一种卫星反向信道资源分配方法、装置及卫星通信系统

技术领域

本发明属于卫星通信技术领域，具体涉及一种卫星反向信道资源分配方法、装置及卫星通信系统。

背景技术

在卫星通信系统中，一般前向信道资源充足，通常使用广播通信方式；而反向信道资源紧张，一般使用MF-TDMA(MultiFrequency Time Division Multiple Access，多频时分多址接入)通信方式，以便供多个卫星通信终端共享反向信道资源。由于用户的不同数据有不同的反向传输优先级，以及每个卫星通信终端的传输服务速率也不相同，因此需要解决如何协调终端间以及终端自身内部数据间的信道资源竞争问题。此外，受限于卫星反向信道资源，在反向信道上还可能出现拥塞情况，为了减少对用户服务质量(Quality ofService，缩写QoS)的影响，也需要对反向信道资源进行合理分配。

在卫星通信系统的反向传输过程中，既要满足终端的流量数据发送需求，又要保证终端间的数据发送公平性，这通常是一个难以协调的问题，尤其是在反向信道资源紧张的情况下。因此在终端数量众多以及反向信道资源紧张的情况下，如何解决各个卫星通信终端的反向信道资源分配问题，是本领域技术人员一直孜孜不倦进行研究的课题。

发明内容

本发明的目的是提供一种卫星反向信道资源分配方法、装置、卫星通信系统、计算机设备及计算机可读存储介质，用以同时解决终端优先级数据的发送公平性问题以及终端间数据的发送公平性问题，以便提高卫星反向信道资源的使用效率。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

第一方面，提供了一种卫星反向信道资源分配方法，由卫星反向网关执行，包括：

获取N个卫星通信终端中的各个卫星通信终端在M种数据中的各种数据上的反向传输所需时隙数量，其中，N表示正整数，M表示不小于2的正整数，所述M种数据与预设的M个优先级别一一对应，所述反向传输所需时隙数量与对应卫星通信终端准备反向传输对应数据的当前积压量正相关；

针对所述各种数据，累加所述各个卫星通信终端在对应数据上的反向传输所需时隙数量，得到对应的反向传输所需时隙总数量；

根据反向信道时隙待分配总量、所述各种数据的反向传输所需时隙总数量和与所述M个优先级别一一对应的M个预设权重值，确定满足级别优先传输需求的且所述各种数据的反向信道时隙分配量，其中，所述预设权重值与对应的优先级别正相关，所述级别优先传输需求是指优先级别越高，越优先传输对应的数据；

根据所述各种数据的反向信道时隙分配量、所述各个卫星通信终端的反向信道时隙最大允许分配量、所述各个卫星通信终端的传输服务速率比率和所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向传输所需时隙数量，确定满足终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量，其中，所述反向信道时隙最大允许分配量与对应卫星通信终端的传输服务设置速率正相关，所述传输服务速率比率是指传输服务即时速率与传输服务名义速率的比值，所述终端优先传输需求是指卫星通信终端的传输服务速率比率越小，越优先分配传输对应的数据；

将所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量传送至卫星前向网关，以便再通过所述卫星前向网关及卫星前向链路广播传送至所述各个卫星通信终端。

基于上述发明内容，提供了一种先基于数据优先级别再基于终端服务质量的两级分配方案，即在获取各个卫星通信终端在各种数据上的反向传输所需时隙数量后，先根据反向信道时隙待分配总量、所述各种数据的反向传输所需时隙总数量和与多个优先级别一一对应的多个预设权重值，确定满足级别优先传输需求的且所述各种数据的反向信道时隙分配量，然后再根据所述各种数据的反向信道时隙分配量、所述各个卫星通信终端的反向信道时隙最大允许分配量、所述各个卫星通信终端的传输服务速率比率和所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向传输所需时隙数量，确定满足终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量，最后通过前向广播方式将分配结果传送至所述各个卫星通信终端，如此可利用前一级分配解决终端优先级数据的发送公平性问题，利用后一级分配解决终端间数据的发送公平性问题，进而提高卫星反向信道资源的使用效率，便于实际应用和推广。

在一个可能的设计中，获取N个卫星通信终端中的各个卫星通信终端在M种数据中的各种数据上的反向传输所需时隙数量，包括：

接收由卫星通信终端上报的积压数据报告信息，其中，所述积压数据报告信息包含有所述卫星通信终端准备反向传输M种数据的当前积压量，M表示不小于2的正整数，所述M种数据与预设的M个优先级别一一对应；

根据所述积压数据报告信息，按照如下公式换算得到所述卫星通信终端在所述M种数据中的各种数据上的反向传输所需时隙数：

式中，m表示不大于M的正整数，B

根据所述卫星通信终端在所述各种数据上的反向传输所需时隙数，按照如下公式更新本地为所述卫星通信终端维持的且与所述M种数据一一对应的M个虚拟队列的虚拟队列长度：

VQL

式中，VQL

针对与所述第m种数据对应的虚拟队列长度VQL

在分配时机到达时，根据本地为所有卫星通信终端维持的M个虚拟队列，获取N个卫星通信终端中的各个卫星通信终端在M种数据中的各种数据上的反向传输所需时隙数量，其中，N表示所述所有卫星通信终端的终端总数，所述反向传输所需时隙数量等于为对应卫星通信终端维持的对应虚拟队列的虚拟队列长度。

