CN108234014A - 卫星资源控制方法及装置 - Google Patents

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CN108234014A CN201711395419.1A CN201711395419A CN108234014A CN 108234014 A CN108234014 A CN 108234014A CN 201711395419 A CN201711395419 A CN 201711395419A CN 108234014 A CN108234014 A CN 108234014A
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Abstract

本公开涉及一种卫星资源控制方法及装置，用以解决传统的卫星星上资源利用率低问题，所述方法包括：根据卫星的传输参数计算卫星的单位效用值和功率控制值；根据所述单位效用值计算所述卫星的效用速率控制值；根据所述效用速率控制值、所述功率控制值和预估因子，构建所述卫星的优化目标函数；根据所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率。本公开可以实现在有限资源限制的条件下，实现高效的卫星节点之间的信息传输。

Description

卫星资源控制方法及装置
技术领域
本公开涉及卫星通信领域，尤其涉及一种卫星资源控制方法及装置。
背景技术
在低轨道卫星通信***中，由于技术和成本的限制，星上载荷能力远低于同等情况下的地面设备与网络。因此，对于低轨道卫星通信***来说，一个关键问题就是如何实现动态控制天线发射功率与信息传输速率，实现合理的卫星资源分配，提高低轨道卫星星上资源利用的有效性。
发明内容
有鉴于此，本公开提出了一种卫星资源控制方法及装置，用以解决传统的卫星星上资源利用率低问题，所述方法包括：
根据卫星的传输参数计算卫星的单位效用值和功率控制值；
根据所述单位效用值计算所述卫星的效用速率控制值；
根据所述效用速率控制值、所述功率控制值和预估因子，构建所述卫星的优化目标函数；
根据所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率。
在一种可能的实现方式中，根据卫星的传输参数计算卫星的单位效用值和功率控制值，包括：
获取卫星的频谱带宽、传输功率、传输速率和信道特性；
根据所述频谱带宽、所述传输功率、所述传输速率、所述信道特性和噪声方差，计算所述卫星的传输信噪比；
根据所述传输信噪比计算所述卫星的单位效用值；
根据所述传输功率计算所述卫星的功率控制值。
在一种可能的实现方式中，根据所述频谱带宽、所述传输功率、所述传输速率、所述信道特性和噪声方差，计算所述卫星的传输信噪比，包括：
采用计算卫星节点的传输信噪比，其中，γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，W为可用的信道传输频谱带宽，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，σ2为高斯噪声方差，hi为卫星节点i的信道参数,t为时刻；
根据所述传输信噪比计算所述卫星的单位效用值，包括：
采用计算所述卫星的单位效用值，其中，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值，γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，表示卫星节点i需要达到的最小传输信噪比；“+”号表示所在方程满足f(z)＝(z-b)+＝max{0,z-b}，即，当z-b≤0，则f(z)＝0；
根据所述传输功率计算所述卫星的功率控制值，包括：
采用Ei(t)＝[pi(t)]2计算所述卫星的功率控制值，其中，Ei(t)为卫星节点i的功率控制值。
在一种可能的实现方式中，根据所述单位效用值计算所述卫星的效用速率控制值，包括：
根据所述传输速率和所述单位效用值，计算所述卫星的效用速率控制值。
在一种可能的实现方式中，根据所述传输速率和所述单位效用值，计算所述卫星的效用速率控制值，包括：
采用Li(t)＝ri(t)Ui(t)计算所述卫星的效用速率控制值，其中Li(t)为卫星节点i的效用速率控制值，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值。
在一种可能的实现方式中，根据所述效用速率控制值、所述功率控制值和预估因子，构建所述卫星的优化目标函数，包括：
采用计算所述卫星的优化目标函数，其中，Ci(ri(t),pi(t))为ri(t)和pi(t)取值的排列组合，λ为预估因子，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，Ei(t)为卫星节点i的功率控制值，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值。上述公式表示，将ri(t)和pi(t)的取值的进行排列组合，将不同的组合代入等号右边的公式中，使得优化目标函数取值最大的ri(t)和pi(t)取值组合。
在一种可能的实现方式中，根据所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率，包括：
获取所述卫星的累积传输信息量和信令占比；
根据所述累积传输信息量、所述传输速率和所述信令占比，得到所述卫星的累积信息量动态方程；
根据所述累积信息量动态方程求解所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率。
