一种基于优先级的星间切换的方法及通信卫星

本技术涉及卫星通信领域，具体而言本技术实施例涉及一种基于优先级的星间切换的方法及通信卫星。

背景技术：

1、随着科技产业和移动通信技术的迅速发展，由于地理环境限制及建设成本等限制因素，地面移动通信系统已经无法满足全球日益增长的通信需求。卫星通信系统由于不受地理环境限制，可实现全球无缝覆盖，弥补地面通信系统的不足。当前，低轨卫星通信系统因通信距离短、发射成本低的优点，成为未来移动通信的研究重点。考虑到低轨卫星相对于地面处于运动状态，用户需要进行星间切换以保证通信的连续性，然而，每颗卫星的信道资源有限，可能无法为所有待切换用户提供服务，从而造成部分用户切换失败，降低系统服务质量。因此，亟需研究高效的星间切换策略，以降低切换失败率，提升系统服务质量。

技术实现思路

1、本技术实施例的目的在于提供一种基于优先级的星间切换的方法及通信卫星，采用本技术实施例对多优先级星间切换方法进行改进，经实验验证，本技术实施例的方法在不同卫星选择方案下，均提高了高优先级业务接入和切换的成功率，提升了系统服务质量。

2、第一方面，本技术实施例提供一种基于优先级的星间切换的方法，所述方法包括：确认待切换用户的业务所属的优先级，得到目标优先级；从延迟门限值集合中为所述目标优先级选择对应的延迟门限值，得到目标延迟门限值，其中，所述延迟门限值是根据当前时刻各类业务分布情况和预测得到的所述当前时刻的下一时刻的切换业务量动态更新的，且延迟门限值大小与优先级高低正相关；根据所述目标延迟门限值与卫星被占用信道数之间的大小关系确定切换策略。

3、本技术的实施例通过基于预测的多优先级延迟门限设置方法，动态设置多优先级延迟门限值，提升了高优先级业务接入和切换的成功率，进而提升了服务质量。

4、在一些实施例中，在所述从延迟门限值集合中为所述目标优先级选择对应的延迟门限值，得到目标延迟门限之前，所述方法还包括：获取卫星系统中各卫星的服务信息矩阵，其中，所述服务信息矩阵用于表征相应卫星在所述当前时刻所服务的所有用户（即相应卫星在当前时刻所服务着的用户，包括在当前时刻前已经接入且通信没有结束的用户，但不包括当前时刻的待接入用户）的第一用户属性信息；根据目的卫星以及所述服务信息矩阵得到与所述卫星系统中各卫星对应的切换信息估计矩阵，其中，所述切换信息估计矩阵至少用于表征相应卫星的所述服务信息矩阵中各用户在所述当前时刻的下一时刻的目的卫星，所述目的卫星是从所述卫星系统中为相应用户选择的在所述下一时刻接入或切换的卫星；通过对所述卫星系统中各卫星的相邻卫星的切换信息估计矩阵进行筛选，得到在所述下一时刻所述各卫星的各类切换业务量预测值；至少根据所述各类切换业务量预测值确定所述当前时刻的延迟门限集合。

5、本技术的一些实施例提供了根据各卫星的服务信息矩阵以及预测的切换信息估计矩阵，设置与不同优先级对应的不同延迟等待时间（对应不同延迟门限值），可以提升后续对高优先级业务的响应速度。

6、在一些实施例中，所述目的卫星是相应用户终端从候选候选卫星集中选择的目标函数值最大的卫星，所述候选候选卫星集是指所述卫星系统中与相应用户的通信仰角大于设定的通信仰角值的所有卫星的集合，所述目标函数值是通过目标函数确定的，所述目标函数是由相应卫星的服务时间、空闲信道数以及通信仰角所确定的函数。

7、在一些实施例中，与所述卫星系统中第i卫星si对应的目标函数表征为：

8、

9、其中，为所述第i卫星的目标函数，为所述第i卫星的服务时间，为所述卫星系统中卫星最大服务时间，为所述卫星系统中最小通信仰角，为用户到所述第i卫星的通信仰角，为所述第i卫星的空闲信道数，为所述卫星系统中单颗卫星的信道总数，分别为服务时间加权系数、通信仰角加权系数以及空闲信道加权系数。

10、本技术的一些实施例提供一种目标函数，通信中的各卫星可以该目标函数确定相应的目标函数值，进而使得用户终端可以根据目标函数值选择下一时刻切换或接入的卫星，提升目的卫星识别的准确度。

