)容， 這主要是由于衛(wèi)星系統(tǒng)的資源是非常昂貴的，因此如何合理而有效地管理并利用衛(wèi)星系統(tǒng) 的資源已成為關鍵。針對目前衛(wèi)星資源管理中核心問題一一信道分配，各國開展了研宄。
[0003] 信道分配指在采用信道復用技術的小區(qū)移動通信系統(tǒng)中，以最有效的頻譜利用方 式將信道分配給小區(qū)或是將小區(qū)信道分配給終端。在現(xiàn)代蜂窩網(wǎng)絡中，隨著用戶業(yè)務密度 的增加，信道分配對網(wǎng)絡容量起著至關重要的作用。研宄無線通信系統(tǒng)的信道分配問題需 要充分理解用戶的QoS需求和業(yè)務特性。所有的信道分配機制是根據(jù)系統(tǒng)和業(yè)務的模型被 設計的。最終的性能不僅與設計是否適用于系統(tǒng)和業(yè)務模型有關，而且與模型是否準確有 關。因此信道分配機制就是為了最大滿足用戶的服務需求和提高無線頻譜資源的利用率， 根據(jù)系統(tǒng)和業(yè)務的模型而進行的一種無線資源分配方式。
[0004] 目前國內(nèi)外對信道分配方法做了很多研宄，提出了很多信道分配策略。其中信道 分配策略中最具有代表性的就是信道預留策略，在此策略中專門設定一部分預留信道只用 于服務切換用戶，即屬于切換用戶的預留信道。很多策略都是根據(jù)上述思想所變化而來的。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005] 技術問題：本發(fā)明的目的是提供一種基于優(yōu)先級的信道資源管理方法，用以解決 單一業(yè)務和單一用戶類型的信道預留策略不能夠滿足用戶高質(zhì)量服務需求的問題。提出綜 合業(yè)務與用戶優(yōu)先級的信道預留模型，結(jié)合該模型提出基于二維Markov的信道模型分析。 與其他信道預留方法相比，本方法注重在降低高優(yōu)先級業(yè)務與高優(yōu)先級用戶的阻塞率，提 高信道利用率以及用戶整體滿意度，并解決在求解信道預留門限時遇到的NP-hard問題。
[0006] 技術方案：本發(fā)明通過提出綜合業(yè)務與用戶優(yōu)先級的信道預留模型，引入基于 Markov的信道模型分析，解決單一業(yè)務和單一用戶類型的信道預留策略不能夠滿足用戶高 質(zhì)量服務需求的問題；通過引入綜合遺傳算法和蟻群算法的信道預留門限求解算法，解決 在求解信道預留門限時遇到的NP-hard問題。
[0007] 本發(fā)明的方法是通過提出綜合業(yè)務與用戶優(yōu)先級的信道預留模型，將m種不同等 級的數(shù)據(jù)用戶新呼叫、語音用戶新呼叫、數(shù)據(jù)用戶切換呼叫和語音用戶切換呼叫結(jié)合起來， 同時引入基于Markov的信道模型分析。通過提出綜合遺傳算法和蟻群算法的信道預留門 限求解算法，解決在求解信道預留門限時遇到的NP-hard問題。
[0008] 一、體系結(jié)構(gòu)
[0009] 本方法主要分為兩個部分，一是綜合業(yè)務與用戶優(yōu)先級的信道預留模型；二是綜 合遺傳算法和蟻群算法的信道預留門限求解算法。
[0010] 綜合業(yè)務與用戶優(yōu)先級的信道預留模型：
[0011] 信道分配模型中共有M = {1，2, 3, 4,…i···，m-1，m}種等級的用戶，由于高優(yōu)先級 的需要更高的服務質(zhì)量，本方法嚴格按照優(yōu)先級來劃分信道，即
[0012] 0 彡 k# k2…彡 Iii…彡 k# k/ 彡 k，2...彡 k/…彡 k，# k/，彡 k"2…彡 k，... 彡k'Sk/''彡1?"'2···<?ν''…彡k"'m。這里我們采用4m個門限參數(shù)分配信道K = {k" k2, ...Iv..，km，k/，k，2, ...k/ …，k，m，k/'，k"2, ...ki''...，k''m，k/'，，k"'2, ...k,…，k"'J， 其中數(shù)據(jù)用戶新呼叫業(yè)務截至門限Y由k2, ···kr··，km}組成，并令km= Y ;語音用戶新 呼叫業(yè)務截至門限V由{ki'，k'2，… ki'~，k'm}組成，并令k'm= V;數(shù)據(jù)用戶切換呼叫截至 門限W由{k/'，k"2，…k/' "'F1J組成，并令k"m= W;語音用戶切換呼叫截至門限C由 {k/''，k'" 2，…V"…，k'" J組成，并令k'" m= C。其中k i為第i級數(shù)據(jù)用戶新呼叫截止 門限，k/為語音用戶新呼叫截止門限，k/'為第i級數(shù)據(jù)用戶切換呼叫截止門限，k/''為第 i級語音用戶切換呼叫截止門限。