在一种可能的实现方式中，根据所述累积传输信息量、所述传输速率和所述信令占比，得到所述卫星的累积信息量动态方程，包括：
采用计算累积传输信息量，其中ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，gi为信令占比，x(t)为卫星节点i在t时刻的累积传输信息量；
根据所述累积信息量动态方程求解所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率，包括：
采用计算卫星的最优传输功率和最优传输速率，其中γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，W为可用的信道传输频谱带宽，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，为值函数，αi和βi为权值，λ为预估因子。
根据本公开的一方面，提供了一种卫星资源控制装置，包括：
效用功控计算模块，用于根据卫星的传输参数计算卫星的单位效用值和功率控制值；
效用速率控制计算模块，用于根据所述单位效用值计算所述卫星的效用速率控制值；
优化目标函数构建模块，用于根据所述效用速率控制值、所述功率控制值和预估因子，构建所述卫星的优化目标函数；
传输功率速率获取模块，用于根据所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率。
在一种可能的实现方式中，所述效用功控计算模块，包括：
参数获取子模块，用于获取卫星的频谱带宽、传输功率、传输速率和信道特性；
传输信噪比计算子模块，用于根据所述频谱带宽、所述传输功率、所述传输速率、所述信道特性和噪声方差，计算所述卫星的传输信噪比；
单位效用值计算子模块，用于根据所述传输信噪比计算所述卫星的单位效用值；
功率控制值计算子模块，用于根据所述传输功率计算所述卫星的功率控制值。
在一种可能的实现方式中，所述传输信噪比计算子模块，包括：
第一传输信噪比计算子模块，用于采用计算卫星节点的传输信噪比，其中，γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，W为可用的信道传输频谱带宽，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，σ2为高斯噪声方差，hi为卫星节点i的信道参数,t为时刻；
所述单位效用值计算子模块，包括：
第一单位效用值计算子模块，用于采用计算所述卫星的单位效用值，其中，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值，γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，表示卫星节点i需要达到的最小传输信噪比。“+”号表示所在方程满足f(z)＝(z-b)+＝max{0,z-b}，即，当z-b≤0，则f(z)＝0；
所述功率控制值计算子模块，包括：
第一功率控制值计算子模块，用于采用Ei(t)＝[pi(t)]2计算所述卫星的功率控制值，其中，Ei(t)为卫星节点i的功率控制值。
在一种可能的实现方式中，所述效用速率控制计算模块，包括：
第一效用速率控制计算子模块，用于根据所述传输速率和所述单位效用值，计算所述卫星的效用速率控制值。
在一种可能的实现方式中，所述第一效用速率控制计算子模块，包括：
效用速率控制计算单元，用于采用Li(t)＝ri(t)Ui(t)计算所述卫星的效用速率控制值，其中Li(t)为卫星节点i的效用速率控制值，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值。
在一种可能的实现方式中，所述优化目标函数构建模块，包括：
第一优化目标函数构建子模块，用于采用计算所述卫星的优化目标函数，其中，Ci(ri(t),pi(t))为ri(t)和pi(t)取值的排列组合，λ为预估因子，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，Ei(t)为卫星节点i的功率控制值，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值。
在一种可能的实现方式中，传输功率速率获取模块，包括：
传输量信令占比获取子模块，用于获取所述卫星的累积传输信息量和信令占比；
信息量动态方程获取子模块，用于根据所述累积传输信息量、所述传输速率和所述信令占比，得到所述卫星的累积信息量动态方程；
传输功率速率获取子模块，用于根据所述累积信息量动态方程求解所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率。
在一种可能的实现方式中，所述信息量动态方程获取子模块，包括：
信息量动态方程获取单元，用于采用计算累积传输信息量，其中ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，gi为信令占比，x(t)为卫星节点i在t时刻的累积传输信息量；
所述传输功率速率获取子模块，包括：
传输功率速率获取单元，用于采用
计算卫星的最优传输功率和最优传输速率，其中γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，W为可用的信道传输频谱带宽，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，Vi x(t,x)为值函数，αi和βi为权值，λ为预估因子。
根据本公开的一方面，提供了一种卫星资源控制装置，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为：所述处理器被配置为执行上述卫星资源控制方法。
