一种跳波束卫星群用户切换时刻确定方法及装置

本申请涉及通信，尤其涉及一种跳波束卫星群用户切换时刻确定方法及装置。

背景技术：

1、空天地一体化通信网络是未来6g网络的重要发展趋势，低轨卫星星座具有低时延、链路损耗小、成本低、广域覆盖等特点，作为地面通信网络的补充，可灵活方便的部署及组网，成为了未来卫星网络的重要建设思路。

2、空间新型载荷、地面高速通信等系列技术有效推动卫星互联网的通信能力大幅提升。首先，星载相控阵天线的研制，使得卫星具备与地面mimo天线媲美的无线资源调度能力，实现卫星载荷的动态波束赋形。与以往卫星不同，新一代卫星载荷可实现一个大的卫星波位覆盖的同时，还能在大卫星波位里实现更细的波束波位覆盖。由此，可为全球不同地点用户分布不均情况下波束波位的按需覆盖。地面5g新空口通信的引入，如ofdm以及noma等新通信体制，可进一步使得每个波束波位内的用户可开展更细粒度时间-功率-频率等复用，进一步提升卫星的服务能力。而与此同时，高速运动的卫星以及更为复杂的无线资源控制，使得用户接入卫星的机制变得更为复杂。如starlink低轨卫星星座的卫星单星过顶时间仅仅为几分钟，用户在通信过程中需要频繁地切换到合适的卫星。因此，有效地控制大量用户准确地选择接入卫星，减少错误选择卫星导致的系统开销过大，成为了提升卫星互联网系统效率的关键问题。

技术实现思路

1、鉴于此，本申请提出一种跳波束卫星群用户切换时序合并方法及装置，有效地控制大量用户准确地选择接入卫星，减少错误选择卫星导致的系统开销过大。并解决了实际用户不均匀分布时多用户并发的准确可靠切换的问题。

2、为实现上述目的，本申请实施方式提供一种跳波束卫星群用户切换时刻确定方法，包括：

3、获得单个卫星覆盖范围内所有波位中的每个用户的切换时序图；其中，所述切换时序图表示用户根据自身条件判断当前及后续一段时间段内的切换需求；所述切换需求为在若干个单位时间内的目标切换卫星；

4、将单个卫星覆盖范围内每个用户的切换时序图合并，获得多用户切换时序图；

5、对所述多用户切换时序图进行求解，获得单个卫星覆盖区域内所有用户的最优切换时刻。

6、优选地，对所述多用户切换时序图进行求解的步骤包括：

7、根据所述多用户切换时序图，确定多用户切换时序图的抽象化解空间；其中，所述抽象化解空间中每一行表示单个卫星覆盖区域内每个用户的切换需求；每一列表示单位时间内每个用户的切换需求；解空间的行数为单个卫星覆盖区域内用户数量；

8、获得所述抽象化解空间中每一行对应的适应度；其中，所述适应度是基于单个卫星内用户的切换成功率、单个卫星内用户的切换概率、单个卫星互联网系统的全局吞吐量确定；

9、利用野狗优化方法对所述抽象化解空间中每一行对应的适应度进行迭代更新，获得多用户切换时序图的抽象化解空间的最优解。

10、优选地，所述利用野狗优化方法对所述抽象化解空间中每一行对应的适应度进行迭代更新的步骤包括：

11、所述抽象化解空间的每一行表示野狗的位置，所述野狗的位置的优劣程度通过适应度表征，所述抽象化解空间表示野狗种群，选择围攻、追捕、搜索三种行为中的其中一种来对所述野狗的位置对应适应度进行第一次更新；