[0013] 信道分配模型中設置一個大小為Q的緩存隊列，用于存儲數(shù)據(jù)用戶新呼叫。并且 設定一個定時器Ta，當定時器超時，緩沖隊列中的超時請求會被轉(zhuǎn)移到下一個小區(qū)或阻塞， 此定時器設定的目的是保證緩存隊列里的數(shù)據(jù)業(yè)務不至于長時間等待。信道分配如圖1所 不O
[0014] 本方法共支持M = {1，2,3,4,…?···，πι-1，πι}種等級的用戶，假設小區(qū)中數(shù)據(jù)用戶 新呼叫和語音用戶新呼叫到達服從Possion過程，達到率分別為1^和4.。對于不同等級， 為第i級數(shù)據(jù)用戶新呼叫的到達率，為第i級語音用戶新呼叫的到達率，其中i為整 數(shù)且ie [l，m]。不同等級用戶的呼叫持續(xù)時間服從負指數(shù)分布，均值為1/μ。
[0015] 根據(jù)低軌衛(wèi)星的移動性，每個小區(qū)切換業(yè)務來自它的前一小區(qū)，即本小區(qū)的切換 呼叫到達率等于前一小區(qū)的呼叫切出率。且該切出率等于該小區(qū)內(nèi)按概率會進入下一小 區(qū)的用戶數(shù)除以衛(wèi)星星下點移動過一個小區(qū)直徑的時間：以小區(qū)中第i級用戶離開率/4為 例：
【主權項】
1. 一種基于優(yōu)先級的信道資源管理方法，其特征在于該信道資源管理方法的具體執(zhí)行 步驟如下： 步驟1:若有呼叫請求接入，首先判斷其用戶等級和呼叫類型，若為切換呼叫轉(zhuǎn)入步驟 4,若為新呼叫轉(zhuǎn)入步驟2;本方法共有M種用戶等級，M= 1，2, 3,…i，…m，根據(jù)第i級用 戶的呼叫請求，按以下步驟執(zhí)行； 步驟2 :首先判斷新呼叫的類型，若為第i級語音用戶新呼叫轉(zhuǎn)入步驟3,若為第i級數(shù) 據(jù)用戶新呼叫，且新呼叫預留信道數(shù)小于符合第i級數(shù)據(jù)用戶新呼叫接入信道數(shù)的最大值 h，則接入該新呼叫；若新呼叫預留信道數(shù)大于等于符合第i級數(shù)據(jù)用戶新呼叫接入信道數(shù) 的最大值h，則轉(zhuǎn)入步驟6 ; 步驟3 :若為第i級語音用戶新呼叫，且新呼叫預留信道數(shù)小于符合第i級語音用戶新 呼叫接入信道數(shù)的最大值k'i，則接入該新呼叫；若新呼叫預留信道數(shù)大于等于符合第i 級語音用戶新呼叫接入信道數(shù)的最大值k'i，則轉(zhuǎn)入步驟6 ; 步驟4 :首先判斷切換呼叫的類型，若為第i級語音用戶切換呼叫轉(zhuǎn)入步驟5,若為第i級數(shù)據(jù)用戶切換呼叫，且切換預留信道數(shù)小于符合第i級數(shù)據(jù)用戶切換呼叫接入信道數(shù)的 最大值k"i，則接入該切換呼叫；若切換預留信道數(shù)大于等于符合第i級數(shù)據(jù)用戶切換呼 叫接入信道數(shù)的最大值k",，則轉(zhuǎn)入步驟6 ; 步驟5 :若為第i級語音用戶切換呼叫，且切換預留信道數(shù)小于符合第i級語音用戶 切換呼叫接入信道數(shù)的最大值k"',，則接入該切換呼叫；若切換預留信道數(shù)大于等于符 合第i級語音用戶切換呼叫接入信道數(shù)的最大值k" 'i，則搶占低級數(shù)據(jù)用戶新呼叫的信 道，將被搶占的數(shù)據(jù)用戶新呼叫放入緩沖隊列，若緩沖隊列已滿則轉(zhuǎn)入步驟6 ; 步驟6 :無可接入的信道，阻塞該呼叫。
【專利摘要】基于優(yōu)先級的信道資源管理方法，首先通過提出綜合業(yè)務與用戶優(yōu)先級的信道預留模型，將m種不同等級的數(shù)據(jù)用戶新呼叫、語音用戶新呼叫、數(shù)據(jù)用戶切換呼叫和語音用戶切換呼叫結(jié)合起來，盡可能的滿足多種業(yè)務類型和不同等級用戶的服務需求，并提出基于Markov的信道模型分析；然后提出綜合遺傳算法和蟻群算法的信道預留門限求解算法，解決在求解信道預留門限時遇到的NP-hard問題。本方法用以解決單一業(yè)務和單一用戶類型的信道預留策略不能夠滿足用戶高質(zhì)量服務需求的問題，以降低高優(yōu)先級業(yè)務與高優(yōu)先級用戶的阻塞率，提高信道利用率以及用戶整體滿意度。
【IPC分類】H04W72-04, H04W28-26, H04W84-06
【公開號】CN104780568
【申請?zhí)枴緾N201510155645
【發(fā)明人】孫力娟, 楊彬, 王汝傳, 周劍, 韓崇, 肖甫, 郭劍
【申請人】南京郵電大學
【公開日】2015年7月15日
【申請日】2015年4月2日