基于圖論的衛(wèi)星異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源分配方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及衛(wèi)星通信系統(tǒng)資源分配技術(shù)領(lǐng)域，具體而言設(shè)及一種基于圖論的衛(wèi)星 異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源分配方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 近年來，衛(wèi)星通信發(fā)展迅猛，新的業(yè)務(wù)形式不斷出現(xiàn)，為用戶提供多種業(yè)務(wù)的服務(wù) 是未來衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的重要發(fā)展方向。由于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的頻譜、功率等資源是受到限制的， 為解決有限的資源與不斷增長(zhǎng)的用戶需求之間的矛盾，同時(shí)考慮到用戶特殊的業(yè)務(wù)種類、 通信環(huán)境等因素，就需要對(duì)現(xiàn)有的資源進(jìn)行合理有效的分配。資源分配就是將頻譜、發(fā)送功 率W及發(fā)送時(shí)刻等無線資源分配到申請(qǐng)的用戶。衛(wèi)星通信中的資源分配的目標(biāo)就是利用有 限的頻率和功率等資源，在保證波束覆蓋和服務(wù)質(zhì)量的前提下，滿足更多用戶需求，W實(shí)現(xiàn) 資源利用和用戶滿意程度之間的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)資源分配。
[0003] 目前關(guān)于資源分配策略的研究有很多，主要有基于隊(duì)列調(diào)度和基于完全共享兩類 分配策略。
[0004] (1)基于隊(duì)列調(diào)度的分配策略。該類分配策略是將申請(qǐng)用戶發(fā)送的資源請(qǐng)求信息 按照業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)等規(guī)則進(jìn)行分類和排隊(duì)，再按照某一調(diào)度規(guī)則從隊(duì)列中逐個(gè)為用戶分配資 源。比如最簡(jiǎn)單的先入先出（FIFO)方式，即對(duì)所有的用戶請(qǐng)求根據(jù)一定準(zhǔn)則統(tǒng)一進(jìn)行FIFO 隊(duì)列排隊(duì)，并逐個(gè)進(jìn)行分配。該方法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但不考慮業(yè)務(wù)類型等因素，在高負(fù)載、擁塞等 情況下并不能保證實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量。
[0005] (2)基于完全共享的分配策略。該策略的基本思想是同時(shí)處理一個(gè)分配周期內(nèi)的 所有用戶的資源請(qǐng)求，按照所用的分配策略或算法將該分配周期內(nèi)可用資源分配給所有用 戶。比如常見的按比例分配方法，系統(tǒng)根據(jù)用戶申請(qǐng)的資源數(shù)量占總申請(qǐng)數(shù)的比例來分配 可用資源，實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，但沒有區(qū)分業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)和業(yè)務(wù)類別，當(dāng)某些用戶資源申請(qǐng)過多時(shí)會(huì)導(dǎo) 致分配的不公平。動(dòng)態(tài)資源管理目標(biāo)是如何在系統(tǒng)資源利用率和用戶QoS之間達(dá)到平衡，而 認(rèn)知衛(wèi)星通信系統(tǒng)中認(rèn)知用戶要在復(fù)雜的異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中機(jī)會(huì)式地接入最優(yōu)網(wǎng)絡(luò)，利用可用資 源，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)組網(wǎng)，所W認(rèn)知衛(wèi)星通信中的資源分配問題實(shí)質(zhì)上是一種動(dòng)態(tài)資源管理問 題。
[0006] 現(xiàn)有技術(shù)中，Ramanathan S/'A unified framework and algorthm for channel assignment in wieless network" (Wireless 化tworks. 19955(2) :81-94)-文中提到一 種相對(duì)成熟的資源分配模型一一圖論，但是僅僅用于傳統(tǒng)移動(dòng)通信中的小區(qū)域蜂窩規(guī)劃和 信道支配。而沒有用于研究認(rèn)知衛(wèi)星通信。Wei .Wang,Xin.Liu. "List-Coloring Based Channel Allocation for Open-Spectrum Wireless Networks''（Proceedings of The 6化d IE邸 Vehicular I'echnology Conference 2005,1:690-694) -文中作者提出了列表 著色法，只考慮了不同認(rèn)知用戶之間的相互干擾問題，追求分配網(wǎng)絡(luò)的最大化，而沒有充分 考慮各認(rèn)知用戶的業(yè)務(wù)類型和認(rèn)知用戶使用不同網(wǎng)絡(luò)所獲得的收益不同。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 本發(fā)明目的在于:在充分考慮了資源申請(qǐng)量、業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的變動(dòng)性、網(wǎng) 絡(luò)類型、負(fù)載條件等的影響的基礎(chǔ)上，提供一種基于圖論的衛(wèi)星異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源分配方法，W 提高衛(wèi)星異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的資源利用效率和系統(tǒng)收益。
[0008] 本發(fā)明的上述目的通過獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征實(shí)現(xiàn)，從屬權(quán)利要求W另選或有 利的方式發(fā)展獨(dú)立權(quán)利要求的技術(shù)特征。
[0009] 為達(dá)成上述目的，本發(fā)明提出一種基于圖論的衛(wèi)星異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)資源分配方法，包括 W下步驟：
[0010] 步驟1、基于申請(qǐng)用戶的業(yè)務(wù)分級(jí)對(duì)不同優(yōu)先級(jí)的用戶進(jìn)行分組；
[0011] 步驟2、在基于優(yōu)先級(jí)分組的基礎(chǔ)上參考業(yè)務(wù)偏好進(jìn)行資源分配，具體地是根據(jù)節(jié) 點(diǎn)的連接數(shù)進(jìn)行分配，節(jié)點(diǎn)連接數(shù)表示與自己具有相同可用網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)數(shù)量。
[0012] 進(jìn)一步的實(shí)施例中，所述步驟2中，前述的資源分配過程包括：
[0013] 首先，計(jì)算各個(gè)節(jié)點(diǎn)的連接數(shù)，根據(jù)連接數(shù)的大小關(guān)系按照從小到大的順序?qū)?jié) 點(diǎn)進(jìn)行分配，如果連接數(shù)相同，則對(duì)相同連接數(shù)的節(jié)點(diǎn)中優(yōu)先級(jí)高的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分配，如果優(yōu) 先級(jí)相同則隨機(jī)分配，其中優(yōu)先級(jí)的確定根據(jù)業(yè)務(wù)類型、資源申請(qǐng)量確定；
[0014] 在分配過程中，分配矩陣受到干擾矩陣的約束，即、對(duì)于Cn,k,m=l，滿足 a,、,n?戰(zhàn)k.m = H、k 名 N，m < M .