在一个可能的设计中，根据反向信道时隙待分配总量、所述各种数据的反向传输所需时隙总数量和与所述M个优先级别一一对应的M个预设权重值，确定满足级别优先传输需求的且所述各种数据的反向信道时隙分配量，包括：

针对所述各种数据，按照如下公式确定对应的反向信道时隙分配量：

G

式中，m表示不大于M的正整数，G

若判定还有剩余的反向信道时隙，则按照优先级别从高至低顺序依次遍历更新所述各种数据的反向信道时隙分配量：

G

式中，B

若再次判定还有剩余的反向信道时隙，则按照如下公式再次遍历更新所述各种数据的反向信道时隙分配量：

式中，G

若最后判定还有剩余的反向信道时隙，则按照优先级别从高至低顺序再依次遍历更新所述各种数据的反向信道时隙分配量：

式中，G

在一个可能的设计中，根据所述各种数据的反向信道时隙分配量、所述各个卫星通信终端的反向信道时隙最大允许分配量、所述各个卫星通信终端的传输服务速率比率和所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向传输所需时隙数量，确定满足终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量，包括：

将所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量初始化为零；

根据所述各个卫星通信终端的传输服务速率比率，按照优先级别从高至低顺序且在同一优先级别内按照传输服务速率比率从小至大顺序依次遍历更新所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量：

G

式中，n表示不大于N的正整数，m表示不大于M的正整数，G

若判定还有剩余的反向信道时隙，则按照优先级别从高至低顺序且在同一优先级别内按照传输服务速率比率从小至大顺序再依次遍历更新所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量：

式中，B

在一个可能的设计中，所述N个卫星通信终端中第n个卫星通信终端的传输服务即时速率按照如下公式计算得到：

式中，n表示不大于N的正整数，S

在一个可能的设计中，在确定满足终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量之后，所述方法还包括：

根据可用时隙组大小、所述各个卫星通信终端的传输服务速率比率和所述各个卫星通信终端的反向传输所需时隙剩余数量以及反向信道时隙剩余数量，确定满足所述终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端的时隙组大小调整结果，其中，所述反向传输所需时隙剩余数量是指在所述M种数据上的反向传输所需时隙总数量与在所述M种数据上的反向信道时隙再分配总量的差值；

将所述各个卫星通信终端的时隙组大小调整结果传送至卫星前向网关，以便再通过所述卫星前向网关及卫星前向链路广播传送至所述各个卫星通信终端。

第二方面，提供了一种卫星反向信道资源分配装置，布置在卫星反向网关中，包括有依次通信连接的时隙需求量获取模块、时隙需求总量计算模块、时隙分配模块、时隙再分配模块和分配结果传送模块；

所述时隙需求量获取模块，用于获取N个卫星通信终端中的各个卫星通信终端在M种数据中的各种数据上的反向传输所需时隙数量，其中，N表示正整数，M表示不小于2的正整数，所述M种数据与预设的M个优先级别一一对应，所述反向传输所需时隙数量与对应卫星通信终端准备反向传输对应数据的当前积压量正相关；

所述时隙需求总量计算模块，用于针对所述各种数据，累加所述各个卫星通信终端在对应数据上的反向传输所需时隙数量，得到对应的反向传输所需时隙总数量；

所述时隙分配模块，用于根据反向信道时隙待分配总量、所述各种数据的反向传输所需时隙总数量和与所述M个优先级别一一对应的M个预设权重值，确定满足级别优先传输需求的且所述各种数据的反向信道时隙分配量，其中，所述预设权重值与对应的优先级别正相关，所述级别优先传输需求是指优先级别越高，越优先传输对应的数据；

所述时隙再分配模块，用于根据所述各种数据的反向信道时隙分配量、所述各个卫星通信终端的反向信道时隙最大允许分配量、所述各个卫星通信终端的传输服务速率比率和所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向传输所需时隙数量，确定满足终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量，其中，所述反向信道时隙最大允许分配量与对应卫星通信终端的传输服务设置速率正相关，所述传输服务速率比率是指传输服务即时速率与传输服务名义速率的比值，所述终端优先传输需求是指卫星通信终端的传输服务速率比率越小，越优先分配传输对应的数据；

所述分配结果传送模块，用于将所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量传送至卫星前向网关，以便再通过所述卫星前向网关及卫星前向链路广播传送至所述各个卫星通信终端。

第三方面，本发明提供了一种卫星通信系统，包括有服务器主机、IP网关、卫星前向网关、卫星反向网关、前向链路、反向链路和卫星通信终端，其中，所述前向链路和所述反向链路分别包括通信卫星；