11、在一些实施例中，所述获取卫星系统中各卫星的服务信息矩阵，包括：在t时刻，第i卫星接收任意一个目标用户终端发送的所述第一用户属性信息，其中，所述第一用户属性信息包括在所述t时刻的相应终端用户的终端位置信息、业务类型信息、已服务时间信息以及剩余服务时间信息，所述目标用户终端是在所述t时刻成功接入或者切换至所述第i卫星的用户终端；将与各目标用户对应的终端位置信息、业务类型信息、已服务时间信息以及剩余服务时间信息分别作为矩阵中的一行，得到所述第i卫星在所述时刻t的服务信息矩阵。

12、本技术的一些实施例提供一种获取用于表征相应卫星在当前时刻所服务所有用户的第一用户属性信息的矩阵即服务信息矩阵，提升该矩阵信息的准确性。

13、在一些实施例中，所述根据目的卫星以及所述服务信息矩阵得到与所述卫星系统中各卫星对应的切换信息估计矩阵，包括：通过查询卫星星历确定在所述下一时刻第i卫星的服务信息矩阵中各用户的目的卫星，以得到与所述第i卫星对应的切换信息估计矩阵中的部分信息，其中，所述与所述第i卫星对应的切换信息估计矩阵包括多组第二用户属性信息，每组第二用户属性信息还包括：相应用户的终端位置信息、业务类型和目的卫星以及当前卫星剩余服务时间，所述第i卫星属于所述卫星系统中任意一个卫星；将所述每组第二用户属性信息分别作为矩阵中的一行，得到与所述第i卫星对应的切换信息估计矩阵。

14、本技术的一些实施例通过确定当前时刻每个卫星中各用户在下一时刻的目的卫星得到相应卫星的切换信息估计矩阵，进而可以后续使得各卫星根据相邻卫星的切换信息估计矩阵预测在下一时刻切换至该卫星的业务量，进而可以根据预测切换业务量设置延迟门限值。

15、在一些实施例中，所述各类切换业务对应第一类切换业务以及第二类切换业务，其中，所述通过对所述卫星系统中各卫星的相邻卫星的切换信息估计矩阵进行筛选，得到在所述下一时刻所述各卫星的各类切换业务量预测值，包括：从与所述第i卫星相邻的相邻卫星的切换信息估计矩阵中筛选出在所述下一时刻切换至所述第i卫星的各类业务的用户，得到第一类切换业务量预测值和第二类切换业务量预测值。

16、在一些实施例中，多优先级的优先级顺序从高到低依次为：第一类业务切换、第一类业务新呼叫、第二类业务切换以及第二类业务新呼叫，所述延迟门限集合是设置的多优先级延迟门限值，其中，所述多优先级延迟门限值的表达式为：

17、

18、其中，c表征所述卫星系统中单颗卫星总信道数目，在本技术的实施例中c取值为150，分别表示所述当前时刻第一类业务切换数量，第一类业务呼叫数量，第二类业务切换数量，第二类业务呼叫数量，表征第一类切换业务量预测值，表征第二类切换业务量预测值，k4是与是所述第一类业务切换对应的延迟门限值，k3是与是所述第一类业务新呼叫对应的延迟门限值，k2是与是所述第二类业务切换对应的延迟门限值，k1是与是所述第二类业务新呼叫对应的延迟门限值。

19、本技术的一些实施例提供一种优先级与延迟门限值正相关的算法，提升延时门限集合中各值设置的合理性。

20、在一些实施例中，所述根据所述目标延迟门限值与卫星被占用信道数之间的大小关系确定切换策略，包括：若确认当前卫星被占用信道数小于所述目标延迟门限值则接入所述当前卫星；若确认当前卫星被占用信道数大于或等于所述目标延迟门限值则进入切换或接入延时等待队列。

21、第二方面，本技术的实施例提供一种通信卫星，所述通信卫星包括：待切换用户的业务优先级确认模块，被配置为确认待切换用户的业务所属的优先级，得到目标优先级；延迟门限值选取模块，被配置为从延迟门限值集合中为所述目标优先级选择对应的延迟门限值，得到目标延迟门限值，其中，所述延迟门限值是根据当前时刻各类业务分布情况和预测得到的所述当前时刻的下一时刻的切换业务量动态更新的，且所述延迟门限值大小与优先级高低正相关；切换决策模块，被配置为根据所述目标延迟门限值与卫星被占用信道数之间的大小关系确定切换策略。