多终端在星上多频时分多址系统中的分配

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1、2013年2月第1期中国空间科学技术ChineseSpaceScienceandTechnology多终端在星上多频时分多址系统中的分配于佳宗鹏(南京航空航天大学，南京210016)摘要由于卫星资源有限并且昂贵，多频时分多址(MF—TDMA)接入方式被广泛应用于现代宽带通信系统的上行链路设计中。时隙分配算法的有效性是高效利用MF—TDMA系统资源的保证。针对卫星系统的特性，提出了一种基于函数权值的卫星时隙的分配算法，通过最优化权值的方法，有效地提高了资源利用率。通过仿真分析了不同业务的时延性能和信道利用率，并且与几种典型的分配算法进行了比较。仿真结果表明，文中的分配算法能够

2、有效地提高信道利用率，在终端数量较多时，优势更为明显。文中提出的新算法简单，计算时间短，能够有效地在卫星网络中实现。关键词宽带网络多频时分多址业务预测信道利用率卫星通信系统DOI：10．3780／j．issn．1000—758X．2013．01．0111引言由于卫星带宽资源紧张，所以在保障宽带网络各类业务服务质量的同时，如何有效地利用卫星链路的带宽资源，是卫星网络技术需要解决的重要课题。多频时分多址(MF—TDMA)多址接入方式不论是从信息传输角度，还是从星上处理与交换，以及网络应用灵活性的角度来看，都比其他多址方式更适合于星上处理卫星对多址接入的要求[I-Z]，是卫星多址

3、接入方式的最佳选择∞J。卫星系统的资源分配算法分为3个步骤：第1步是确定每个用户的带宽；第2步是确定每个用户的时隙数；第3步是为每个终端分配时隙资源。参考文献[4]对第1步和第2步做了重点研究，本文研究第3步，即如何在MF—TDMA系统中找到一种最优的时隙分配方法。资源分配问题也是二维资源分配问题∞]，在保证服务质量(QoS)的基础上，如何使资源得到最大利用是本文研究的关键。国内外在这方面的研究比较少：文献[6]提出了一种权值最优化的分配算法，以资源利用率为权值，使资源利用率得到了提高；文献[7]在文献F-6]的基础上优化了算法，但是这两种算法的缺点是计算复杂，计算时间长，

4、不利于星上处理和实施；文献[8]提出了一种简单的最大带宽最先分配的算法，解决了计算时间长的问题，但是性能较差。本文在前面的研究基础上，提出了一种新的分配算法，为了提高计算的速度，将分配过程分成两步，第1步是计算出最优的分配矢量，第2步是计算出终端资源分配表。试验证明，新算法提高了资源利用率，并且计算时问短，适用于卫星通信系统。国家863基金(2010AA7010404)资助项目收稿日期：2012-0525。收修改稿日期：20120831中国空间科学技术2013年2月2终端需求的计算2．1基于预测的按需分配流程卫星带宽资源动态分配主要分为图1中的4个步骤：9I，本节主要介绍第

5、1、2步的过程。[匮匿垂辩一图1卫星资源动态分配步骤Fig．1Satelliteresourceassignmentdynamicprocedure本文采用的是基于预测的按需分配方案，卫星网络系统由卫星网络终端(ST)，卫星网络控制中心～。(NCC)和用户终端组成。NCC主要负责管理卫星终端的传输，每个用户通过连接的卫星终端将业务传到卫。，星上。为了提高卫星系统容量的利用率，每个连接都有非常严格的时延要求。这里，卫星资源的分配方法采用的是由NCC根据预测结果分配带宽。卫星网络的资源分配过程如图2所示。图2卫星网络的资源分配过程Fig．2Resourceassignmentp

6、rocedureofsatellitenetwork从图2可以看出，资源分配方案主要分成3个步骤：步骤1：在77时刻，sT计算出时问段[叩+d，，7+d+T．]内的队列长度，预测业务的到达率和优先权系数，把这些参数传送到NCC中，其中T，为终端周期性上报参数的时问间隔，d为往返时延。步骤2：在'7+d／2时刻，NCC基于ST发送的信息，计算出ST在[774-d，叩+d4-丁。]时间内需要的资源量，并告知各个ST。步骤3：在刁+d时刻，ST接收到NCC的信息，按照需求分配资源。卫星资源按需分配的详细过程在前面的文章中详细讨论了，本文主要介绍NCC在得到终端的需求后如何有效地分

7、配资源。2．2卫星终端的结构仿真系统中卫星终端的结构如图3所示。ST提供U个队列缓存，每个缓存用来存储用户终端到来的包(等待传送上星)，业务分类器用来将业务分类分别排队，把包派送往各个等待队列中，最后把预测信息传送到卫星中去。从用户终师通向卫星终端分离出业务图3卫星终端结构图Fig．3Satelliteterminalarchitecture2013年2月中国空间科学技术3多站时隙分配在得到了终端的需求后，接下来最关键的是如何把终端的资源要求填充到有限的卫星资源中去。由于卫星通信的特殊性，当大量用户试图利用资源时，