一種MF-T D MA衛(wèi)星通信系統(tǒng)信道資源分配方法

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所 黃先超

一種MF-T D MA衛(wèi)星通信系統(tǒng)信道資源分配方法

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所 黃先超

針對(duì)多頻時(shí)分多址（MF-TDMA）衛(wèi)星通信系統(tǒng)信道資源分配和使用的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了分類資源申請(qǐng)、中心站內(nèi)信道資源系統(tǒng)級(jí)的一次分配和業(yè)務(wù)站內(nèi)部的二次分配方法，給出了非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)均衡分配規(guī)則。該控制方法簡(jiǎn)單易于實(shí)現(xiàn)、擴(kuò)展能力強(qiáng)、可靈活適應(yīng)各種應(yīng)用需求。

MF-TDMA；分類資源申請(qǐng)；一次分配；二次分配

0 引言

MF-TDMA（多頻時(shí)分多址）衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一種采用頻分和時(shí)分相結(jié)合的二維多址方式進(jìn)行組網(wǎng)通信的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，綜合業(yè)務(wù)接入能力是其顯著特點(diǎn)之一，但綜合業(yè)務(wù)的接入也引入了各業(yè)務(wù)對(duì)信道不同的服務(wù)質(zhì)量要求的問(wèn)題，不加區(qū)分的對(duì)各種業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一的資源申請(qǐng)、分配和使用，無(wú)法滿足實(shí)時(shí)性和帶寬保證要求較高的業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求。而針對(duì)多用戶競(jìng)爭(zhēng)性使用信道資源的非實(shí)時(shí)類業(yè)務(wù)，如何在盡力滿足各站業(yè)務(wù)需求的情況下，保證一定的公平性，避免系統(tǒng)資源長(zhǎng)時(shí)間被個(gè)別站占用，也需要在資源申請(qǐng)分配中進(jìn)行考慮。本文提出并設(shè)計(jì)了一種信道資源申請(qǐng)、分配控制方法，結(jié)合MF-TDMA系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，給出了對(duì)不同業(yè)務(wù)的帶寬需求采用不同資源分配策略的服務(wù)質(zhì)量控制方法。

1 MF-TDMA系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)

MF-TDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本幀結(jié)構(gòu)示意圖如圖1所示。

圖1 MF-TDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本幀結(jié)構(gòu)示意圖

MF-TDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，衛(wèi)星信道資源按時(shí)間被分為TDMA幀、時(shí)隙兩級(jí)結(jié)構(gòu)。其中每個(gè)TDMA幀為資源分配的周期，而時(shí)隙則是信道資源的基本申請(qǐng)分配單位。MF-TDMA系統(tǒng)數(shù)據(jù)收發(fā)是通過(guò)業(yè)務(wù)站提出業(yè)務(wù)申請(qǐng)，中心站根據(jù)申請(qǐng)分配信道資源后，在參考中下發(fā)時(shí)隙分配計(jì)劃（TDMA幀計(jì)劃），最后由業(yè)務(wù)站執(zhí)行該幀計(jì)劃，在各自分配的時(shí)隙內(nèi)收發(fā)突發(fā)數(shù)據(jù)。

2 信道資源申請(qǐng)及分配方法

2.1 業(yè)務(wù)站業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)分類型申請(qǐng)

各業(yè)務(wù)站對(duì)各自收到的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)可分為話音業(yè)務(wù)、同異步數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、0-8優(yōu)先級(jí)的9級(jí)IP業(yè)務(wù)。其中話音、同異步業(yè)務(wù)為實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，對(duì)應(yīng)的時(shí)隙分配類型為實(shí)時(shí)時(shí)隙。0-7優(yōu)先級(jí)的IP業(yè)務(wù)為非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，對(duì)應(yīng)的時(shí)隙類型為非實(shí)時(shí)時(shí)隙。保證業(yè)務(wù)即優(yōu)先級(jí)為8的IP業(yè)務(wù)為高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)，對(duì)應(yīng)的時(shí)隙類型為保證時(shí)隙。各業(yè)務(wù)站根據(jù)實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)速率配置、非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)和高優(yōu)先級(jí)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)緩存量對(duì)三種業(yè)務(wù)進(jìn)行分類型申請(qǐng)計(jì)算。最后將申請(qǐng)的結(jié)果填入三種類型的時(shí)隙申請(qǐng)中，發(fā)送到主站。