所述服务器主机通过互联网络分别通信连接所述IP网关，所述IP网关分别通信连接所述卫星前向网关和所述卫星反向网关，所述卫星前向网关通过所述前向链路向所述卫星通信终端广播信息，所述卫星通信终端通过所述反向链路向所述卫星反向网关上传信息；

所述卫星反向网关，用于执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的卫星反向信道资源分配方法。

第四方面，本发明提供了一种计算机设备，包括有依次通信连接的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的卫星反向信道资源分配方法。

第五方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的卫星反向信道资源分配方法。

第六方面，本发明提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面或第一方面中任意可能设计所述的卫星反向信道资源分配方法。

上述方案的有益效果：

(1)本发明创造性提供了一种先基于数据优先级别再基于终端服务质量的两级分配方案，即在获取各个卫星通信终端在各种数据上的反向传输所需时隙数量后，先根据反向信道时隙待分配总量、所述各种数据的反向传输所需时隙总数量和与多个优先级别一一对应的多个预设权重值，确定满足级别优先传输需求的且所述各种数据的反向信道时隙分配量，然后再根据所述各种数据的反向信道时隙分配量、所述各个卫星通信终端的反向信道时隙最大允许分配量、所述各个卫星通信终端的传输服务速率比率和所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向传输所需时隙数量，确定满足终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量，最后通过前向广播方式将分配结果传送至所述各个卫星通信终端，如此可利用前一级分配解决终端优先级数据的发送公平性问题，利用后一级分配解决终端间数据的发送公平性问题，进而提高卫星反向信道资源的使用效率，便于实际应用和推广；

(2)还可以使物理层编码封装的物理帧通过采用特定大小的时隙组来进一步达成降低开销和提升传输效率的目的；

(3)通过综合使用单位转换、虚拟队列管理、两级分配、终端吞吐量限制以及终端服务速率公平比例调度等技术手段，实现了终端信道资源分配的公平性，合理性；

(4)通过使用传输服务速率比率值来确定终端的信道资源分配次序，以及通过服务速率公平比例调度实现终端服务速率按比例控制，两者共同保证了终端间的信道资源分配的公平性及合理性，以及通过使用公平性粒度，可提高信道资源分配量，减少延迟，降低开销；

(5)通过虚拟队列建立反向网关-终端间的分配模型，可有效反映反向网关-终端间的信道资源分配需求，以及RTT因素的考虑与处理保证了终端信道资源分配的合理性；

(6)总而概之，无论是在终端有不同优先级数据发送的情况下，还是在终端传输服务名义速率不同的情况下，都能解决在卫星反向信道上终端的信道资源分配公平性问题，以及还在终端用户数量众多，信道资源紧张的情况下，也可较好地解决了终端信道资源分配的公平性问题，满足设计预期，取得了良好的使用效果。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本申请实施例提供的卫星通信系统的结构示意图。

图2为本申请实施例提供的卫星反向网关所使用的反向信道资源管理模型的示意图。

图3为本申请实施例提供的MAC包处理整体框架的结构示意图。

图4为本申请实施例提供的卫星反向信道资源分配方法的流程示意图。

图5为本申请实施例提供的虚拟队列动态管理的流程示意图。

图6为本申请实施例提供的在公平性结果中反向信道的单用户速率及汇总速率示例图。

图7为本申请实施例提供的在公平性结果中反向信道的信道吞吐率示例图。

图8为本申请实施例提供的在公平性结果中反向信道用户0的吞吐率示例图。

图9为本申请实施例提供的在公平性结果中反向信道用户1的吞吐率示例图。

图10为本申请实施例提供的单终端在恒定流量负载条件下的信道资源分配使用效率的实验记录结果示例图。

图11为本申请实施例提供的单终端在随机流量负载条件下的信道资源分配使用效率的实验记录结果示例图。

图12为本申请实施例提供的卫星反向信道资源分配装置的结构示意图。

图13为本申请实施例提供的计算机设备的结构示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将结合附图和实施例或现有技术的描述对本发明作简单地介绍，显而易见地，下面关于附图结构的描述仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。在此需要说明的是，对于这些实施例方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。

应当理解，尽管本文可能使用术语第一和第二等等来描述各种对象，但是这些对象不应当受到这些术语的限制。这些术语仅用于区分一个对象和另一个对象。例如可以将第一对象称作第二对象,并且类似地可以将第二对象称作第一对象，同时不脱离本发明的示例实施例的范围。

应当理解，对于本文中可能出现的术语“和/或”，其仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A、单独存在B或者同时存在A和B等三种情况；又例如，A、B和/或C，可以表示存在A、B和C中的任意一种或他们的任意组合；对于本文中可能出现的术语“/和”，其是描述另一种关联对象关系，表示可以存在两种关系，例如，A/和B，可以表示：单独存在A或者同时存在A和B等两种情况；另外，对于本文中可能出现的字符“/”，一般表示前后关联对象是一种“或”关系。