根据本公开的一方面，提供了一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令被处理器执行时实现上述卫星资源控制方法中任一项所述的方法。
本公开通过引入卫星节点的单位效用值和预估因子代表的历史信息，计算得出的最优传输功率和最优传输速率，可以实现在有限资源限制的条件下，实现高效的卫星节点之间的信息传输。
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本公开的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本公开的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本公开的原理。
图1示出根据本公开一实施例的卫星资源控制方法的流程图；
图2示出根据本公开一实施例的卫星资源控制方法的流程图；
图3示出根据本公开一实施例的卫星资源控制方法的流程图；
图4示出根据本公开一实施例的卫星资源控制方法的流程图；
图5示出根据本公开一实施例的卫星资源控制装置的框图；
图6示出根据本公开一实施例的卫星资源控制装置的框图；
图7示出根据本公开一实施例的卫星资源控制装置的框图。
具体实施方式
以下将参考附图详细说明本公开的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
另外，为了更好的说明本公开，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本公开同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本公开的主旨。
图1示出根据本公开一实施例的卫星资源控制方法的流程图，如图1所示，该方法包括：
步骤S10，根据卫星的传输参数计算卫星的单位效用值和功率控制值。
在一种可能的实现方式中，对于K≡{1,2,…,K}个低轨道卫星节点，获取各卫星节点用于信息传输的信道参数，信道参数包括信道传输功率、传输速率、信道特性等。利用信道参数分别计算节点的单位效用值和功率控制值。其中，单位效用值是指卫星节点在信息传输过程中所能获得的瞬时效益，也就是低轨道卫星节点的吞吐量。功率控制值是指卫星节点为达到设定的传输信息的效率，进行的发射功率的控制。
步骤S20，根据所述单位效用值计算所述卫星的效用速率控制值。
在一种可能的实现方式中，根据卫星节点的单位效用值和信息传输速率，得到卫星节点的效用速率控制值。效用速率控制值在卫星节点的速率控制值的基础上，还考虑到了卫星节点的效用值的影响。
步骤S30，根据所述效用速率控制值、所述功率控制值和预估因子，构建所述卫星的优化目标函数。
在一种可能的实现方式中，在每个卫星节点决定其传输功率与速率的过程中，会依托于卫星节点的历史信息。用预估因子表示当前时刻的决策的选择对下一时刻的影响。预估因子可以为经验值，一般范围为0.1-0.5。通过在优化目标函数中引入预估因子，将卫星节点过去的历史信息计入当前时刻的优化结果。
步骤S40，根据所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率。
在一种可能的实现方式中，任意一个卫星节点i通过控制其发送功率和信息传输速率来实现信息在卫星节点之间的有效传输。通过求解优化目标函数，将卫星节点的历史信息、单位效用值引入计算得出的最优传输功率和最优传输速率。
在本实施例中，对于K≡{1,2,…,K}个低轨道卫星节点，获取节点信息传输的信道状况，构建低轨道卫星信息传输动态变化方程，设计功率控制函数，实现卫星节点的发射功率控制，以信道信噪比目标，设计速率控制函数，实现卫星节点的信息传输速率控制。根据所构建函数，计算每个卫星节点的最优发射功率和最优传输速率，实现星上资源的有效和动态控制。通过引入卫星节点的单位效用值和预估因子代表的历史信息，计算得出的最优传输功率和最优传输速率，可以实现在有限资源限制的条件下，实现高效的卫星节点之间的信息传输。
图2示出根据本公开一实施例的卫星资源控制方法的流程图，如图2所示，该方法中的步骤S10包括：
步骤S11，获取卫星的频谱带宽、传输功率、传输速率和信道特性。
在一种可能的实现方式中，信道特性包括卫星节点的传输信道的特性，例如高斯信道。
步骤S12，根据所述频谱带宽、所述传输功率、所述传输速率、所述信道特性和噪声方差，计算所述卫星的传输信噪比。
在一种可能的实现方式中，对于低轨道卫星通信***来说，卫星节点之间的通信信道可以看作是干扰信道。信息源节点和目的节点之间的信道干扰系数可以通过传输路径的损耗来得到。假设在信息的传输过程中满足高斯分布，且高斯噪声方差可以用σ2来表示。
在一种可能的实现方式中，根据所述频谱带宽、所述传输功率、所述传输速率、所述信道特性和噪声方差，计算所述卫星的传输信噪比，包括：
采用计算卫星节点的传输信噪比，其中，γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，W为可用的信道传输频谱带宽，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，σ2为高斯噪声方差，hi为卫星节点i的信道参数,t为时刻。
步骤S13，根据所述传输信噪比计算所述卫星的单位效用值。
在一种可能的实现方式中，根据所述传输信噪比确定所述卫星需要达到的最小信噪比；取所述传输信噪比的对数得到第一对数；取所述最小信噪比的对数得到第二对数；当第一对数减去第二对数的差值为正数时，将所述差值确定为所述卫星的单位效用值；当所述差值不为正数时，将所述卫星的单位效用值确定为0。
