一种星地一体化通信的自适应接入控制方法

技术领域

本发明涉及卫星通信领域中，尤其涉及一种星地一体化通信的自适应接入控制方法。

背景技术

宽带卫星通信技术，尤其多点波束卫星通信技术的不断发展，带来了各种多媒体业务与用户数量的增加，这就要求建立适应该类场景的星地一体化自适应接入控制技术，要求接入控制技术具有灵活和高效的特点，其中需要解决的主要问题就是星地资源的联合优化。在星地一体化的接入控制技术中，根据信道特性变化、误码性能要求、传输速率要求、接收信号信噪比要求等确定选择相应的编码调制方式。由于编码调制方式与QoS等级具有对应的关系，因此需要根据不同的QoS需求申请相应的带宽，同时应该具备如下条件：

(1)有足够的带宽能够接纳新的连接；

(2)新的连接带宽和时延等QoS要求能够得到保证；

(3)现有连接的QoS不被破坏而继续得到保证。

若新链路接入请求带宽小于系统可用剩余带宽，则该链路能以最大需求带宽获得服务；若新链路接入请求带宽大于系统可用剩余带宽或链路离开系统时，则重新计算系统效能函数，并允许动态地改变某些链路的QoS等级并重分配带宽，从而确保较高的链路接入成功率和系统带宽利用率。若有链路断开连接时，释放该链路占有的带宽，系统的可用带宽增加，则重新计算系统的效能函数，允许动态地改变某些链路的QoS等级并进行带宽重分配，确保系统具有较高的带宽利用率。为了更好地将进行资源优化配置，其所用的自适应接入控制体制算法具备快速，灵活的优化能力，本发明应用群智能优化算法进行多目标优化配置，实现了灵活的业务接入能力。

发明内容

本发明目的是提升星地一体化通信的自适应接入控制能力，提升资源与接入控制能力的适配性。本发明构建了自适应接入控制与QoS保证的适配流程，进一步在自适应接入控制体制编码组合选择中引入了群智能优化算法，利用该算法在收敛速度、稳定性上的特点，快速地收敛到全局最优解。

本发明公开了一种星地一体化通信的自适应接入控制方法，包括以下步骤：

S1，星地一体化通信信道中有新链路接入请求到达时，计算星地一体化通信系统的当前可用带宽值；

S2，若新链路接入的请求带宽小于等于星地一体化通信系统的当前可用带宽，转入步骤S3，否则转入步骤S4；

S3，计算新链路接入前后的星地一体化通信系统的群智能优化算法优化值，如果接入后系统优化值大于等于接入前优化值时，允许新链路的接入，并为新接入链路分配相应带宽，转入步骤S7，否则拒绝新链路的接入，转入步骤S7；

S4，计算新链路接入前后的星地一体化通信系统的群智能优化算法优化值，如果接入后系统优化值大于等于接入前优化值时，转入步骤S5，否则拒绝新链路的接入，转入步骤S7；

S5，如果请求接入的新链路的优先级低于或者等于已有接入链路的优先级，重新向新链路分配系统带宽后，允许其接入，再转入步骤S7，否则转入步骤S6；

S6，重新分配已有低优先级链路带宽给新接入链路，保持新接入链路带宽，而后允许新链路接入；

S7，完成星地一体化通信的自适应接入控制决策。

步骤S1中所述的计算星地一体化通信系统的群智能算法优化值，具体包括：

采用自适应接入控制体制编码组合参数，表征用户的QoS需求，用户的QoS需求具体包括对信道特性变化、误码性能要求、传输速率要求、功耗要求和接收信号信噪比等通信系统参数的QoS需求，基于群智能优化算法确定用户的调度策略、调节系数参数、重新分配资源策略等。基于群智能优化算法的归一化目标函数都独立于应用环境且共享一个通用的评价标准，所有终端用户均具有一个效能函数，终端用户的效能函数的表达式为：

其中，D

其中，g为星地一体化通信系统的优化目标函数，m为用户总数量，j表示第j个用户，1≤j≤m，U

所述的基于群智能优化算法确定用户的调度策略、调节系数参数、重新分配资源策略等，是利用粒子群算法对自适应接入控制体制的编码组合参数进行优选，其包含的具体步骤为：

S101，建立每个终端用户的归一化用户效能函数；

S102，获取需要优化的自适应接入控制体制的编码组合参数要求，即系统需求参数集合，包括信道特性变化、误码性能要求、传输速率要求、功耗要求和接收信号信噪比要求；

S103，对归一化用户效能函数配置相应的修正因子，用以代表不同的系统需求偏好，如对误码性能的要求、功耗要求等；

S104，初始化一组随机粒子，代表自适应接入控制体制编码参数组合，并对粒子的初始化位置与速度、自学习因子、社会学习因子、惯性权重、迭代次数等参数进行初始化；初始化完成后，根据初始化的参数进行迭代优化计算；