实施例：

本实施例第一方面提供的所述卫星反向信道资源分配方法，可以但不限于由具有一定计算资源的且通信连接卫星前向网关的计算机设备执行，例如由卫星反向网关或其它多用途计算机等设备执行。如图1所示，所述卫星通信系统包括但不限于有服务器主机1、IP(Internet Protocol，网际互连协议)网关2、卫星前向网关3、卫星反向(在说明书附图中用RCM表示)网关4、前向链路、反向链路和卫星通信终端7等，其中，所述前向链路和所述反向链路分别包括通信卫星8；所述服务器主机1通过互联网络分别通信连接所述IP网关2，所述IP网关2分别通信连接所述卫星前向网关3和所述卫星反向网关4，所述卫星前向网关3通过所述前向链路向所述卫星通信终端7广播信息，所述卫星通信终端7通过所述反向链路向所述卫星反向网关4上传信息。如此通过前述卫星通信系统的具体设计，可实现如下的正常卫星通信功能：所述卫星通信终端7的数据请求会依次经所述反向链路、所述卫星反向网关4、所述IP网关2和所述互联网络发送给所述服务器主机1；所述服务器主机1的请求响应会依次经所述互联网络、所述IP网关2、所述卫星前向网关3和所述前向链路返回给所述卫星通信终端7。

在所述卫星通信系统的反向传输路径上，反向信道资源一般规划为信道资源池，一个所述卫星反向网关4管理一部分信道资源。为了服务众多的所述卫星通信终端7，所述卫星反向网关4会为所述卫星通信终端7分配固定的反向信道，以便位于同一反向信道上的多个所述卫星通信终端7共享该反向信道上的信道资源。所述卫星反向网关4每次会为处于反向信道上的多个所述卫星通信终端7分配至少一帧(Time Frame)的反向信道资源(其由时隙组成，时隙是反向信道资源的最小使用单位)。为了提高反向信道资源使用效率，所述卫星反向网关4还会一次性地为有反向传输需求的一个所述卫星通信终端7分配包含有至少一个时隙组(burst)的反向信道资源，其中，一个时隙组由若干时隙组成。当所述卫星通信终端7有大量积压数据需要反向传输时，所述卫星反向网关4还会为该终端分配多个连续的时隙组，以满足终端数据发送需求，提升发送效率。如图2所示，其描述了所述卫星反向网关4所使用的反向信道资源管理模型：反向信道资源组织成信道资源池，一个所述卫星反向网关4管理若干反向信道资源，每个反向信道分配给若干个所述卫星通信终端7，位于同一反向信道上的多个所述卫星通信终端7共享该反向信道上的信道资源。

在所述卫星通信系统中，所述卫星反向网关4与所述卫星通信终端7进行数据通信的具体方式，一般包括但不限于：所述卫星通信终端7通过“积压数据上报”方式向所述卫星反向网关4申请分配反向信道资源，所述卫星反向网关根据终端上报的积压数据报告信息，为终端分配用于上传数据的反向信道资源；所述卫星反向网关4所分配的反向信道资源会以“带宽分配消息”的形式通知所述卫星通信终端7，以便该终端使用该分配的反向信道资源进行数据反向传输。具体的，在所述卫星通信终端反向传输数据时，一般使用MAC(MediaAccess Control,媒介访问控制层)包格式进行数据封装，即在所得的MAC包数据中除了封装的L3 PDU(Protocol DataUnit,PDU，协议数据单元)数据外，还会携带终端的积压数据报告信息，以及终端的“L2控制信令”也会以随路信令的方式携带在MAC包中一并发送。所述卫星反向网关4在接收到所述MAC包后，会先对所述MAC包进行解析处理，以便从所述MAC包中将积压数据报告信息提取出来，进而用于卫星反向信道资源分配。所述卫星反向网关4所分配的反向信道资源会以“带宽分配消息”的形式送往所述卫星前向网关3，然后由所述卫星前向网关3经所述前向链路广播给所述卫星通信终端。此外，所述MAC包中的随路“L2控制信令”也会被提取出来，然后交由“L2控制信令管理器”进行后续处理(其处理后的“应答消息”同样会发往所述卫星前向网关3，然后由所述卫星前向网关3经所述前向链路广播给所述卫星通信终端)；以及所述MAC包中的L3 PDU数据也会被解析出来，进行重组恢复(其恢复重组的L3 PDU数据在进行“反向隧道封装”后，送往所述IP网关2，然后由所述IP网关2完成对所述服务器主机1的请求访问)。如图3所示，其描述了MAC包处理的整体框架。

基于前述应用场景可知，所述卫星反向信道资源分配方法可以但不限于由所述卫星反向网关4执行，并如图4所示，可以但不限于包括有如下步骤S1～S5。

S1.获取N个卫星通信终端中的各个卫星通信终端在M种数据中的各种数据上的反向传输所需时隙数量，其中，N表示正整数，M表示不小于2的正整数，所述M种数据与预设的M个优先级别一一对应，所述反向传输所需时隙数量与对应卫星通信终端准备反向传输对应数据的当前积压量正相关。