在一种可能的实现方式中，根据所述传输信噪比计算所述卫星的单位效用值，包括：
采用计算所述卫星的单位效用值，其中，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值，γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，表示卫星节点i需要达到的最小传输信噪比；“+”号表示所在方程满足f(z)＝(z-b)+＝max{0,z-b}，即，当z-b≤0，则f(z)＝0。
步骤S14，根据所述传输功率计算所述卫星的功率控制值。
在一种可能的实现方式中，在信息的传输过程中，会带来星上功率资源的损耗，因此每个节点的成本可以表达为节点发送信息所需的功率的平方，采用Ei(t)＝[pi(t)]2计算所述卫星的功率控制值，其中，Ei(t)为卫星节点i的功率控制值。
在本实施例中，通过计算卫星节点的单位效用值和传输参数，得到单位效用值和功率控制值后，用于构建优化目标函数，以及计算卫星节点的最优传输功率和最优传输速率。由于考虑了卫星节点的效用值，本实施例可以在有限资源限制的条件下，高效的实现卫星节点之间的信息传输。
图3示出根据本公开一实施例的卫星资源控制方法的流程图，如图3所示，步骤S20包括：
步骤S21，根据所述传输速率和所述单位效用值，计算所述卫星的效用速率控制值。
在一种可能的实现方式中，基于单位传输速率上所给出的效用函数，可以定义对于卫星节点i来说，它在任意时刻t所能获得的最终收益。在一种可能的实现方式中，采用Li(t)＝ri(t)Ui(t)计算所述卫星的效用速率控制值，其中Li(t)为卫星节点i的效用速率控制值，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值。
基于上述实施例，在一种可能的实现方式中，每一个卫星节点为了实现信息传输的收益最大化，以及成本控制，需要依托于其累积信息量的动态变化，最大化以下的优化目标函数：
其中，Ci(ri(t),pi(t))为ri(t)和pi(t)取值的排列组合，λ为预估因子，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，Ei(t)为卫星节点i的功率控制值，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值。可以目标函数进行如下代入：
图4示出根据本公开一实施例的卫星资源控制方法的流程图，如图4所示，步骤S40包括：
步骤S41，获取所述卫星的累积传输信息量和信令占比。
步骤S42，根据所述累积传输信息量、所述传输速率和所述信令占比，得到所述卫星的累积信息量动态方程。
步骤S43，根据所述累积信息量动态方程求解所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率。
在一种可能的实现方式中，为了描述星上资源的动态变化，引入微分方程来对信息传输过程中的所累积传输的信息量变化进行描述，令x(t)表示累积传输的信息量，对于卫星节点i来说，可以用下面的微分方程对所累积传输的信息量进行描述，即根据所述累积传输信息量、所述传输速率和所述信令占比，得到所述卫星的累积信息量动态方程，包括：
采用计算累积传输信息量，其中ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，gi为信令占比，x(t)为卫星节点i在t时刻的累积传输信息量。
其中，信令占比为卫星传输的信令信息占传输的所有信息的比例。根据所述累积信息量动态方程求解所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率，包括：
采用计算卫星的最优传输功率和最优传输速率，其中γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，W为可用的信道传输频谱带宽，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，为值函数，αi和βi为权值，λ为预估因子。
在本实施例中，通过引入预估因子，将卫星节点的历史信息也引入优化目标函数中，计入最终的最优传输功率和最优传输速率。本实施例可以在有限资源限制的条件下，高效的实现卫星节点之间的信息传输。
应用示例1：
假设在低轨道卫星通信***中，存在K个低轨道卫星节点，且K满足K≡{1,2,…,K}。任意一个卫星节点i通过控制其发送功率和信息传输速率来实现信息在卫星节点之间的有效传输。对于低轨道卫星通信***来说，卫星节点之间的通信信道可以看作是干扰信道，信息源节点和目的节点之间的信道干扰系数可以通过传输路径的损耗来得到。假设在信息的传输过程中满足高斯分布，且高斯噪声方差可以用σ2来表示，那么在这种低轨道卫星通信***中，任意一个卫星节点i的信息传输信噪比可以表示为公式(1)，
其中W表示的是可用的信道传输频谱带宽，pi是卫星节点i天线发射信息的传输功率，ri是卫星节点i信息传输的传输速率。为了控制卫星节点的发射功率以及传输速率，构建在这个信息传输过程中的单位效用函数如公式(2)，
该单位效用函数表示的是卫星节点在信息传输过程中所能获得的瞬时效益，也就是低轨道卫星节点的吞吐量。其中，表示的是卫星节点需要达到的最小传输信噪比。在上述方程中“+”号所在方程，满足f(z)＝(z-b)+＝max{0,z-b}，即如果z-b≤0，则f(z)＝0。基于单位传输速率上所给出的效用函数，可以定义对于卫星节点i来说，它在任意时刻t所能获得的最终收益为公式(3)
Li(t)＝ri(t)Ui(t) (3)
该方程代表的是节点速率控制函数。
