專利名稱：一種衛星通信系統的資源分配方法
技術領域：
本發明屬于衛星通信技術領域，涉及一種衛星通信系統的資源分配方法，同時還涉及一種衛星通信系統中主站與衛星終端間的資源分配方法。
背景技術：
衛星通信相較其他通信技術具有獨特的優勢，尤其是其不受地理環境、位置距離等因素的影響。目前衛星通信技術迅猛發展，大容量寬帶通信衛星的出現使得衛星通信承載各種多媒體業務成為可能。隨著衛星通信的廣泛應用，其組網規模不斷擴大，接入衛星通信系統的終端數量也在不斷增加。以往的衛星通信系統在資源分配方面無法對所承載的分組業務進行詳細的區分，尤其在終端數量龐大的情況下，不能依據不同終端不同業務類型完成無線資源的分配，在資源分配的過程中不能體現QoS保障過程，缺乏對實時性業務傳輸的嚴格控制。
發明內容
本發明的技術解決問題是為了保障大規模衛星終端資源分配的高效性與有效性，本發明提供了一種衛星通信系統的資源分配方法，本方法在將衛星接入部分接入3G核心網后，采用3G核心網成熟設備為衛星通信系統提供業務QoS保障策略，對衛星接入部分不同類型的業務與信令進行資源分配提高了衛星無線資源的利用率，保證了該衛星通信系統承載業務的實時性保障。本發明的技術解決方案是本發明所述資源分配方法包括以下步驟(I)所述SGSN根據被附著的衛星終端的業務申請，向主站發送業務資源請求，并轉入步驟(2);(2)所述主站根據業務資源請求確定被附著的衛星終端的業務申請所述的業務資源；若所述主站的能夠滿足該所述業務資源，則轉入步驟(3)，否則通知所述SGSN重新根據所述業務申請發送業務資源請求；(3)所述主站接收所述SGSN根據所述業務資源發送的數據；并對所述數據進行分離獲得無線連接信令隊列、分組業務隊列和分組業務連接信令隊列；(4)所述主站按照無線連接信令優于分組業務連接信令優于分組業務的順序向所述衛星終端發送無線連接信令隊列、分組業務隊列或分組業務連接信令隊列。進一步的，在上述資源分配方法中，所述業務資源請求由所述SGSN通過RAB分配請求信令發送到所述主站，進一步的，在上述資源分配方法中，所述主站根據業務資源請求的業務類型、業務速率以及業務的QoS信息確定所述業務資源。進一步的，在上述資源分配方法中，被附著的衛星終端在完成向所述3G核心網的附著前，所述主站將所述3G核心網向所述衛星終端發送的附著信令添加于所述分組業務連接信令隊列中。進一步的，在上述資源分配方法中，所述主站為每個被附著的衛星終端維持一個用于保持連接，并抵御突發流量的靜態資源。在上述衛星通信系統中主站向衛星終端的資源分配方法，包括以下步驟衛星終端將與主站間用于維持無線連接的信令、接收到的分組數據以及與所述3G間用于維持分組連接的信令分別加入無線連接信令隊列、分組業務隊列和分組連接信令隊列，同時向主站發送資源請求信令；所述主站根據所述衛星終端的資源請求信令確定時隙資源；所述衛星終端根據所述主站確定的時隙資源向所述主站發送無線連接信令隊列、分組業務隊列和分組連接信令隊列。 進一步的，在上述主站向衛星終端的資源分配方法中，所述主站若無法在接收到衛星終端的資源請求信令時確定時隙資源，則在等待系統設定時間后，重新根據所述資源請求信令確定時隙資源。進一步的，在上述主站向衛星終端的資源分配方法中，所述時隙資源由所述主站通過突發計劃時間信令傳輸到所述衛星終端。進一步的，在上述主站向衛星終端的資源分配方法中，所述衛星終端利用回傳業務突發包向所述主站發送無線連接信令隊列、分組業務隊列和分組連接信令隊列，其中無線連接信令隊列填充于所述回傳業務突發包的信令部分；所述分組業務隊列和所述分組連接信令隊列按照維持無線連接的信令優于分組業務的順序填充于所述回傳業務突發包的數據部分。