在所述步骤S1中，所述N个卫星通信终端即为位于同一反向信道上的且可共享该反向信道上的信道资源的多个所述卫星通信终端7。所述M种数据即为具有不同反向传输紧迫性的多种数据类型，例如包含但不限于有交互式数据、媒体流数据和大型文件数据等，其中，所述交互式数据对应有最高优先级别，所述媒体流数据对应有次高优先级别，所述大型文件数据对应有最低优先级别。所述反向传输所需时隙数量反映了对应卫星通信终端为反向传输对应数据所请求分配信道资源的多寡程度，因此与对应卫星通信终端准备反向传输对应数据的当前积压量正相关，即若某个卫星通信终端准备反向传输某种数据的当前积压量越大，则所述某个卫星通信终端在所述某种数据上的反向传输所需时隙数量越大。优选的，获取N个卫星通信终端中的各个卫星通信终端在M种数据中的各种数据上的反向传输所需时隙数量，包括但不限于有如下步骤S11～S14。

S11.接收由卫星通信终端上报的积压数据报告信息，其中，所述积压数据报告信息包含但不限于有所述卫星通信终端准备反向传输M种数据的当前积压量，M表示不小于2的正整数，所述M种数据与预设的M个优先级别一一对应。

在所述步骤S11中，所述积压数据报告信息可如前述应用场景介绍那样被封装在MAC包中，然后接收并解析提取得到。此外，所述积压数据报告信息的上报周期可以小于、等于或大于一个往返传输时长RTT(Round-Trip Time，其一般包含有反向传输时长、响应处理时长和前向广播时长，为一个可以提前确定的参数)，也即可以随时报告；以及若所述卫星通信终端不准备反向传输某种数据，则对应的当前积压量为零。

S12.根据所述积压数据报告信息，按照如下公式换算得到所述卫星通信终端在所述M种数据中的各种数据上的反向传输所需时隙数：

式中，m表示不大于M的正整数，B

S13.根据所述卫星通信终端在所述各种数据上的反向传输所需时隙数，按照如下公式更新本地为所述卫星通信终端维持的且与所述M种数据一一对应的M个虚拟队列的虚拟队列长度：

VQL

式中，VQL

在所述步骤S13中，由于卫星链路上的RTT不容忽视(即一个RTT一般为500～600ms，一帧一般为40ms，一个RTT内会进行多次分配)，为了避免多次重复统计反向传输所需时隙数或者分配过多的反向信道时隙，有必要在进行信道资源分配时，考虑RTT因素(即卫星通信终端在报告数据积压量之后，需要经过一个RTT时长才能收到给它分配的反向信道资源)，因此需要在本地为各个卫星通信终端维持与所述M种数据一一对应的M个虚拟队列，并根据反向传输所需时隙数对虚拟队列长度进行上述方式的更新，以便所述卫星反向网关可以实时通过虚拟队列管理，准确感知所述各个卫星通信终端准备反向传输所述各种数据的当前积压量，就像能够实时“看到”每个卫星通信终端的各种数据的实际待传队列一样，如图5所示。

S14.在分配时机到达时，根据本地为所有卫星通信终端维持的M个虚拟队列，获取N个卫星通信终端中的各个卫星通信终端在M种数据中的各种数据上的反向传输所需时隙数量，其中，N表示所述所有卫星通信终端的终端总数，所述反向传输所需时隙数量等于为对应卫星通信终端维持的对应虚拟队列的虚拟队列长度。

在所述步骤S14中，所述分配时机一般是周期到达的，例如每隔一个帧长(例如为40毫秒)。此外，即使在使用公平性周期T时，也只是当前T次(例如4次)分配存在有反向信道时隙分配结余量时，可以将该反向信道时隙分配结余量携带到下一次分配时机中，依然是每隔一个帧长进行一次反向信道资源分配。

S2.针对所述各种数据，累加所述各个卫星通信终端在对应数据上的反向传输所需时隙数量，得到对应的反向传输所需时隙总数量。

在所述步骤S2中，所述反向传输所需时隙总数量即反映了所述N个卫星通信终端为反向传输对应数据所请求分配信道资源的多寡程度。

S3.根据反向信道时隙待分配总量、所述各种数据的反向传输所需时隙总数量和与所述M个优先级别一一对应的M个预设权重值，确定满足级别优先传输需求的且所述各种数据的反向信道时隙分配量，其中，所述预设权重值与对应的优先级别正相关，所述级别优先传输需求是指优先级别越高，越优先分配传输对应的数据。