此外，在信息的传输过程中，会带来星上功率资源的损耗，因此每个节点的成本可以表达为节点发送信息所需的功率的平方，即公式(4)，
Ei(t)＝[pi(t)]2 (4)
该方程代表的是节点功率控制函数。
为了描述星上资源的动态变化，引入微分方程来对信息传输过程中的所累积传输的信息量变化进行描述，令x(t)表示累积传输的信息量，对于卫星节点i来说，可以用,微分方程公式(5)对所累积传输的信息量进行描述，
在低轨道卫星节点功率和速率控制模型中，基于上述的一系列假设和分析，每一个卫星节点为了实现信息传输的收益最大化，以及成本控制，需要依托于其累积信息量的动态变化，最大化下述的优化目标函数公式(6)，
在公式(6)引入预估因子λ来表示这一时刻决策的选择对下一时刻的影响。
定义1如果存在一个连续微分方程组V(t,x)满足下述的贝尔曼微分方程，就认为存在一组功率和速率控制变量如公式(7)
作为控制公式(6)的唯一最优解，
为了求得上述方程的最优解，首先对其求一阶微分，可以得到
其中，Δ＝hi/σ2。解公式(10)中所给出的微分方程，可以得到最优传输功率和最优传输速率如下，
命题1连续微分方程组V(t,x)可以表达为
其中{A1(t),A2(t),A3(t),...,AK(t)}满足下面的形式
Ai(t)＝θe(λ+gi)(t-T) (13)
Ai(T)＝θ (14)
且{B1(t),B2(t),B3(t),...,BK(t)}可以由下述方程得到。
其中函数fi(s)可以表示为
本实施例对于K≡{1,2,…,K}个低轨道卫星节点，获取节点信息传输的信道状况。根据信道参数，设计实现发射功率控制函数和传输速率控制函数。构建低轨道卫星信息传输动态变化方程，基于该动态方程，并结合基于信道参数的构建功率控制函数与速率控制函数，计算反馈纳什均衡解，作为每个低轨道卫星节点的最优资源分配策略。
图5示出根据本公开一实施例的卫星资源控制装置的框图，如图5所述，该装置包括：
效用功控计算模块41，用于根据卫星的传输参数计算卫星的单位效用值和功率控制值。
效用速率控制计算模块42，用于根据所述单位效用值计算所述卫星的效用速率控制值。
优化目标函数构建模块43，用于根据所述效用速率控制值、所述功率控制值和预估因子，构建所述卫星的优化目标函数。
传输功率速率获取模块44，根据所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率。
图6示出根据本公开一实施例的卫星资源控制装置的框图，如图6所示，在一种可能的实现方式中，所述效用功控计算模块41，包括：
参数获取子模块411，用于获取卫星的频谱带宽、传输功率、传输速率和信道特性；
传输信噪比计算子模块412，用于根据所述频谱带宽、所述传输功率、所述传输速率、所述信道特性和噪声方差，计算所述卫星的传输信噪比；
单位效用值计算子模块413，用于根据所述传输信噪比计算所述卫星的单位效用值；
功率控制值计算子模块414，用于根据所述传输功率计算所述卫星的功率控制值。
在一种可能的实现方式中，所述传输信噪比计算子模块412，包括：
第一传输信噪比计算子模块，用于采用计算卫星节点的传输信噪比，其中，γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，W为可用的信道传输频谱带宽，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，σ2为高斯噪声方差，hi为卫星节点i的信道参数,t为时刻；
所述功率控制值计算子模块414，包括：
第一功率控制值计算子模块441，用于采用Ei(t)＝[pi(t)]2计算所述卫星的功率控制值，其中，Ei(t)为卫星节点i的功率控制值。
在一种可能的实现方式中，所述单位效用值计算子模块413，包括：
第一单位效用值计算子模块，用于采用计算所述卫星的单位效用值，其中，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值，γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，表示卫星节点i需要达到的最小传输信噪比；“+”号表示所在方程满足f(z)＝(z-b)+＝max{0,z-b}，即，当z-b≤0，则f(z)＝0。
在一种可能的实现方式中，所述效用速率控制计算模块42，包括：
第一效用速率控制计算子模块421，用于根据所述传输速率和所述单位效用值，计算所述卫星的效用速率控制值。
在一种可能的实现方式中，所述第一效用速率控制计算子模块421，包括：
效用速率控制计算单元，用于采用Li(t)＝ri(t)Ui(t)计算所述卫星的效用速率控制值，其中Li(t)为卫星节点i的效用速率控制值，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值。
在一种可能的实现方式中，所述优化目标函数构建模块43，包括：
第一优化目标函数构建子模块431，用于采用计算所述卫星的优化目标函数，其中，λ为预估因子，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，Ei(t)为卫星节点i的功率控制值，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值。
在一种可能的实现方式中，传输功率速率获取模块44，包括：
传输量信令占比获取子模块441，用于获取所述卫星的累积传输信息量和信令占比；
信息量动态方程获取子模块442，用于根据所述累积传输信息量、所述传输速率和所述信令占比，得到所述卫星的累积信息量动态方程；
传输功率速率获取子模块443，用于根据所述累积信息量动态方程求解所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率。