S105，根据各粒子的位置，计算对应的用户效能函数；种群中的每个粒子记录其个体极值点作为历史最好解；种群中找到全局极值点作为目前最好解；

S106，利用式(3)迭代更新粒子的速度和位置：

v

x

其中，第i个粒子在第k次迭代的速度为V

S107，判断是否到达迭代次数，如果达到，则转移到步骤S108，如果没有达到，转到步骤S105；

S108，群智能算法结束，输出种群目前最好解对应的各系统需求条件下用户的服务水平等级和修正因子，即用户的调度策略、调节系数参数、重新分配资源策略等。

本发明具有如下优点：

1.与现有技术相比，将星地一体通信资源利用方法引入其中，给出了一个简单清晰的星地一体通信系统的新链路接入流程，并基于该流程采用群智能优化算法，从而星地一体通信的自适应接入问题建模成为一个全局优化问题，提升了自适应接入控制能力，将环境与业务特点进行适配，提高了信道利用效率。

2.本发明中的群智能优化算法具有建模简单、优化速度快的特点，能够满足宽带卫星通信系统的业务接入调度方法的优化问题需求，提高了系统多用户接入的实时性。

附图说明

图1为星地一体化通信的自适应接入控制流程示意图；

图2为基于群智能优化算法的编码组合参数优选流程示意图。

具体实施方式

一种星地一体化通信的自适应接入控制方法，其流程示意图如图1所示，包括下列步骤：

S1，星地一体化通信信道中有新链路接入请求到达时，计算星地一体化通信系统的当前可用带宽值；

S2，若新链路接入的请求带宽小于等于星地一体化通信系统可用带宽，转入步骤S3，否则转入步骤S4；

S3，计算新链路接入前后的星地一体化通信系统的群智能优化算法优化值，如果接入后系统优化值大于等于接入前优化值时，允许新链路的接入，并为新接入链路分配相应带宽，转入步骤S7，否则拒绝新链路的接入，转入步骤S7；

S4，计算新链路接入前后的星地一体化通信系统的群智能优化算法优化值，如果接入后系统优化值大于等于接入前优化值时，转入步骤S5，否则拒绝新链路的接入，转入步骤S7；

S5，如果请求接入的新链路的优先级低于或者等于已有接入链路的优先级，重新向新链路分配系统带宽后，允许其接入，再转入步骤S7，否则转入步骤S6；

S6，重新分配已有低优先级链路带宽给新接入链路，保持新接入链路带宽，而后允许新链路接入；

S7，完成星地一体化通信的自适应接入控制决策。

步骤S1中所述的计算星地一体化通信系统的当前群智能算法优化值，具体包括：

采用自适应接入控制体制编码组合参数，表征用户的QoS需求，用户的QoS需求具体包括对信道特性变化、误码性能要求、传输速率要求、功耗要求和接收信号信噪比等通信系统参数的QoS需求，基于群智能优化算法确定用户的调度策略、调节系数参数、重新分配资源策略等。基于群智能优化算法的归一化目标函数都独立于应用环境且共享一个通用的评价标准，所有终端用户均具有一个效能函数。终端用户的效能函数的表达式为：

其中，D

其中，g为星地一体化通信系统的优化目标函数，m为用户总数量，j表示第j个用户，1≤j≤m，U

所述的基于群智能优化算法确定用户的调度策略、调节系数参数、重新分配资源策略等，是利用粒子群算法对自适应接入控制体制的编码组合参数进行优选，基于群智能优化算法的编码组合参数优选流程示意图如图2所示，其包含的具体步骤为：

S101，建立每个终端用户的归一化用户效能函数；

S102，获取需要优化的自适应接入控制体制的编码组合参数要求，即系统需求参数集合，包括信道特性变化、误码性能要求、传输速率要求、功耗要求和接收信号信噪比要求；

S103，对归一化用户效能函数配置相应的修正因子，用以代表不同的系统需求偏好，如对误码性能的要求、功耗要求等；

S104，初始化一组随机粒子，代表需要的自适应接入控制体制编码参数组合，并对粒子的初始化位置与速度、自学习因子、社会学习因子、惯性权重、迭代次数等参数进行初始化；初始化完成后，根据初始化的参数进行迭代优化计算；

S105，根据各粒子的位置，计算对应的用户效能函数；种群中的每个粒子记录其个体极值点作为历史最好解；种群找到全局极值点作为目前最好解；

S106，利用式(3)迭代更新粒子的速度和位置：

v

x

其中，粒子的初始化速度为V

S107，判断是否到达迭代次数，如果达到，则转移到步骤S108，如果没有达到，转到步骤S105；

S108，群智能算法结束，输出种群目前最好解对应的各系统需求条件下用户的服务水平等级和修正因子，即用户的调度策略、调节系数参数、重新分配资源策略等。

以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请；对于本领域技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化；凡在本申请的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的权利要求范围之内。