12、从更新后的适应度中选取适应度最大值作为当前代的单个卫星覆盖区域内所有用户的最优切换时刻；

13、利用当前代的单个卫星覆盖区域内所有用户的最优切换时刻执行迭代运算，最终获得单个卫星覆盖区域内所有用户的最优切换时刻。

14、优选地，所述利用野狗优化方法对所述抽象化解空间中每一行对应的适应度进行迭代更新的步骤还包括：

15、利用第一次更新后所述野狗种群中每个野狗的适应度确定所述野狗的存活率值；

16、将所述存活率值低于阈值的所述野狗的位置对应的适应度进行第二次更新。

17、优选地，选择围攻、追捕、搜索三种行为中的其中一种来对所述野狗的位置对应适应度进行更新的步骤包括：

18、判断是否狩猎；如果是，明确狩猎策略，从围攻行为和追捕行为两种行为中选取其中一种行为对所述野狗的位置对应适应度进行更新；否则，选取搜索行为对所述野狗的位置对应适应度进行更新。

19、优选地，所述自身条件包括接收信号功率值、相对距离、剩余服务时长、临近卫星星历信息。

20、优选地，所述切换成功率包括用户非均匀分布情况下的切换成功率和用户均匀分布情况下的切换成功率。

21、优选地，所述切换概率为单位时间内的单个卫星覆盖区域内单个用户的平均切换次数。

22、优选地，所述全局吞吐量是利用单位时间内单个卫星互联网系统中传输的数据量和时间的比值确定。

23、为实现上述目的，本申请实施方式还提供一种跳波束卫星群用户切换时刻确定装置，所述装置包括存储器和处理器；其中，

24、所述存储器，用于存储计算机程序指令；

25、所述处理器，用于执行所述计算机程序指令以实现上述所述跳波束卫星群用户切换时刻确定方法。

26、本披露主要针对实际场景中用户分布不均匀导致基于切换时序图的切换方案性能时好时坏、稳定性差的特点，提出了适用于不同时空条件下用户非均匀分布的切换决策方案。卫星根据所有波位内用户的切换需求进行统计和抽象，对抽象的多用户切换解空间采用优化算法进行最优切换时刻的计算和预测，最终完成高效可靠的基于野狗猎食生存趋向寻优的跳波束卫星群用户切换时序确定，完成低轨卫星互联网的切换控制。

技术特征：

1.一种跳波束卫星群用户切换时刻确定方法，其特征在于，包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述多用户切换时序图进行求解的步骤包括：

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述利用野狗优化方法对所述抽象化解空间中每一行对应的适应度进行迭代更新的步骤包括：

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述利用野狗优化方法对所述抽象化解空间中每一行对应的适应度进行迭代更新的步骤还包括：

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，选择围攻、追捕、搜索三种行为中的其中一种来对所述野狗的位置对应适应度进行更新的步骤包括：

6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述自身条件包括接收信号功率值、相对距离、剩余服务时长、临近卫星星历信息。

7.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述切换成功率包括用户非均匀分布情况下的切换成功率和用户均匀分布情况下的切换成功率。

8.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述切换概率为单位时间内的单个卫星覆盖区域内单个用户的平均切换次数。

9.如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述全局吞吐量是利用单位时间内单个卫星互联网系统中传输的数据量和时间的比值确定。

10.一种跳波束卫星群用户切换时刻确定装置，其特征在于，所述装置包括存储器和处理器；其中，

技术总结
本申请公开了一种跳波束卫星群用户切换时刻确定方法及装置，其中，所述方法包括：获得单个卫星覆盖范围内所有波位中的每个用户的切换时序图；其中，所述切换时序图表示用户根据自身条件判断当前及后续一段时间段内的切换需求；所述切换需求为在若干个单位时间内的目标切换卫星；将单个卫星覆盖范围内每个用户的切换时序图合并，获得多用户切换时序图；对所述多用户切换时序图进行求解，获得单个卫星覆盖区域内所有用户的最优切换时刻。

技术研发人员：林文亮,邓中亮,王珂,贺轶烈,刘洋,廖一丞,黄泽玺,郜融,钟世敏,亢衡,祝博翰
受保护的技术使用者：北京邮电大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11