在一种可能的实现方式中，所述信息量动态方程获取子模块442，包括：
信息量动态方程获取单元，用于采用计算累积传输信息量，其中ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，gi为信令占比，x(t)为卫星节点i在t时刻的累积传输信息量；
所述传输功率速率获取子模块443，包括：
传输功率速率获取单元，用于采用
计算卫星的最优传输功率和最优传输速率，其中γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，W为可用的信道传输频谱带宽，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，为值函数，αi和βi为权值，λ为预估因子。
图7是根据一示例性实施例示出的一种用于卫星资源控制装置1900的框图。例如，装置1900可以被提供为一服务器。参照图7，装置1900包括处理组件1922，其进一步包括一个或多个处理器，以及由存储器1932所代表的存储器资源，用于存储可由处理组件1922的执行的指令，例如应用程序。存储器1932中存储的应用程序可以包括一个或一个以上的每一个对应于一组指令的模块。此外，处理组件1922被配置为执行指令，以执行上述方法。
装置1900还可以包括一个电源组件1926被配置为执行装置1900的电源管理，一个有线或无线网络接口1950被配置为将装置1900连接到网络，和一个输入输出(I/O)接口1958。装置1900可以操作基于存储在存储器1932的操作***，例如Windows ServerTM，MacOS XTM，UnixTM,LinuxTM，FreeBSDTM或类似。
在示例性实施例中，还提供了一种非易失性计算机可读存储介质，例如包括计算机程序指令的存储器1932，上述计算机程序指令可由装置1900的处理组件1922执行以完成上述方法。
本公开可以是***、方法和/或计算机程序产品。计算机程序产品可以包括计算机可读存储介质，其上载有用于使处理器实现本公开的各个方面的计算机可读程序指令。
计算机可读存储介质可以是可以保持和存储由指令执行设备使用的指令的有形设备。计算机可读存储介质例如可以是――但不限于――电存储设备、磁存储设备、光存储设备、电磁存储设备、半导体存储设备或者上述的任意合适的组合。计算机可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、静态随机存取存储器(SRAM)、便携式压缩盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能盘(DVD)、记忆棒、软盘、机械编码设备、例如其上存储有指令的打孔卡或凹槽内凸起结构、以及上述的任意合适的组合。这里所使用的计算机可读存储介质不被解释为瞬时信号本身，诸如无线电波或者其他自由传播的电磁波、通过波导或其他传输媒介传播的电磁波(例如，通过光纤电缆的光脉冲)、或者通过电线传输的电信号。
这里所描述的计算机可读程序指令可以从计算机可读存储介质下载到各个计算/处理设备，或者通过网络、例如因特网、局域网、广域网和/或无线网下载到外部计算机或外部存储设备。网络可以包括铜传输电缆、光纤传输、无线传输、路由器、防火墙、交换机、网关计算机和/或边缘服务器。每个计算/处理设备中的网络适配卡或者网络接口从网络接收计算机可读程序指令，并转发该计算机可读程序指令，以供存储在各个计算/处理设备中的计算机可读存储介质中。
用于执行本公开操作的计算机程序指令可以是汇编指令、指令集架构(ISA)指令、机器指令、机器相关指令、微代码、固件指令、状态设置数据、或者以一种或多种编程语言的任意组合编写的源代码或目标代码，所述编程语言包括面向对象的编程语言—诸如Smalltalk、C++等，以及常规的过程式编程语言—诸如“C”语言或类似的编程语言。计算机可读程序指令可以完全地在用户计算机上执行、部分地在用户计算机上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算机上部分在远程计算机上执行、或者完全在远程计算机或服务器上执行。在涉及远程计算机的情形中，远程计算机可以通过任意种类的网络—包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算机，或者，可以连接到外部计算机(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。在一些实施例中，通过利用计算机可读程序指令的状态信息来个性化定制电子电路，例如可编程逻辑电路、现场可编程门阵列(FPGA)或可编程逻辑阵列(PLA)，该电子电路可以执行计算机可读程序指令，从而实现本公开的各个方面。
这里参照根据本公开实施例的方法、装置(***)和计算机程序产品的流程图和/或框图描述了本公开的各个方面。应当理解，流程图和/或框图的每个方框以及流程图和/或框图中各方框的组合，都可以由计算机可读程序指令实现。
这些计算机可读程序指令可以提供给通用计算机、专用计算机或其它可编程数据处理装置的处理器，从而生产出一种机器，使得这些指令在通过计算机或其它可编程数据处理装置的处理器执行时，产生了实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的装置。也可以把这些计算机可读程序指令存储在计算机可读存储介质中，这些指令使得计算机、可编程数据处理装置和/或其他设备以特定方式工作，从而，存储有指令的计算机可读介质则包括一个制造品，其包括实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作的各个方面的指令。
