CN115913323A - 一种基于时空网格的低轨接入选择方法、存储介质 - Google Patents
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Abstract
一种基于时空网格的低轨接入选择方法、存储介质，包括：建立低轨卫星网络多尺度网格及网格属性矩阵；业务发起接入申请后，提取业务申请携带信息；对确定性业务，选择空闲信道最多的卫星接入，若无空闲信道，选择已占用信道抢占接入；接入后更新时空网格属性矩阵；对非确定性业务，选择空闲信道最多的卫星接入，接入后更新时空网格属性矩阵，若无空闲信道，则将业务申请存入相应缓存队列，等待空闲信道；若队列中业务申请等待时间超出阈值，拒绝业务接入。本发明依据低轨卫星网络的地面覆盖区域及运行周期，通过地理经纬度和时间片划分建立多尺度时空网格，实现业务和接入资源在时空维度上的多颗粒度划分，差异化的业务需求与接入资源的快速匹配。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于时空网格的低轨接入选择方法、存储介质，属于数据通信传输技术。
背景技术
目前，针对多业务需求的低轨接入研究，主要分为两类：一类是用户侧角度，对到达的业务接入请求，根据其终端地理位置将可能连接的所有卫星的对地剩余服务时间、卫星仰角、最长覆盖时间等属性综合评估，这种复杂的多属性决策问题通常利用智能算法解决；另一类是卫星网络侧角度，建立低轨卫星网络覆盖范围内的业务到达模型，利用覆盖范围内业务预测结果完成卫星侧的接入资源分配。以上方法模型体量大，计算复杂，对计算平台的性能要求很高，并且均将地面终端看作固定终端，较少考虑卫星和高速终端的双向移动性，对终端来说难以直接获取可接入卫星的信息并兼顾业务差异化服务需求，尤其难以满足确定性业务明确界限的服务质量需求。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了资源匹配的高效性，并保证了服务质量。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：
一种基于时空网格的低轨接入选择方法，包括：
建立低轨卫星网络多尺度网格及网格属性矩阵；
业务发起接入申请后，提取业务申请携带信息；
对确定性业务，选择空闲信道最多的卫星接入，若无空闲信道，选择已占用信道抢占接入；接入后更新时空网格属性矩阵；
对非确定性业务，选择空闲信道最多的卫星接入，接入后更新时空网格属性矩阵，若无空闲信道，则将业务申请存入相应缓存队列，等待空闲信道；若队列中业务申请等待时间超出阈值，拒绝业务接入。
优选的，建立低轨卫星网络多尺度网格及网格属性矩阵的方法为：将低轨卫星网络的地面覆盖区域，依照经纬度变化进行两级网格划分，将卫星的运行周期进行划分，并依据低轨卫星星历信息生成时空网格属性矩阵。
优选的，提取业务申请携带信息包括所在网格ID、源地址、目的地址、优先级、终端类型、移动趋势、带宽需求。
优选的，对于固定终端业务、高速终端业务根据其网格ID查询时空网格的属性信息，提取相应网格的信息，生成固定终端业务的卫星服务连续性参数和高速终端业务的卫星服务连续性参数。
优选的，将卫星的运行周期T进行划分为K个时间片，当每个时间片足够小则认为在时间片内卫星对网格的覆盖状态不变；大尺度网格时间片增量为
时间片记为T1、T2……TK，小尺度网格的时间片增量为
时间片记为
优选的，终端类型分为高速终端、固定终端，高速终端定义为在该网格的一个时间片增量
或
中，终端会移动到此网格的邻接网格中，记为01，反之则为固定终端，记为10。
优选的，对于固定终端业务，以网格ID查询时空网格的属性信息，提取相应网格的信息，若为小尺度网格则提取当前时刻t及t+K/15的网格信息，若为大尺度网格则提取当前时刻t及t+K的网格信息。
优选的，对于高速终端业务，根据业务申请中的移动趋势信息，得到下一跳邻接网格的ID为I′，以当前网格ID信息I及下一跳邻接网格ID信息I′，分别查询时空网格的属性信息，提取相应网格的信息，若为小尺度网格则提取当前时刻t及t+K/15的网格信息，若为大尺度网格则提取当前时刻t及t+K的网格信息。
优选的，对查找结果进行统计，生成固定终端业务的卫星服务连续性参数
P(t)为大于等于1的正整数，Lp表示卫星p对当前业务所在网格覆盖的连续性，满足连续性要求即Lp＝1的卫星有m个，m为大于等于零的整数，m个卫星在当前时间片的空闲信道数量分别为C1、C2…Cm；
生成高速终端业务的卫星服务连续性参数：
L′p表示卫星p对当前业务终端所在网格及下一时间片到达的邻接网格覆盖的连续性；满足连续性要求即Lp＝1的卫星有m′个，m′为大于等于零的整数，m′个卫星在当前时间片的空闲信道数量分别为C′1、C′2…Cm′。