在所述步骤S3中，所述反向信道时隙待分配总量即为在所述N个卫星通信终端所处的反向信道上所准备分配的时隙总量；当分配时机的周期为一个帧长时，所述反向信道时隙待分配总量即为一个帧上的反向信道时隙总数。所述预设权重值与对应的优先级别正相关是指优先级别越高，对应的预设权重值越大，例如针对交互式数据、媒体流数据和大型文件数据，对应三个优先级别的预设权重值可以举例分别为0.5、0.3和0.2，如此即使所述M种数据的当前积压量比例不同，也会将一半的反向信道资源分配给交互式数据(而如果对一种优先级数据分配权重值1，就会把全部的反向信道资源尽可能地分配给该优先级数据)；如此通过合理地使用权重值，可以保证在高优先级数据拥有足够反向信道资源的情况下，低优先级数据依然有可用的反向信道资源，不会造成“饥饿”情况，即实现基于数据优先级别的反向信道资源分配目的。优选的，根据反向信道时隙待分配总量、所述各种数据的反向传输所需时隙总数量和与所述M个优先级别一一对应的M个预设权重值，确定满足级别优先传输需求的且所述各种数据的反向信道时隙分配量，包括但不限于有如下步骤S31～S33。

S31.针对所述各种数据，按照如下公式确定对应的反向信道时隙分配量：

G

式中，m表示不大于M的正整数，G

S32.若判定还有剩余的反向信道时隙，则按照优先级别从高至低顺序依次遍历更新所述各种数据的反向信道时隙分配量：

G

式中，B

S33.若再次判定还有剩余的反向信道时隙，则按照如下公式再次遍历更新所述各种数据的反向信道时隙分配量：

式中，G

S34.若最后判定还有剩余的反向信道时隙，则按照优先级别从高至低顺序再依次遍历更新所述各种数据的反向信道时隙分配量：

式中，G

前述步骤S31即为基于预设权重值与待传数据积压情况进行满足所述级别优先传输需求的信道资源分配方式，前述步骤S32即为在再次分配反向信道时隙剩余量时基于优先级别从高至低顺序进行满足所述级别优先传输需求的信道资源分配方式，前述步骤S33～S34即为在平均分配反向信道时隙剩余量时，考虑存在因不能整除而无法均分的情况，再次基于优先级别从高至低顺序进行满足所述级别优先传输需求的信道资源分配方式，如此综合前述三种信道资源分配方式，可以确保得到的所述各种数据的反向信道时隙分配量能够满足所述级别优先传输需求。此外，在再次判定还有剩余的反向信道时隙时，可以不执行步骤S33～S34，然后将反向信道时隙剩余量分配给Aloha信道使用。

S4.根据所述各种数据的反向信道时隙分配量、所述各个卫星通信终端的反向信道时隙最大允许分配量、所述各个卫星通信终端的传输服务速率比率和所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向传输所需时隙数量，确定满足终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量，其中，所述反向信道时隙最大允许分配量与对应卫星通信终端的传输服务设置速率正相关，所述传输服务速率比率是指传输服务即时速率与传输服务名义速率的比值，所述终端优先传输需求是指卫星通信终端的传输服务速率比率越小，越优先分配传输对应的数据。

在所述步骤S4中，所述反向信道时隙最大允许分配量即表示对卫星通信终端的吞吐量限制，假定卫星通信终端的传输服务设置速率的单位为兆比特位每秒，则可以通过常规换算公式计算得到对应的且单位为时隙每帧的所述反向信道时隙最大允许分配量。所述卫星通信终端的反向信道时隙分配期望除所述吞吐量限制外，还与在卫星反向信道资源分配中的公平性周期(若有设置)相关，即也可以将某个卫星通信终端的且前T次(例如4次)分配存在的反向信道时隙分配结余量携带到下一次分配时机中，使该某个卫星通信终端在下一次分配时机中的反向信道时隙分配期望值适当增大。所述传输服务名义速率为已知的固定值，而所述传输服务即时速率为动态的变化值，具体的，所述N个卫星通信终端中第n个卫星通信终端的传输服务即时速率按照如下公式计算得到：

式中，n表示不大于N的正整数，S

在所述步骤S4中，由于所述终端优先传输需求是指卫星通信终端的传输服务速率比率越小，越优先分配传输对应的数据，因此终端服务质量会改善越大，可以实现基于终端服务质量的反向信道资源分配目的。优选的，根据所述各种数据的反向信道时隙分配量、所述各个卫星通信终端的反向信道时隙最大允许分配量、所述各个卫星通信终端的传输服务速率比率和所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向传输所需时隙数量，确定满足终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量，包括但不限于有如下步骤S41～S43。

S41.将所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量初始化为零。

S42.根据所述各个卫星通信终端的传输服务速率比率，按照优先级别从高至低顺序且在同一优先级别内按照传输服务速率比率从小至大顺序依次遍历更新所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量：

G

式中，n表示不大于N的正整数，m表示不大于M的正整数，G

S43.若判定还有剩余的反向信道时隙，则按照优先级别从高至低顺序且在同一优先级别内按照传输服务速率比率从小至大顺序再依次遍历更新所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量：

