基于图论的卫星异构网络资源分配方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及卫星通信系统资源分配技术领域，具体而言设及一种基于图论的卫星 异构网络资源分配方法。
【背景技术】
[0002] 近年来，卫星通信发展迅猛，新的业务形式不断出现，为用户提供多种业务的服务 是未来卫星通信网络的重要发展方向。由于卫星网络中的频谱、功率等资源是受到限制的， 为解决有限的资源与不断增长的用户需求之间的矛盾，同时考虑到用户特殊的业务种类、 通信环境等因素，就需要对现有的资源进行合理有效的分配。资源分配就是将频谱、发送功 率W及发送时刻等无线资源分配到申请的用户。卫星通信中的资源分配的目标就是利用有 限的频率和功率等资源，在保证波束覆盖和服务质量的前提下，满足更多用户需求，W实现 资源利用和用户满意程度之间的优化，实现动态资源分配。
[0003] 目前关于资源分配策略的研究有很多，主要有基于队列调度和基于完全共享两类 分配策略。
[0004] (1)基于队列调度的分配策略。该类分配策略是将申请用户发送的资源请求信息 按照业务优先级等规则进行分类和排队，再按照某一调度规则从队列中逐个为用户分配资 源。比如最简单的先入先出（FIFO)方式，即对所有的用户请求根据一定准则统一进行FIFO 队列排队，并逐个进行分配。该方法实现简单，但不考虑业务类型等因素，在高负载、拥塞等 情况下并不能保证实时业务的服务质量。
[0005] (2)基于完全共享的分配策略。该策略的基本思想是同时处理一个分配周期内的 所有用户的资源请求，按照所用的分配策略或算法将该分配周期内可用资源分配给所有用 户。比如常见的按比例分配方法，系统根据用户申请的资源数量占总申请数的比例来分配 可用资源，实现简单，但没有区分业务优先级和业务类别，当某些用户资源申请过多时会导 致分配的不公平。动态资源管理目标是如何在系统资源利用率和用户QoS之间达到平衡，而 认知卫星通信系统中认知用户要在复杂的异构网络中机会式地接入最优网络，利用可用资 源，实现自适应组网，所W认知卫星通信中的资源分配问题实质上是一种动态资源管理问 题。
[0006] 现有技术中，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 种相对成熟的资源分配模型一一图论，但是仅仅用于传统移动通信中的小区域蜂窝规划和 信道支配。而没有用于研究认知卫星通信。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 着色法，只考虑了不同认知用户之间的相互干扰问题，追求分配网络的最大化，而没有充分 考虑各认知用户的业务类型和认知用户使用不同网络所获得的收益不同。
【发明内容】
[0007] 本发明目的在于:在充分考虑了资源申请量、业务优先级、网络负载的变动性、网 络类型、负载条件等的影响的基础上，提供一种基于图论的卫星异构网络资源分配方法，W 提高卫星异构网络的资源利用效率和系统收益。
[0008] 本发明的上述目的通过独立权利要求的技术特征实现，从属权利要求W另选或有 利的方式发展独立权利要求的技术特征。
[0009] 为达成上述目的，本发明提出一种基于图论的卫星异构网络资源分配方法，包括 W下步骤：
[0010] 步骤1、基于申请用户的业务分级对不同优先级的用户进行分组；
[0011] 步骤2、在基于优先级分组的基础上参考业务偏好进行资源分配，具体地是根据节 点的连接数进行分配，节点连接数表示与自己具有相同可用网络的节点数量。
[0012] 进一步的实施例中，所述步骤2中，前述的资源分配过程包括：
[0013] 首先，计算各个节点的连接数，根据连接数的大小关系按照从小到大的顺序对节 点进行分配，如果连接数相同，则对相同连接数的节点中优先级高的节点进行分配，如果优 先级相同则随机分配，其中优先级的确定根据业务类型、资源申请量确定；
[0014] 在分配过程中，分配矩阵受到干扰矩阵的约束，即、对于Cn,k,m=l，满足 a,、,n?战k.m = H、k 名 N，m < M .
[001引则其目标函数为：
[0017]其中，Cn,k,m表示认知用户n，k在同时使用卫星网络m时会彼此产生的干扰属性， Cn,k,m=l表示认知用户n和k同时使用网络m会产生相互干扰或超过网络负载界限影响授权 用户通信，N表示认知用户的数量，M表示卫星网络的数量;an,m表示卫星网络m成功分配给认 知用户n的属性，an,m=l表示卫星网络m成功分配给认知用户n，an,m = 0表示卫星网络m不分 配给认知用户n;ak,m表示卫星网络m成功分配给认知用户k的属性，ak,m=l表示卫星网络m成 功分配给认知用户k，an, m=0表示卫星网络m不分配给认知用户k;
[001引分配后，更新节点可用网络列表L= { Um I UmE {0，U }nxM和节点颜色列表A= u,m an,mE{0, U }nxM，如果所有节点无可用颜色，则退出分配，否则继续分配;前述节点可用网 络列表L的公式中，Um表示卫星网络m对于认知用户n的可用属性，Um= 1表示卫星网络m对 于认知用户n是可用的，In,m = 0表示卫星网络m对于认知用户n是不可用的，N表示认知用户 的数量，M表示卫星网络的数量;前述节点颜色列表A的公式中，an,m表示卫星网络m成功分配 给认知用户n的属性，an,m=l表示卫星网络m成功分配给认知用户n，an,m=0表示卫星网络m 不分配给认知用户n，N表示认知用户的数量，M表示卫星网络的数量。
[0019] 进一步的实施例中，在前述的节点分配过程中，认知用户之间存在干扰由干扰矩 阵决定，当且仅当Cn,k,m=l时，两个认知用户m，k之间存在一条颜色为m的边，即对应的卫星 网络m，此时两个认知用户不能同时选择卫星网络m。
[0020] 本发明与现有技术相比，其显著优点在于：（1)将图论适用领域扩展到卫星通信； (2)充分考虑资源申请量、业务优先级、网络负载的变动性、网络类型、负载条件等的影响， 针对不同优先级、不同业务偏好，提出了提高卫星异构网络的资源利用效率和系统收益的 方法。
[0021] 应当理解，前述构思W及在下面更加详细地描述的额外构思的所有组合只要在运 样的构思不相互矛盾的情况下都可W被视为本公开的发明主题的一部分。另外，所要求保 护的主题的所有组合都被视为本公开的发明主题的一部分。
[0022] 结合附图从下面的描述中可W更加全面地理解本发明教导的前述和其他方面、实 施例和特征。本发明的其他附加方面例如示例性实施方式的特征和/或有益效果将在下面 的描述中显见，或通过根据本发明教导的【具体实施方式】的实践中得知。
【附图说明】
[0023] 附图不意在按比例绘制。在附图中，在各个图中示出的每个相同或近似相同的组 成部分可W用相同的标号表示。为了清晰起见，在每个图中，并非每个组成部分均被标记。 现在，将通过例子并参考附图来描述本发明的各个方面的实施例，其中：
[0024] 图1为本发明的认知卫星通信系统的模型示意图。
[0025] 图2为图论算法的一般原理示意图。
[0026] 图3为本发明的分组方法的流程图。
[0027] 图4为本发明的最大收益分配方法的流程图。
[0028] 图5为本发明与贪婪、分组贪婪算法在同型网络下