本發明與現有技術相比具有如下優點(I)本發明可有效提高所承載業務的實時性保障。本發明采用資源分配方法與承載業務的QoS特性相結合的方法，3G核心網為所承載的業務提供QoS策略，主站依據所獲取的QoS策略將不同的分組業務映射至不同的QoS特性隊列中，在分配資源時，根據不同的調度優先級為分組業務分配資源，以達到核心網所配置的QoS要求。這種資源分配方法以業務QoS特性為基礎，資源分配方案更加符合業務傳輸要求，可有效降低高實時性業務的傳輸時延與時延抖動，提高實時性業務的傳輸保障。(2)本發明可減少衛星通信系統資源過載情況的發生。本發明采用依據系統當前資源情況準入業務接入，在主站獲取QoS參數時，首先依據申請業務的業務資源請求，查看底層無線資源是否足夠，如果資源不足，則不接入此業務，通過這種機制，可以防止在資源受限的情況下接入新的申請業務，導致系統突發流量過大，影響已承載業務的傳輸。(3)本發明可完成大規模衛星終端的資源分配任務。目前衛星通信系統需要接入的衛星終端數量不斷增加，資源分配的處理能力與資源的高效利用是考驗一個衛星通信系統的重要指標，本發明所提資源分配方法采用信令與業務分離的調度方法，依據3G核心網的QoS策略為不同業務分配時隙資源，可有效提高衛星無線資源的利用率，避免出現由于過多接入衛星終端爭搶資源而引起的系統崩潰。
圖I為衛星通信系統示意圖2為主站前向鏈路資源分配方法流程；圖3為衛星終端回傳鏈路資源分配方法流程。
具體實施例方式下面就結合附圖對本發明做進一步介紹。如圖I所示為本發明中接入3G核心網的衛星通信系統組成，在圖I中，本系統由兩部分組成，一部分為衛星接入部分包括衛星終端、主站、衛星；一部分為3G核心網設備包括SGSN(服務GPRS支持節點；GPRS :通用無線分組業務)、GGSN(GGSN :網關GPRS支持節點),HLR(HLR :本地位置寄存器)。其中衛星通信系統，主站到衛星終端的前向鏈路采用TDM體制，衛星終端到主站的回傳鏈路采用MF-TDMA體制，每個衛星終端后接一個局域網，用來為局域網中的用戶提供接入分組業務。對于3G核心網設備，SGSN與主站之間采用Iu接口、SGSN與GGSN之間采用Gn接口、SGSN與HLR之間采用Gr接口、GGSN與HLR之間采用Ge接口、GGSN可通過Gi接口后接因特網、通過Gp接口后接PLMN網絡。衛星終端可通過接入主站 獲得無線信道資源，建立無線連接，衛星終端通過接入3G核心網中，進行鑒權、加密、認證，3G核心網為衛星終端分配業務信道，建立業務連接，并對會話過程進行控制，提供QoS與計費功能。本發明的資源分配方法涉及兩個部分(I)主站前向鏈路部分主站前向鏈路資源分配方法流程如下圖2所示主站與衛星終端成功建立無線連接后，衛星終端進入附著過程，衛星終端進入SYNC(同步)狀態，此時觸發主站為每個進入附著過程的衛星終端分配一較小資源(量級為幾K bit/s)，此較小資源用于分配給附著過程中傳輸附著信令所需的時隙資源，此較小資源大小等于整個附著過程中所有信令大小的最大值或由主站動態資源分配獲得，并由終端突發計劃時間信令下發至各個衛星終端。主站將前向發送的附著信令映射至系統三種承載隊列中的一種，即承載維持分組業務連接信令的隊列申，將保持無線連接的信令映射至承載維持無線連接信令的隊列中，主站發送信令時，附著信令的調度優先級低于維持無線連接信令的調度優先級，在每一個發送周期中，維持無線連接的信令優先獲得時隙資源。當附著過程結束后，衛星終端進入附著狀態，此時觸發主站將分配給附著信令的較小資源撤銷，主站為衛星終端維持一個CRA資源分配，此CRA資源目的為使系統保持一種連接狀態，并抵御突發流量，衛星終端進入業務申請過程，主站為衛星終端業務申請信令分配資源采用動態資源分配方式。