式中，B

前述步骤S42即为基于传输服务速率比率从小至大顺序进行满足所述终端优先传输需求的信道资源分配方式。在前述步骤S42之后，可能由于以下原因依然有剩余信道资源：(1)已满足所有终端的反向传输需求；(2)终端的吞吐量限制；如果是第一个原因，由于积压数据报告信息是链路层(L2)和网络层(L3)的数据，并且媒体流数据和大型文件数据对延迟不敏感，因此可将剩余信道资源分配给Aloha信道使用，即不执行步骤S43；而如果是第二种情况，并且有至少一个卫星通信终端的反向传输需求未得到满足，则可允许临时性地打破吞吐量限制以有效使用频谱资源，即执行步骤S43，其中，所述步骤S43即为在基于所述第m种数据的反向信道时隙分配量进行反向信道时隙再分配时，基于传输服务速率比率从小至大顺序进行满足所述终端优先传输需求的信道资源分配方式，如此综合前述两种信道资源分配方式，可以确保得到的所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量能够满足所述终端优先传输需求。此外，若在步骤S43之后再次判定还有剩余的反向信道时隙，则可将反向信道时隙剩余量分配给Aloha信道使用。

S5.将所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量传送至卫星前向网关，以便再通过所述卫星前向网关及卫星前向链路广播传送至所述各个卫星通信终端。

前述步骤S5的具体实现过程已在前述应用场景中介绍，于此不再赘述。基于前述步骤S1～S5所述的卫星反向信道资源分配方法，本实施例还做了实际的软件实现与验证，得到了在如下表1所示测试场景下，如图6～9所示分配卫星反向信道资源的公平性结果。

表1.一个反向信道两个用户的测试场景信息表

此外，假定物理层编码封装不存在额外开销，即分配的反向信道资源在终端侧可以百分百地用于封装数据，并使用

由此基于前述步骤S1～S5所描述的卫星反向信道资源分配方法，提供了一种先基于数据优先级别再基于终端服务质量的两级分配方案，即在获取各个卫星通信终端在各种数据上的反向传输所需时隙数量后，先根据反向信道时隙待分配总量、所述各种数据的反向传输所需时隙总数量和与多个优先级别一一对应的多个预设权重值，确定满足级别优先传输需求的且所述各种数据的反向信道时隙分配量，然后再根据所述各种数据的反向信道时隙分配量、所述各个卫星通信终端的反向信道时隙最大允许分配量、所述各个卫星通信终端的传输服务速率比率和所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向传输所需时隙数量，确定满足终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量，最后通过前向广播方式将分配结果传送至所述各个卫星通信终端，如此可利用前一级分配解决终端优先级数据的发送公平性问题，利用后一级分配解决终端间数据的发送公平性问题，进而提高卫星反向信道资源的使用效率，便于实际应用和推广。

本实施例在前述第一方面的技术方案基础上，还提供了一种如何调整时隙组大小的可能设计一，即在确定满足终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量之后，所述方法还包括但不限于有：先根据可用时隙组大小、所述各个卫星通信终端的传输服务速率比率和所述各个卫星通信终端的反向传输所需时隙剩余数量以及反向信道时隙剩余数量，确定满足所述终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端的时隙组大小调整结果，其中，所述反向传输所需时隙剩余数量是指在所述M种数据上的反向传输所需时隙总数量与在所述M种数据上的反向信道时隙再分配总量的差值；然后将所述各个卫星通信终端的时隙组大小调整结果传送至卫星前向网关，以便再通过所述卫星前向网关及卫星前向链路广播传送至所述各个卫星通信终端。前述根据所述可用时隙组大小、所述各个卫星通信终端的传输服务速率比率和所述各个卫星通信终端的反向传输所需时隙剩余数量以及反向信道时隙剩余数量，确定满足所述终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端的时隙组大小调整结果的具体方式，可参照前述步骤S43推导得到，即按照传输服务速率比率从小至大顺序，当一个终端不存在反向传输所需时隙剩余数量时，将时隙组大小调整后的剩余资源依次分配给后续终端，并当所有终端都调整完毕后，若依然还存在剩余资源时，则再依次按照时隙组大小限制进行轮流分配，直到资源分配完毕，如此可以使物理层编码封装的物理帧通过采用特定大小的时隙组来进一步达成降低开销和提升传输效率的目的。

由此基于前述可能设计一，可以使物理层编码封装的物理帧通过采用特定大小的时隙组来进一步达成降低开销和提升传输效率的目的。

如图12所示，本实施例第二方面提供了一种实现第一方面或可能设计一所述的卫星反向信道资源分配方法的虚拟装置，布置在卫星反向网关中，包括有依次通信连接的时隙需求量获取模块、时隙需求总量计算模块、时隙分配模块、时隙再分配模块和分配结果传送模块；

所述时隙需求量获取模块，用于获取N个卫星通信终端中的各个卫星通信终端在M种数据中的各种数据上的反向传输所需时隙数量，其中，N表示正整数，M表示不小于2的正整数，所述M种数据与预设的M个优先级别一一对应，所述反向传输所需时隙数量与对应卫星通信终端准备反向传输对应数据的当前积压量正相关；

