[发明专利]基于最小化最大传输时间的多波束负载均衡方法

说明书

本发明公开了一种空间信息网络中基于最小化最大传输时间的多波束负载均衡方法，涉及空间信息网络技术领域，首先，选择GEO卫星中负载值小于平均负载值的波束，并分别计算每个波束的可用信道数目且降序排列；然后，判断待传输的业务数量是否小于等于波束数目，如果是，将业务量降序排列一一对应到降序排列的波束中，否则，多个业务共同分配一个波束进行传输；最后，根据每个业务信道占用情况分别计算传输时间，选择最大值并对对应的业务增加一个单位的带宽，再次计算最大传输时间；通过多次迭代搜索得到最小化的最大传输时间。本发明确保了业务量大的业务接入拥有多的可用信道的波束内传输，实现了频谱资源的有效利用和系统的负载均衡。

技术领域

本发明涉及空间信息网络技术领域，具体是空间信息网络中基于最小化最大传输时间的多波束负载均衡方法。

背景技术

卫星移动通信系统利用空间段卫星：如GEO卫星、MEO卫星和LEO卫星等进行信号转接与转发；具有不受地理和地域限制、覆盖区域广泛、传输容量相对较大以及传输带宽相对较宽等特点，是实现全球通信无盲区的重要手段。

空间信息网络(Space Information Network，SIN)在卫星网络通信系统的研究基础上不断扩展与改进，以邻地以及远地空间平台实体为载体；如低轨卫星、低轨道飞行器、平流层气球或飞艇、中轨卫星和高轨卫星等，实时获取、接收、转发、传输和处理空间信息的网络系统。它不仅能够实现卫星系统的基本功能，也可以完成卫星与卫星，以及卫星与地面之间的通信，同时空间信息网络将空间中不同轨道的卫星网络，与空间中各种在轨飞行器以及地面宽带网络有机地联结成为一个新的空间信息系统。

在空间信息网络中，LEO卫星或者飞行器等设备需要与GEO卫星进行通信；然而，由于业务量在空间上的非均匀分布以及LEO卫星和飞行器的周期性运动，使得GEO波束会出现负载非均衡的问题，使得某些波束的负载较轻，而某些波束的负载较重，负载较重的波束会增大业务的传输时间甚至造成拥塞，这会严重影响空间信息网络的性能。

发明内容

本发明针对现有空间信息网络中所存在的负载不均衡，以致业务传输时间过长或拥塞的问题，提出了一种空间信息网络中基于最小化最大传输时间的多波束负载均衡方法；利用波束选择、信道初始分配以及信道二次分配，在满足多波束负载均衡的前提下实现了最小化最大传输时间的目的。

具体步骤如下：

步骤一、针对某个GEO卫星，计算每个波束当前的归一化负载值和该卫星的平均归一化负载

GEO卫星的波束为N个；

第i个波束的归一化负载L_i为：B_{i_occupied}为波束i内被占用的信道数目； B_{i_total}为波束i的信道总数目。

平均归一化负载表示为：

步骤二、选出归一化负载值小于平均归一化负载值的波束，并记录满足条件的波束数目为M；

步骤三、针对满足条件的M个波束，分别计算每个波束用于初始分配的可用信道数目，并按从大到小的顺序排列；

针对第i个波束，用于初始分配的可用信道数目为：

将M个波束初始分配的可用信道数目从大到小排序，表示为

步骤四、针对待传输的K个业务，判断业务数量是否小于等于波束数目M；如果是，进入步骤五，否则，进入步骤六；

步骤五、将K个业务按业务量从大到小排列为T₁＝{T₁¹,T₁²,…,T₁^K}，并与初始分配的可用信道数目排列表一一对应，将列表中业务一一对应到可用信道对应的波束中，进入步骤七；