2.2 中心站處的系統(tǒng)信道資源一次分配

中心站在收到各站申請(qǐng)后，匯總所有業(yè)務(wù)站的申請(qǐng)信息，開始執(zhí)行信道資源一次分配。在每幀的時(shí)隙分配開始后，保證時(shí)隙優(yōu)先進(jìn)行分配，具備搶占能力，剩余時(shí)隙不夠時(shí)，可搶占實(shí)時(shí)時(shí)隙資源。實(shí)時(shí)時(shí)隙在保證時(shí)隙分配完成后，采用先到先服務(wù)的分配方式進(jìn)行分配，時(shí)隙不夠時(shí)，分配終止。最后分配具有競(jìng)爭(zhēng)性質(zhì)的非實(shí)時(shí)時(shí)隙。

非實(shí)時(shí)時(shí)隙采用加權(quán)平均和分配序列表結(jié)合的分配方式進(jìn)行資源的均衡分配。首先，中心站創(chuàng)建某載波上已入網(wǎng)站的分配序列表，該鏈表記錄了站號(hào)、各站申請(qǐng)量、加權(quán)平均后申請(qǐng)量、以及起始站號(hào)和上輪分配首個(gè)未滿足申請(qǐng)的站。中心站統(tǒng)計(jì)所有非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的總申請(qǐng)量和該載波上的時(shí)隙剩余量，當(dāng)總申請(qǐng)大于剩余量時(shí)，分配過(guò)程進(jìn)行業(yè)務(wù)均衡分配。當(dāng)剩余時(shí)隙用完，記錄最后一個(gè)未分配完全的站號(hào)，作為下幀分配的起始站號(hào)，即本幀申請(qǐng)未得到滿足的站在下一幀優(yōu)先分配，資源在循環(huán)分配中達(dá)到均衡的目的。如果全部站均分配完畢，則該起始站號(hào)不變。中心站完成數(shù)據(jù)時(shí)隙分配后，將時(shí)隙分配結(jié)果以幀計(jì)劃的方式在參考中下發(fā)，業(yè)務(wù)站根據(jù)接收的幀計(jì)劃信息統(tǒng)一執(zhí)行。

2.3 各業(yè)務(wù)站處的時(shí)隙二次分配

業(yè)務(wù)站在收到主站下發(fā)的幀計(jì)劃后，根據(jù)業(yè)務(wù)類型，將數(shù)據(jù)緩存至對(duì)應(yīng)的業(yè)務(wù)隊(duì)列，在業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)的組包發(fā)送過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)時(shí)隙使用的二次分配。具體規(guī)則為保證業(yè)務(wù)使用保證時(shí)隙發(fā)送。話音、同異步業(yè)務(wù)使用實(shí)時(shí)時(shí)隙發(fā)送；0-7級(jí)IP數(shù)據(jù)使用非實(shí)時(shí)時(shí)隙發(fā)送。本站實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)發(fā)送完畢的前提下，獲得的實(shí)時(shí)時(shí)隙仍有剩余，則將剩余部分繼續(xù)分配給非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)使用。非實(shí)時(shí)時(shí)隙在使用時(shí)，按照IP數(shù)據(jù)優(yōu)先級(jí)，優(yōu)先發(fā)送高優(yōu)先級(jí)數(shù)據(jù)。最終，業(yè)務(wù)站按照幀計(jì)劃發(fā)送業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)，保證業(yè)務(wù)傳輸質(zhì)量。

3 結(jié)束語(yǔ)

以業(yè)務(wù)類型和時(shí)隙類型相結(jié)合為基礎(chǔ)，采用中心站一次分配，各業(yè)務(wù)站二次再分配的業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量控制方法，可對(duì)衛(wèi)星鏈路上傳輸?shù)木C合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)提供區(qū)別化的服務(wù)質(zhì)量保證。同時(shí)對(duì)具有競(jìng)爭(zhēng)性質(zhì)的非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，采用了公平化的均衡分配策略，實(shí)現(xiàn)了對(duì)系統(tǒng)內(nèi)各站資源分配的公平性。并可根據(jù)組網(wǎng)需求，靈活擴(kuò)展應(yīng)用。

[1]郝學(xué)坤,孫晨華,李文鐸.MF-TDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)體制研究[J].無(wú)線電通信技術(shù),2006,32(05):1-3.

[2]徐其樂(lè),陳建州,劉立祥.GEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)中MF-TDMA信道分配算法研究[J].計(jì)算機(jī)科學(xué),2014,41(4):40-43.

[3]Park J-M,Savagaonkar U R,Chong E,et al.Allocation of QoS connections in MF-TDMA satellite systems:a two-phase approach[J]. IEEE Transactions on Vehicular Technology,2005,54(1):177-190.

黃先超（1983—），男，碩士研究生，現(xiàn)供職于中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所衛(wèi)星通信與廣播電視專業(yè)部，主要從事衛(wèi)星通信技術(shù)研究。