[001引則其目標(biāo)函數(shù)為：
[0017]其中，Cn,k,m表示認(rèn)知用戶n，k在同時(shí)使用衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)m時(shí)會(huì)彼此產(chǎn)生的干擾屬性， Cn,k,m=l表示認(rèn)知用戶n和k同時(shí)使用網(wǎng)絡(luò)m會(huì)產(chǎn)生相互干擾或超過網(wǎng)絡(luò)負(fù)載界限影響授權(quán) 用戶通信，N表示認(rèn)知用戶的數(shù)量，M表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量;an,m表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)m成功分配給認(rèn) 知用戶n的屬性，an,m=l表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)m成功分配給認(rèn)知用戶n，an,m = 0表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)m不分 配給認(rèn)知用戶n;ak,m表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)m成功分配給認(rèn)知用戶k的屬性，ak,m=l表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)m成 功分配給認(rèn)知用戶k，an, m=0表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)m不分配給認(rèn)知用戶k;
[001引分配后，更新節(jié)點(diǎn)可用網(wǎng)絡(luò)列表L= { Um I UmE {0，U }nxM和節(jié)點(diǎn)顏色列表A= u,m an,mE{0, U }nxM，如果所有節(jié)點(diǎn)無可用顏色，則退出分配，否則繼續(xù)分配;前述節(jié)點(diǎn)可用網(wǎng) 絡(luò)列表L的公式中，Um表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)m對(duì)于認(rèn)知用戶n的可用屬性，Um= 1表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)m對(duì) 于認(rèn)知用戶n是可用的，In,m = 0表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)m對(duì)于認(rèn)知用戶n是不可用的，N表示認(rèn)知用戶 的數(shù)量，M表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量;前述節(jié)點(diǎn)顏色列表A的公式中，an,m表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)m成功分配 給認(rèn)知用戶n的屬性，an,m=l表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)m成功分配給認(rèn)知用戶n，an,m=0表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)m 不分配給認(rèn)知用戶n，N表示認(rèn)知用戶的數(shù)量，M表示衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的數(shù)量。
[0019] 進(jìn)一步的實(shí)施例中，在前述的節(jié)點(diǎn)分配過程中，認(rèn)知用戶之間存在干擾由干擾矩 陣決定，當(dāng)且僅當(dāng)Cn,k,m=l時(shí)，兩個(gè)認(rèn)知用戶m，k之間存在一條顏色為m的邊，即對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星 網(wǎng)絡(luò)m，此時(shí)兩個(gè)認(rèn)知用戶不能同時(shí)選擇衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)m。
[0020] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)在于：（1)將圖論適用領(lǐng)域擴(kuò)展到衛(wèi)星通信； (2)充分考慮資源申請(qǐng)量、業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)、網(wǎng)絡(luò)負(fù)載的變動(dòng)性、網(wǎng)絡(luò)類型、負(fù)載條件等的影響， 針對(duì)不同優(yōu)先級(jí)、不同業(yè)務(wù)偏好，提出了提高衛(wèi)星異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的資源利用效率和系統(tǒng)收益的 方法。
[0021] 應(yīng)當(dāng)理解，前述構(gòu)思W及在下面更加詳細(xì)地描述的額外構(gòu)思的所有組合只要在運(yùn) 樣的構(gòu)思不相互矛盾的情況下都可W被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。另外，所要求保 護(hù)的主題的所有組合都被視為本公開的發(fā)明主題的一部分。
[0022] 結(jié)合附圖從下面的描述中可W更加全面地理解本發(fā)明教導(dǎo)的前述和其他方面、實(shí) 施例和特征。本發(fā)明的其他附加方面例如示例性實(shí)施方式的特征和/或有益效果將在下面 的描述中顯見，或通過根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的【具體實(shí)施方式】的實(shí)踐中得知。
【附圖說明】
[0023] 附圖不意在按比例繪制。在附圖中，在各個(gè)圖中示出的每個(gè)相同或近似相同的組 成部分可W用相同的標(biāo)號(hào)表示。為了清晰起見，在每個(gè)圖中，并非每個(gè)組成部分均被標(biāo)記。 現(xiàn)在，將通過例子并參考附圖來描述本發(fā)明的各個(gè)方面的實(shí)施例，其中：
[0024] 圖1為本發(fā)明的認(rèn)知衛(wèi)星通信系統(tǒng)的模型示意圖。
[0025] 圖2為圖論算法的一般原理示意圖。
[0026] 圖3為本發(fā)明的分組方法的流程圖。
[0027] 圖4為本發(fā)明的最大收益分配方法的流程圖。
[0028] 圖5為本發(fā)明與貪婪、分組貪婪算法在同型網(wǎng)絡(luò)下