[发明专利]软件定义卫星网络系统中基于演化博弈的多用户切换方法

说明书

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种软件定义卫星网络系统中基于演化博弈的多用户切换方法；所述方法包括用户根据获知的信息分别计算出卫星的仰角和剩余覆盖时间；然后用户根据卫星的容量、仰角和剩余覆盖时间三个基本因素计算出收益；控制器计算出该区域内用户的平均收益，并广播给用户；判断所有用户的收益是否均高于平均收益，若高于则结束多用户切换；否则用户选择其他收益更高的切换卫星；用户不断重复这个动态的策略调整过程直到达到均衡状态；本发明将多用户切换问题建模成演化博弈问题，将演化均衡作为博弈的均衡解，求出最优的策略比例，保证所有用户切换后均能得到最好的服务，从而保证了用户的公平性。

技术领域

本发明属于移动通信技术领域，涉及一种软件定义卫星网络系统中基于演化博弈的多用户切换方法。

背景技术

由于覆盖受限，地面蜂窝网络不能提供偏远山区、海洋、高原等地区的移动业务。卫星通信通过多颗卫星进行联合组网形成卫星星座，具有覆盖范围广、不受地域和空域限制的特点引起人们的关注。卫星通信网络与地面移动通信网络的融合将成为移动通信的重要发展方向。其中低轨卫星系统因具有低时延、路径损耗小以及覆盖面积广等特点而受到人们的广泛关注，然而由于卫星相对地面的高速移动以及用户终端的移动性，单颗低轨卫星对地面终端的覆盖时间有限，用户在进行通信时需要进行频繁地切换。常见的卫星切换包括星间切换和波束切换。

大多数对卫星切换的研究均基于传统的卫星网络架构。随着软件定义网络在地面通信网络的广泛应用，将软件定义网络技术应用于低轨卫星互联网可实现数据层与控制层解耦，使得网络架构更加灵活方便。

然而，传统的软件定义网络中的卫星切换策略一般是基于候选卫星的仰角、剩余覆盖时间和空闲信道数三个准则。卫星仰角与信号损耗之间存在非线性关系，卫星仰角越小，信道状况越差，通信质量越差；卫星的剩余覆盖时间与用户的切换次数和通话掉话率有关，卫星的剩余覆盖时间越长，表示卫星可提供给用户的服务时间越长，可降低用户的切换次数和通话掉话率；卫星的空闲信道数来表示卫星的负载情况，卫星空闲信道数越多，表明卫星的负载较轻。但利用卫星的空闲信道数来反映卫星的负载状态存在弊端：在实际的通信过程中，同一时刻卫星覆盖区域内的所有用户都会接收到卫星的空闲信道数消息，该区域内所有用户均会出于自身利益最大的原则选择负载最轻的卫星进行接入，可能导致卫星负载过重问题。因此卫星空闲信道数不能很好地反映卫星的负载状况，需要通过其他指标来判断卫星的负载情况。此外，传统的卫星切换策略基于信号强度进行选择，因此用户会出现切换失败的问题；并且传统的卫星切换策略也并未将用户之间动态的资源竞争过程刻画出来。

发明内容

本发明的目的在于提供一种软件定义卫星网络系统中基于演化博弈的多用户切换方法。本方法首先考虑多星覆盖下的多用户切换场景，由于低轨卫星的运动特性，当处于某颗卫星覆盖区域下的用户的接收信号强度小于设定的阈值时，用户会发出切换申请，选择切换到其他可视卫星中去保证通信过程不断中断。然后在选择切换卫星时综合考虑候选卫星集中卫星可分配给用户的带宽、卫星的剩余覆盖时间和卫星仰角三个因素，采用演化博弈方法进行切换卫星的选择，该方法通过不断的调整策略达到均衡化状态，既有效地保证了卫星负载均衡，又保证了用户的公平性，使得所有用户的服务质量均能最佳，有效地降低了用户的切换失败率。

本发明提供如下技术方案用以解决上述技术问题：

一种软件定义卫星网络系统中基于演化博弈的多用户切换方法，所述方法包括以下步骤：

S1、所有用户根据获知的信息分别计算出卫星的仰角信息和剩余覆盖时间；

S2、用户根据卫星容量、仰角和剩余覆盖时间和定义的收益函数计算出各自的收益；

S3、控制器计算出该区域内用户的平均收益，并广播给用户；

S4、判断所有用户的收益是否均高于平均收益，若不高于，则转至步骤S5，否则结束多用户切换；