當衛星終端向SGSN申請分組業務連接后，SGSN向主站發送RAB(無線接入承載，Radio Access Bearer)分配請求信令作為業務資源請求,主站依據接收到的信令建立RAB,完成RAB配置，提取信令中有關QoS配置信息，其中的QoS配置信息由GGSN依據申請業務信令生成，包括業務類型、速率等。主站依據提取出的QoS信息參數計算出此分組業務所需無線資源容量，主站根據計算分組業務所需資源情況進行準入控制，主站判斷目前網絡資源情況是否能夠滿足此業務接入，如果資源足夠，則準入接入，如不足，則通知所述SGSN進入QoS協商過程重新根據所述業務申請發送業務資源請求。QoS協商過程為，如果資源不足，主站通過發送RAB分配回應信令來告訴SGSN本次指配RAB失敗，并將失敗原因參數寫入此回應信令中，SGSN收到失敗消息后，將根據失敗原因降低申請業務的QoS要求，依據新的QoS要求發起新的RAB指配過程。在經過上述的準入控制之后，主站將接收到的數據按類型進行分離，該分類過程可通過包過濾器實現，通過包過濾器首先將信令與業務分離，信令由信令隊列承載，業務由業務隊列承載，包過濾器將不同QoS特性的分組業務映射至不同的承載隊列中。包過濾器對分組業務數據的過濾參數為IP五元組源目的IP地址、源目的端口號和協議類型。IP五元組與業務QoS特性的對應關系存在于核心網向主站傳遞的QoS信息中。所述信令隊列包括用于承載主站和衛星終端之間無線連接信令的無線連接信令隊列和用于承載衛星終端、主站和3G核心網間分組業務連接信令的分組業務連接信令隊列，所述業務隊列包括分組業務隊列，分組業務隊列在主站中不唯一，不同的分組業務隊列具有不同的QoS特性，其接受調度的概率不同，用以保持分組業務的QoS要求，其調度優先級比信令隊列的優先級低。在主站的每一次發送周期中，對維持主站與衛星終端之間無線連接的信令采用周
期性調度的策略，并具有最高的調度優先級，對于維持主站、衛星終端與核心網之間的分組業務連接的信令，將與分組業務一起在每個調度周期中按照優先級次序進行調度。對于維持分組業務連接的信令和分組業務兩者之間的調度，按照優先級次序進行調度，其中分組業務連接信令的優先級將高于所有分組業務的優先級，在每個調度周期中，將優先獲得調度，對于所有分組業務將采用實時性調度算法在為隊列中的信令與分組業務分配資源時，主站將周期性的為維持主站與衛星終端之間無線連接的信令分配時隙，在此周期中，時隙資源將首先滿足維持無線連接的信令，當所有有關無線連接的信令發送完畢之后，再為其他信令與分組業務分配時隙資源，對于與分組業務連接有關的信令和分組業務數據，在主站的每一個發送周期中，將優先滿足分組業務連接有關信令的時隙資源，當分組業務連接有關信令發送完畢或目前暫無此類信令時，主站為所承載的分組業務數據分配時隙資源，分組業務數據之間依照調度結果，并且在發送周期內時隙資源足夠的情況下，為分組業務分配時隙資源，獲得資源的數據組成前向數據流，由主站發出。衛星終端回傳鏈路部分衛星終端回傳鏈路資源分配方法流程如下圖3所示衛星終端進入SYNC(同時)狀態，即主站與衛星終端之間無線鏈路建立之后，衛星終端接收主站發送的終端突發計劃時間信令，信令中包含主站為每一進入附著過程的衛星終端分配的用于傳輸附著信令的時隙資源，此資源為一較小時隙的靜態資源(量級為幾Kbit/s)，維持無線連接信令的資源分配由主站規劃獲得，并從終端突發計劃時間信令中獲取。衛星終端完成附著過程后，衛星終端進入業務連接過程，衛星終端將通過資源請求信令向主站請求資源，所請求得到的資源由主站發送終端突發計劃時間信令通知，用來分配給建立業務連接的信令，維持無線連接信令的資源由主站規劃，并同樣由終端突發計劃時間信令下發。在分組業務連接建立之后，衛星終端將接收到的數據送入衛星終端的包過濾器，通過包過濾器首先將信令與業務分離，信令由信令隊列承載，業務則由業務隊列承載，包過濾器將不同QoS特性的分組業務映射至不同的承載隊列中，共有三種類型的承載隊列，SP無線連接信令隊列、分組業務隊列和分組連接信令隊列，同時向主站發送資源請求信令。
