[发明专利]星地一体化系统网络架构及其资源分配方法

说明书

本发明提供星地一体化系统网络架构及其资源分配方法，包括用户部分、控制部分以及空间部分；用户部分是指各类终端，包括固定或移动的地面基站、移动终端等；控制部分包括网关、卫星控制中心、核心网以及基站控制器，负责管理卫星网络，让卫星网络和其他网络之间实现互联；空间部分主要指分布于不同高度的轨道卫星，负责信号转发。星地一体化网络的资源分配方法，包括以下步骤：构建资源分配模型；优化问题转化；迭代更新变量；输出最优解。本发明建立数学优化的资源分配模型，引入基站干扰的电平作为限制，提出了集中式迭代的方法来解决资源分配问题，引入拉格朗日对偶理论，通过求解对偶问题的最优解来解决资源分配的局部最优问题。

技术领域

本发明涉及星地通信领域，涉及资源分配方法，具体地涉及星地一体化系统网络架构及其资源分配方法。

背景技术

在信息化时代，卫星通信已经成为不可或缺的通信方式。卫星通信的主要优势在于其特有的广域覆盖能力以及抗自然灾害能力。但卫星中继通信依赖于转发器来实现，卫星与地面终端之间传输距离很大，信号的路径损耗大，且易受建筑物及山脉等的影响，遭受干扰。而地面无线通信网络通信容量大、质量好，网络时延低，技术发展成熟，可以有效覆盖人口密集地区，能够作为卫星通信的必要补充。卫星通信则可以有效解决地面通信在偏远农村地区覆盖不彻底，在城市环境面临严重的噪声和干扰的问题，从而实现两网络的优势互补。随着卫星通信技术的日益成熟以及地面互联网技术的不断发展，下一代因特网技术发展的必然趋势是演化成空天地一体化的综合信息网络。

星地一体化网络将地面网络与卫星网络进行有机的融合，它的通信目标可以简单的概括为：任何人(Anyone)能够在任何地点(Anywhere)、任何时刻(Anytime)进行任何业务(Anything)的通信。在该系统中，起主导作用的是卫星网络运营商，地面通信网络只作为卫星网络的有效补并且受卫星网络控制中心(NetworkControlCenter，NCC)。卫星NCC应当制定合理高效的资源分配机制，在满足服务需求的条件下，最大化系统吞吐量。

在实际的通信过程中，一体化星地网络将会带来很多优势，比如增大系统的容量，提升资源利用效率，但也会面临很多挑战，特别是干扰问题。无线通信的快速发展，频谱需求日益迫切。由于频谱资源的匮乏，卫星通信以及地面蜂窝通信均采用频率复用技术，而且同一频段会在不同的网络进行复用，这对各种通信服务的成功部署发挥了巨大的作用。然而，同频网络以及网络中同频组件之中不可避免的会产生干扰。

发明内容

本发明要解决的问题是基于星地一体化系统的网络架构，研究合理有效的资源分配方法。本发明的目的是，针对星上信道资源有限，提出合理高效的利用信道资源的资源分配算法。

星地一体化系统网络架构，包括三部分，分别是用户部分、控制部分以及空间部分；

用户部分是指各类终端，包括固定或移动的地面基站、移动终端等；

控制部分包括网关、卫星控制中心、核心网以及基站控制器，负责管理卫星网络，让卫星网络和其他网络之间实现互联；

空间部分主要指分布于不同高度的轨道卫星，负责信号转发。

星地一体化网络的资源分配方法，用于所述的星地一体化系统网络架构，包括以下步骤：

步骤101，构建资源分配模型，具体包括以下过程：

假设所有基站总需求超过系统提供的最大容量，为了尽可能满足各个基站的通信需求，资源分配的数学优化模型表示为：