一种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在由处理器加载并运行时，使所述处理器执行上述基于时空网格的低轨接入选择方法。
本发明相比于现有技术具有如下有益效果：
(1)本发明依据低轨卫星网络的地面覆盖区域及运行周期，通过地理经纬度和时间片划分建立多尺度时空网格，实现业务和接入资源在时空维度上的多颗粒度划分，差异化的业务需求与接入资源的快速匹配；
(2)本发明依据星历信息及网络状态信息生成时空网格的属性矩阵，以网格ID为索引，通过查表即可完成可接入卫星、可接入信道资源的快速检索，避免接入过程中对单个业务进行复杂的经纬度位置信息测算；
(3)本发明对确定性业务与非确定性业务的可用接入资源进行区分，最大限度保证非确定性业务接入效率的同时保证确定性业务的及时接入和通信连续性需求，进而完成网络接入资源的最大化利用；
(4)本发明对固定终端与高速终端进行差异化的接入处理流程，对终端下一时间片的地理位置变化进行预测，优先保障高速终端的通信连续性，尽力减少跨区、跨波束切换。
附图说明
图1为本发明方法流程图；
图2为本发明时空网格示意图；
图3为本发明某一时间片t的时空网格属性；
图4为本发明业务申请消息格式。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，基于时空网格的低轨接入选择方法，包括步骤如下：
1)建立低轨卫星网络多尺度网格及其属性矩阵，将低轨卫星网络的地面覆盖区域，依照经纬度变化进行两级网格划分，将卫星的运行周期T进行划分为K个时间片，依据低轨卫星星历信息生成时空网格属性矩阵。
11)第一级网格即大尺度网格以维度x°、经度y°等间隔步长划分，其中x∈(0,180)，y∈(0,180)第二级网格即小尺度网格依照第一级网格内业务量的历史信息，在第一级网格内以维度(x/15)°、经度(y/15)°等间隔步长划分。若第一级网格内历史平均业务量q≥M，M为正整数，则对此一级网格划分二级网格，若q<M则不划分二级网格。
依次进行网络编号，第一级网格编号为A，A的取值范围为[1,2000]，第二级网格的编号为A-b，b的取值范围为[1,15]。当x＝y＝4时，网格的空间尺度大小以赤道为例，第一级网格的空间尺度分别为512km，第二级网格的空间尺度分别为32km。
12)将卫星的运行周期T进行划分为K个时间片，当每个时间片足够小则认为在时间片内卫星对网格的覆盖状态不变。大尺度网格时间片增量为
时间片记为T1、T2……TK，小尺度网格的时间片增量为
时间片记为
在时空域分别以两级颗粒度对低轨卫星网络覆盖范围进行划分，建立的时空网格如图2所示。
13)以网格ID为索引，根据低轨卫星星历信息，在每个时间片上建立可反映卫星覆盖情况的时空网格属性矩阵，并对空闲信道数量按周期更新。其中，某一时间片t的时空网格属性如图3所示，该网格有P(t)个卫星对其进行了覆盖，网格属性中给出了覆盖卫星p的标识及空闲信道数量Np，p＝[1，P(t)]，P(t)为大于等于1的正整数。
2)业务发起接入申请，业务申请消息格式见图4，提取业务申请携带所在网格ID、源地址、目的地址、优先级、终端类型、移动趋势、带宽需求信息。对于固定终端业务、高速终端业务根据其网格ID查询时空网格的属性信息，提取相应网格的信息，生成固定终端业务的卫星服务连续性参数和高速终端业务的卫星服务连续性参数。
21)业务优先级共8级，优先级为1、2、3、4、5，6则该业务为普通业务。
22)优先级为7、8级，则该业务为确定性业务。终端类型分为高速终端、固定终端，高速终端定义为在该网格的一个时间片增量
或
中，终端会移动到此网格的邻接网格中，记为01，反之则为固定终端，记为10。移动趋势为该业务所属高速终端在下一时间片到达的邻接域信息，
带宽需求为该业务传输所需带宽的数值。
22)对于固定终端业务，以网格ID查询时空网格的属性信息，提取相应网格的信息，若为小尺度网格则提取当前时刻t及t+K/15的网格信息，若为大尺度网格则提取当前时刻t及t+K的网格信息。
对于高速终端业务，根据业务申请中的移动趋势信息，得到下一跳邻接网格的ID为I′，以当前网格ID信息I及下一跳邻接网格ID信息I′，分别查询时空网格的属性信息，提取相应网格的信息，若为小尺度网格则提取当前时刻t及t+K/15的网格信息，若为大尺度网格则提取当前时刻t及t+K的网格信息。
23)对查找结果进行统计，生成固定终端业务的卫星服务连续性参数
Lp表示卫星p对当前业务所在网格覆盖的连续性，满足连续性要求即Lp＝1的卫星有m个，m为大于等于零的整数，m个卫星在当前时间片的空闲信道数量分别为C1、C2…Cm。
生成高速终端业务的卫星服务连续性参数：
其中p＝[1，P(t)]，L′p表示卫星p对当前业务终端所在网格及下一时间片到达的邻接网格覆盖的连续性。满足连续性要求即Lp＝1的卫星有m′个，m′为大于等于零的整数，m′个卫星在当前时间片的空闲信道数量分别为C′1、C′2…Cm′。