衛星終端通過向主站發送攜帶資源需求參數的資源請求信令，請求主站為衛星終端分配時隙資源，資源請求信令請求時隙資源包括維持分組業務連接的信令時隙資源與分組業務時隙資源，兩者時隙資源的分配量要視主站當前時隙資源分配情況而定，如果此次分配無法滿足衛星終端必須的維持無線連接的信令時隙資源，則此次請求在主站中進入排隊，等待系統設定時間后重新分配。如果資源滿足，主站將資源請求信令資源請求的分配結果寫入終端突發計劃時間信令中，并將其發送給衛星終端，衛星終端接收到終端突發計劃時間信令后，提取獲得的資源參數。對于衛星終端信令所需資源，由主站規劃衛星終端信令發送所需時隙，并將規劃結果寫入終端突發計劃時間信令中，衛星終端對三種隊列的調度策略采用下述方法對承載維持無線連接信令的隊列，在衛星終端的每一次發送時刻將其填入回傳突發包的信令部分中；對于承載維持分組業務連接信令的隊列和分組業務的隊列，采用按優先級調度的策略，并將其填入回傳突發包的業務部分中，其中維持分組業務連接信令的優先級高于分組業務的優先級；對于分組業務的調度，對不同QoS特性的分組業務采用實時性調度算法進行調度。實時性調度算法是綜合考慮QoS參數、隊列狀態參數的情況下，獲得隊列調度優 先級的算法，其中需要綜合考慮的參數包括業務所支持的最大比特速率、業務在調度周期內所獲得的平均數據率、業務分組隊列列首的等待時間、業務分組的傳輸時延和丟包率界限，在每一個調度周期之前，需綜合比較上述參數，用以獲得分組業務調度優先級，以達到良好的調度效果與傳輸業務性能。衛星終端回傳突發包由兩部分組成，其中前部分用于傳輸信令，后部分為用于傳輸業務的回傳業務突發包，在資源分配中，維持無線連接信令按照主站規劃獲取時隙資源，并將其按規劃寫入衛星終端回傳突發包中用于傳輸信令的部分，通過資源請求信令申請得到的資源分配給用于維持分組業務連接信令與分組業務的傳輸中，時隙資源將優先滿足維持分組業務連接的信令，并將信令寫入衛星終端回傳突發包的信令部分，在滿足信令之后，將剩余時隙資源分配給分組業務，并將其寫入衛星終端回傳業務突發包中。在業務連接過程中，主站為衛星終端分配時隙資源方法采用動態資源分配的方式，其中包括CRA (固定速率分配)、RBDA (基于速率的動態容量)、VBDC (基于通信量的動態容量)、FCA (自由容量分配)等分配方式，主站根據衛星終端的資源請求方式，采用上述方式中的一種或幾種方法進行資源分配。本發明可為接入3G核心網的衛星通信系統提供高效合理的資源分配方法，使衛星通信的資源分配機制與核心網的會話管理控制功能相融合，衛星通信系統承載的業務依據不同的QoS保障參數，獲取不同級別的資源保障，可有效保障實時性較高業務與系統信令的傳輸，提高衛星通信系統的性能與用戶業務體驗。本發明未詳細說明部分屬本領域技術人員公知常識。
權利要求