所述时隙需求总量计算模块，用于针对所述各种数据，累加所述各个卫星通信终端在对应数据上的反向传输所需时隙数量，得到对应的反向传输所需时隙总数量；

所述时隙分配模块，用于根据反向信道时隙待分配总量、所述各种数据的反向传输所需时隙总数量和与所述M个优先级别一一对应的M个预设权重值，确定满足级别优先传输需求的且所述各种数据的反向信道时隙分配量，其中，所述预设权重值与对应的优先级别正相关，所述级别优先传输需求是指优先级别越高，越优先传输对应的数据；

所述时隙再分配模块，用于根据所述各种数据的反向信道时隙分配量、所述各个卫星通信终端的反向信道时隙最大允许分配量、所述各个卫星通信终端的传输服务速率比率和所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向传输所需时隙数量，确定满足终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量，其中，所述反向信道时隙最大允许分配量与对应卫星通信终端的传输服务设置速率正相关，所述传输服务速率比率是指传输服务即时速率与传输服务名义速率的比值，所述终端优先传输需求是指卫星通信终端的传输服务速率比率越小，越优先分配传输对应的数据；

所述分配结果传送模块，用于将所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量传送至卫星前向网关，以便再通过所述卫星前向网关及卫星前向链路广播传送至所述各个卫星通信终端。

在一个可能设计中，还包括有分别通信连接所述时隙再分配模块和所述分配结果传送模块的时隙组调整模块；

所述时隙组调整模块，用于在确定满足终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端在所述各种数据上的反向信道时隙再分配量之后，根据可用时隙组大小、所述各个卫星通信终端的传输服务速率比率和所述各个卫星通信终端的反向传输所需时隙剩余数量以及反向信道时隙剩余数量，确定满足所述终端优先传输需求的且所述各个卫星通信终端的时隙组大小调整结果，其中，所述反向传输所需时隙剩余数量是指在所述M种数据上的反向传输所需时隙总数量与在所述M种数据上的反向信道时隙再分配总量的差值；

所述分配结果传送模块，还用于将所述各个卫星通信终端的时隙组大小调整结果传送至卫星前向网关，以便再通过所述卫星前向网关及卫星前向链路广播传送至所述各个卫星通信终端。

本实施例第二方面提供的前述装置的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或可能设计一所述的卫星反向信道资源分配方法，于此不再赘述。

如图1所示，本实施例第三方面提供了一种执行如第一方面或可能设计一所述的卫星反向信道资源分配方法的卫星通信系统，包括有服务器主机1、IP网关2、卫星前向网关3、卫星反向网关4、前向链路、反向链路和卫星通信终端7，其中，所述前向链路和所述反向链路分别包括通信卫星8；所述服务器主机1通过互联网络分别通信连接所述IP网关2，所述IP网关2分别通信连接所述卫星前向网关3和所述卫星反向网关4，所述卫星前向网关3通过所述前向链路向所述卫星通信终端7广播信息，所述卫星通信终端7通过所述反向链路向所述卫星反向网关4上传信息；所述卫星反向网关4，用于执行如第一方面或可能设计一所述的卫星反向信道资源分配方法。

本实施例第三方面提供的前述系统的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或可能设计一所述的卫星反向信道资源分配方法，于此不再赘述。

如图13所示，本实施例第四方面提供了一种执行如第一方面或可能设计一所述的卫星反向信道资源分配方法的计算机设备，包括有依次通信连接的存储器、处理器和收发器，其中，所述存储器用于存储计算机程序，所述收发器用于收发消息，所述处理器用于读取所述计算机程序，执行如第一方面或可能设计一所述的卫星反向信道资源分配方法。具体举例的，所述存储器可以但不限于包括随机存取存储器(Random-Access Memory，RAM)、只读存储器(Read-Only Memory，ROM)、闪存(Flash Memory)、先进先出存储器(FirstInput First Output，FIFO)和/或先进后出存储器(First Input Last Output，FILO)等等；所述处理器可以但不限于采用型号为STM32F105系列的微处理器。此外，所述计算机设备还可以但不限于包括有电源模块、显示屏和其它必要的部件。

本实施例第四方面提供的前述计算机设备的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见第一方面或可能设计一所述的卫星反向信道资源分配方法，于此不再赘述。

本实施例第五方面提供了一种存储包含如第一方面或可能设计一所述的卫星反向信道资源分配方法的指令的计算机可读存储介质，即所述计算机可读存储介质上存储有指令，当所述指令在计算机上运行时，执行如第一方面或可能设计一所述的卫星反向信道资源分配方法。其中，所述计算机可读存储介质是指存储数据的载体，可以但不限于包括软盘、光盘、硬盘、闪存、优盘和/或记忆棒(Memory Stick)等计算机可读存储介质，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络或者其他可编程装置。

本实施例第五方面提供的前述计算机可读存储介质的工作过程、工作细节和技术效果，可以参见如第一方面或可能设计一所述的卫星反向信道资源分配方法，于此不再赘述。

本实施例第六方面提供了一种包含指令的计算机程序产品，当所述指令在计算机上运行时，使所述计算机执行如第一方面或可能设计一所述的卫星反向信道资源分配方法。其中，所述计算机可以是通用计算机、专用计算机、计算机网络或者其他可编程装置。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。