3)若业务为确定性业务，在满足步骤23)服务连续性的条件下，选择空闲信道最多的卫星接入，若无空闲信道，选择已占用信道抢占接入。
所述确定性业务对传输抖动、业务时延、可靠性等参数都有确定界限的要求；
31)若m＞0，则选择空闲信道数为max[C1，Cm]的卫星接入，进入步骤6)，若max[C1，Cm]＝0，则执行抢占接入，进入步骤6)。
32)若m＝0，则选择不满足连续性的P-m个卫星中空闲信道数最大的卫星接入，若无空闲信道，则执行抢占接入，进入步骤6)。
4)若业务为非确定性业务，选择空闲信道最多的卫星接入，若无空闲信道，则将业务申请存入相应缓存队列。
41)对于非确定性业务申请，选择Np最大的卫星接入，进入步骤6)。
42)若
业务申请存入该网格的缓存队列，进入步骤5)。
所述缓存队列与网格一一对应，队列长度为k，缓存队列长度k与网格覆盖卫星数量在下一时刻的变化相关，有
若覆盖卫星数量减少，则k-l，若覆盖卫星数量增加，则k+l，k取值为大于零的正整数。
5)提取缓存队列中的业务申请，进入步骤2)，若队列中业务申请等待时间超出阈值b，则进入步骤7)。
6)允许业务接入，更新多尺度时空网格时空属性信息。
7)拒绝业务接入。
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (10)
1.一种基于时空网格的低轨接入选择方法，其特征在于，包括：
建立低轨卫星网络多尺度网格及网格属性矩阵；
业务发起接入申请后，提取业务申请携带信息；
对确定性业务，选择空闲信道最多的卫星接入，若无空闲信道，选择已占用信道抢占接入；接入后更新时空网格属性矩阵；
对非确定性业务，选择空闲信道最多的卫星接入，接入后更新时空网格属性矩阵，若无空闲信道，则将业务申请存入相应缓存队列，等待空闲信道；若队列中业务申请等待时间超出阈值，拒绝业务接入。
2.根据权利要求1所述的低轨接入选择方法，其特征在于，建立低轨卫星网络多尺度网格及网格属性矩阵的方法为：将低轨卫星网络的地面覆盖区域，依照经纬度变化进行两级网格划分，将卫星的运行周期进行划分，并依据低轨卫星星历信息生成时空网格属性矩阵。
3.根据权利要求1所述的低轨接入选择方法，其特征在于，提取业务申请携带信息包括所在网格ID、源地址、目的地址、优先级、终端类型、移动趋势、带宽需求。
4.根据权利要求3所述的低轨接入选择方法，其特征在于，对于固定终端业务、高速终端业务根据其网格ID查询时空网格的属性信息，提取相应网格的信息，生成固定终端业务的卫星服务连续性参数和高速终端业务的卫星服务连续性参数。
5.根据权利要求1所述的低轨接入选择方法，其特征在于，将卫星的运行周期T进行划分为K个时间片，当每个时间片足够小则认为在时间片内卫星对网格的覆盖状态不变；大尺度网格时间片增量为
时间片记为T1、T2……TK，小尺度网格的时间片增量为
时间片记为
6.根据权利要求5所述的低轨接入选择方法，其特征在于，终端类型分为高速终端、固定终端，高速终端定义为在该网格的一个时间片增量
或
中，终端会移动到此网格的邻接网格中，记为01，反之则为固定终端，记为10。
7.根据权利要求6所述的低轨接入选择方法，其特征在于，对于固定终端业务，以网格ID查询时空网格的属性信息，提取相应网格的信息，若为小尺度网格则提取当前时刻t及t+K/15的网格信息，若为大尺度网格则提取当前时刻t及t+K的网格信息。
8.根据权利要求6所述的低轨接入选择方法，其特征在于，对于高速终端业务，根据业务申请中的移动趋势信息，得到下一跳邻接网格的ID为I′，以当前网格ID信息I及下一跳邻接网格ID信息I′，分别查询时空网格的属性信息，提取相应网格的信息，若为小尺度网格则提取当前时刻t及t+K/15的网格信息，若为大尺度网格则提取当前时刻t及t+K的网格信息。
9.根据权利要求6所述的低轨接入选择方法，其特征在于，对查找结果进行统计，生成固定终端业务的卫星服务连续性参数
p＝[1，P(t)]，P(t)为大于等于1的正整数，Lp表示卫星p对当前业务所在网格覆盖的连续性，满足连续性要求即Lp＝1的卫星有m个，m为大于等于零的整数，m个卫星在当前时间片的空闲信道数量分别为C1、C2…Cm；
生成高速终端业务的卫星服务连续性参数：
L′p表示卫星p对当前业务终端所在网格及下一时间片到达的邻接网格覆盖的连续性；满足连续性要求即Lp＝1的卫星有m′个，m′为大于等于零的整数，m′个卫星在当前时间片的空闲信道数量分别为C′1、C′2…Cm′。
10.一种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在由处理器加载并运行时，使所述处理器执行如权利要求1至9中任一项所述的方法。
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