1.一種衛星通信系統的資源分配方法，所述衛星通信系統包括衛星連接部分和3G核心網，所述衛星連接部分包括用于連接局域網的衛星終端、用于管理衛星終端的主站，以及用于實現衛星終端與主站通信的衛星，所述3G核心網包括SGSN，所述SGSN與所述主站相連，其特征在于 (1)所述SGSN根據被附著的衛星終端的業務申請，向主站發送業務資源請求，并轉入步驟⑵； (2)所述主站根據業務資源請求確定被附著的衛星終端的業務申請所述的業務資源；若所述主站的能夠滿足該所述業務資源，則轉入步驟(3)，否則通知所述SGSN重新根據所述業務申請發送業務資源請求； (3)所述主站接收所述SGSN根據所述業務資源發送的數據；并對所述數據進行分離獲得無線連接信令隊列、分組業務隊列和分組業務連接信令隊列； (4)所述主站按照無線連接信令優于分組業務連接信令優于分組業務的順序向所述衛星終端發送無線連接信令隊列、分組業務隊列或分組業務連接信令隊列。
2.如權利要求I所述的一種衛星通信系統的資源分配方法，其特征在于所述業務資源請求由所述SGSN通過RAB分配請求信令發送到所述主站。
3.如權利要求I所述的一種衛星通信系統的資源分配方法，其特征在于所述主站根據業務資源請求的業務類型、業務速率以及業務的QoS信息確定所述業務資源。
4.如權利要求I所述的一種衛星通信系統的資源分配方法，其特征在于被附著的衛星終端在完成向所述3G核心網的附著前，所述主站將所述3G核心網向所述衛星終端發送的附著信令添加于所述分組業務連接信令隊列中。
5.如權利要求I所述的一種衛星通信系統的資源分配方法，其特征在于所述主站為每個被附著的衛星終端維持一個用于保持連接，并抵御突發流量的靜態資源。
6.一種衛星通信系統中主站向衛星終端的資源分配方法，其特征在于 衛星終端將與主站間用于維持無線連接的信令、接收到的分組數據以及與所述3G間用于維持分組連接的信令分別加入無線連接信令隊列、分組業務隊列和分組連接信令隊列，同時向主站發送資源請求信令； 所述主站根據所述衛星終端的資源請求信令確定時隙資源； 所述衛星終端根據所述主站確定的時隙資源向所述主站發送無線連接信令隊列、分組業務隊列和分組連接信令隊列。
7.如權利要求6所述的一種衛星通信系統的中主站向衛星終端的資源分配方法，其特征在于所述主站若無法在接收到衛星終端的資源請求信令時確定時隙資源，則在等待系統設定時間后，重新根據所述資源請求信令確定時隙資源。
8.如權利要求6或7所述的一種衛星通信系統的中主站向衛星終端的資源分配方法，其特征在于所述時隙資源由所述主站通過突發計劃時間信令傳輸到所述衛星終端。
9.如權利要求6所述的一種衛星通信系統的中主站向衛星終端的資源分配方法，其特征在于所述衛星終端利用回傳業務突發包向所述主站發送無線連接信令隊列、分組業務隊列和分組連接信令隊列，其中無線連接信令隊列填充于所述回傳業務突發包的信令部分；所述分組業務隊列和所述分組連接信令隊列按照維持無線連接的信令優于分組業務的順序填充于所述回傳業務突發包的數據部分。
全文摘要
本發明公開了一種衛星通信系統的資源分配方法，包括以下步驟SGSN根據被附著的衛星終端的業務申請的步驟；主站根據業務資源請求確定被附著的衛星終端的業務申請的業務資源的步驟；主站接收SGSN根據業務資源發送的數據的步驟。同時本發明還提供了一種衛星通信系統中主站向衛星終端的資源分配方法，包括以下步驟衛星終端向主站發送資源請求信令的步驟；主站根據衛星終端的資源請求信令確定時隙資源的步驟；衛星終端根據主站確定的時隙資源主站發送數據的步驟。本方法采用3G核心網成熟設備為衛星通信系統提供業務QoS保障策略，對不同類型的業務與信令進行資源分配提高了衛星無線資源的利用率，保證了該衛星通信系統承載業務的實時性保障。
文檔編號H04W84/06GK102883374SQ201210388489
公開日2013年1月16日 申請日期2012年10月15日 優先權日2012年10月15日
發明者劉海客, 鄒光南, 石云, 張華健, 王海濤 申請人:航天恒星科技有限公司