也可以把计算机可读程序指令加载到计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上，使得在计算机、其它可编程数据处理装置或其它设备上执行一系列操作步骤，以产生计算机实现的过程，从而使得在计算机、其它可编程数据处理装置、或其它设备上执行的指令实现流程图和/或框图中的一个或多个方框中规定的功能/动作。
附图中的流程图和框图显示了根据本公开的多个实施例的***、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或指令的一部分，所述模块、程序段或指令的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的***来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
以上已经描述了本公开的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的技术改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。

Claims (18)

1.一种卫星资源控制方法，其特征在于，所述方法包括：
根据卫星的传输参数计算卫星的单位效用值和功率控制值；
根据所述单位效用值计算所述卫星的效用速率控制值；
根据所述效用速率控制值、所述功率控制值和预估因子，构建所述卫星的优化目标函数；
根据所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据卫星的传输参数计算卫星的单位效用值和功率控制值，包括：
获取卫星的频谱带宽、传输功率、传输速率和信道特性；
根据所述频谱带宽、所述传输功率、所述传输速率、所述信道特性和噪声方差，计算所述卫星的传输信噪比；
根据所述传输信噪比计算所述卫星的单位效用值；
根据所述传输功率计算所述卫星的功率控制值。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述频谱带宽、所述传输功率、所述传输速率、所述信道特性和噪声方差，计算所述卫星的传输信噪比，包括：
采用计算卫星节点的传输信噪比，其中，γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，W为可用的信道传输频谱带宽，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，σ2为高斯噪声方差，hi为卫星节点i的信道参数,t为时刻；
根据所述传输信噪比计算所述卫星的单位效用值，包括：
采用计算所述卫星的单位效用值，其中，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值，γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，表示卫星节点i需要达到的最小传输信噪比；“+”号表示所在方程满足f(z)＝(z-b)+＝max{0,z-b}，即，当z-b≤0，则f(z)＝0；
根据所述传输功率计算所述卫星的功率控制值，包括：
采用Ei(t)＝[pi(t)]2计算所述卫星的功率控制值，其中，Ei(t)为卫星节点i的功率控制值。
4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述单位效用值计算所述卫星的效用速率控制值，包括：
根据所述传输速率和所述单位效用值，计算所述卫星的效用速率控制值。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述传输速率和所述单位效用值，计算所述卫星的效用速率控制值，包括：
采用Li(t)＝ri(t)Ui(t)计算所述卫星的效用速率控制值，其中Li(t)为卫星节点i的效用速率控制值，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值。
6.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述效用速率控制值、所述功率控制值和预估因子，构建所述卫星的优化目标函数，包括：
采用计算所述卫星的优化目标函数，其中，Ci(ri(t),pi(t))为ri(t)和pi(t)取值的排列组合，λ为预估因子，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，Ei(t)为卫星节点i的功率控制值，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值。
7.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率，包括：
获取所述卫星的累积传输信息量和信令占比；
根据所述累积传输信息量、所述传输速率和所述信令占比，得到所述卫星的累积信息量动态方程；
根据所述累积信息量动态方程求解所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述累积传输信息量、所述传输速率和所述信令占比，得到所述卫星的累积信息量动态方程，包括：
采用计算累积传输信息量，其中ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，gi为信令占比，x(t)为卫星节点i在t时刻的累积传输信息量；
根据所述累积信息量动态方程求解所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率，包括：
采用
计算卫星的最优传输功率和最优传输速率，其中γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，W为可用的信道传输频谱带宽，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，Vi x(t,x)为值函数，αi和βi为权值，λ为预估因子。
9.一种卫星资源控制装置，其特征在于，包括：
效用功控计算模块，用于根据卫星的传输参数计算卫星的单位效用值和功率控制值；
效用速率控制计算模块，用于根据所述单位效用值计算所述卫星的效用速率控制值；
优化目标函数构建模块，用于根据所述效用速率控制值、所述功率控制值和预估因子，构建所述卫星的优化目标函数；
传输功率速率获取模块，用于根据所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述效用功控计算模块，包括：
参数获取子模块，用于获取卫星的频谱带宽、传输功率、传输速率和信道特性；
传输信噪比计算子模块，用于根据所述频谱带宽、所述传输功率、所述传输速率、所述信道特性和噪声方差，计算所述卫星的传输信噪比；
单位效用值计算子模块，用于根据所述传输信噪比计算所述卫星的单位效用值；
功率控制值计算子模块，用于根据所述传输功率计算所述卫星的功率控制值。
11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述传输信噪比计算子模块，包括：
第一传输信噪比计算子模块，用于采用计算卫星节点的传输信噪比，其中，γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，W为可用的信道传输频谱带宽，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，σ2为高斯噪声方差，hi为卫星节点i的信道参数,t为时刻；
所述单位效用值计算子模块，包括：
单位效用值计算子模块，用于采用计算所述卫星的单位效用值，其中，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值，γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，表示卫星节点i需要达到的最小传输信噪比；“+”号表示所在方程满足f(z)＝(z-b)+＝max{0,z-b}，即，当z-b≤0，则f(z)＝0；
所述功率控制值计算子模块，包括：
第一功率控制值计算子模块，用于采用Ei(t)＝[pi(t)]2计算所述卫星的功率控制值，其中，Ei(t)为卫星节点i的功率控制值。
12.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，所述效用速率控制计算模块，包括：
第一效用速率控制计算子模块，用于根据所述传输速率和所述单位效用值，计算所述卫星的效用速率控制值。
13.根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述第一效用速率控制计算子模块，包括：
效用速率控制计算单元，用于采用Li(t)＝ri(t)Ui(t)计算所述卫星的效用速率控制值，其中Li(t)为卫星节点i的效用速率控制值，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述优化目标函数构建模块，包括：
第一优化目标函数构建子模块，用于采用计算所述卫星的优化目标函数，其中，Ci(ri(t),pi(t))为ri(t)和pi(t)取值的排列组合，λ为预估因子，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，Ei(t)为卫星节点i的功率控制值，Ui(t)为卫星节点i的单位效用值。
15.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，传输功率速率获取模块，包括：
传输量信令占比获取子模块，用于获取所述卫星的累积传输信息量和信令占比；
信息量动态方程获取子模块，用于根据所述累积传输信息量、所述传输速率和所述信令占比，得到所述卫星的累积信息量动态方程；
传输功率速率获取子模块，用于根据所述累积信息量动态方程求解所述优化目标函数，得到所述卫星的最优传输功率和最优传输速率。
16.根据权利要求15所述的装置，其特征在于，所述信息量动态方程获取子模块，包括：
信息量动态方程获取单元，用于采用计算累积传输信息量，其中ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，gi为信令占比，x(t)为卫星节点i在t时刻的累积传输信息量；
所述传输功率速率获取子模块，包括：
传输功率速率获取单元，用于采用
计算卫星的最优传输功率和最优传输速率，其中γi(t)为卫星节点i的传输信噪比，W为可用的信道传输频谱带宽，pi为卫星节点i的天线发射信息的传输功率，ri为卫星节点i的信息传输的传输速率，Vi x(t,x)为值函数，αi和βi为权值，λ为预估因子。
17.一种卫星资源控制装置，其特征在于，包括：
处理器；
用于存储处理器可执行指令的存储器；
其中，所述处理器被配置为：执行权利要求1至8中任意一项所述方法的步骤。
18.一种非易失性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，其特征在于，所述计算机程序指令被处理器执行时实现权利要求1至8中任意一项所述的方法。
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