一種MF-T D MA衛(wèi)星通信系統(tǒng)信道資源分配方法

中國電子科技集團(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

中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所 黃先超

針對多頻時分多址（MF-TDMA）衛(wèi)星通信系統(tǒng)信道資源分配和使用的特點，設(shè)計了分類資源申請、中心站內(nèi)信道資源系統(tǒng)級的一次分配和業(yè)務(wù)站內(nèi)部的二次分配方法，給出了非實時業(yè)務(wù)均衡分配規(guī)則。該控制方法簡單易于實現(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；一次分配；二次分配

0 引言

MF-TDMA（多頻時分多址）衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一種采用頻分和時分相結(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之一，但綜合業(yè)務(wù)的接入也引入了各業(yè)務(wù)對信道不同的服務(wù)質(zhì)量要求的問題，不加區(qū)分的對各種業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)一的資源申請、分配和使用，無法滿足實時性和帶寬保證要求較高的業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量要求。而針對多用戶競爭性使用信道資源的非實時類業(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)資源長時間被個別站占用，也需要在資源申請分配中進(jìn)行考慮。本文提出并設(shè)計了一種信道資源申請、分配控制方法，結(jié)合MF-TDMA系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)的特點，給出了對不同業(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)星信道資源按時間被分為TDMA幀、時隙兩級結(jié)構(gòu)。其中每個TDMA幀為資源分配的周期，而時隙則是信道資源的基本申請分配單位。MF-TDMA系統(tǒng)數(shù)據(jù)收發(fā)是通過業(yè)務(wù)站提出業(yè)務(wù)申請，中心站根據(jù)申請分配信道資源后，在參考中下發(fā)時隙分配計劃（TDMA幀計劃），最后由業(yè)務(wù)站執(zhí)行該幀計劃，在各自分配的時隙內(nèi)收發(fā)突發(fā)數(shù)據(jù)。

2 信道資源申請及分配方法

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

各業(yè)務(wù)站對各自收到的業(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)先級的9級IP業(yè)務(wù)。其中話音、同異步業(yè)務(wù)為實時業(yè)務(wù)，對應(yīng)的時隙分配類型為實時時隙。0-7優(yōu)先級的IP業(yè)務(wù)為非實時業(yè)務(wù)，對應(yīng)的時隙類型為非實時時隙。保證業(yè)務(wù)即優(yōu)先級為8的IP業(yè)務(wù)為高優(yōu)先級業(yè)務(wù)，對應(yīng)的時隙類型為保證時隙。各業(yè)務(wù)站根據(jù)實時業(yè)務(wù)速率配置、非實時業(yè)務(wù)和高優(yōu)先級業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)緩存量對三種業(yè)務(wù)進(jìn)行分類型申請計算。最后將申請的結(jié)果填入三種類型的時隙申請中，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后，匯總所有業(yè)務(wù)站的申請信息，開始執(zhí)行信道資源一次分配。在每幀的時隙分配開始后，保證時隙優(yōu)先進(jìn)行分配，具備搶占能力，剩余時隙不夠時，可搶占實時時隙資源。實時時隙在保證時隙分配完成后，采用先到先服務(wù)的分配方式進(jìn)行分配，時隙不夠時，分配終止。最后分配具有競爭性質(zhì)的非實時時隙。

非實時時隙采用加權(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、各站申請量、加權(quán)平均后申請量、以及起始站號和上輪分配首個未滿足申請的站。中心站統(tǒng)計所有非實時業(yè)務(wù)的總申請量和該載波上的時隙剩余量，當(dāng)總申請大于剩余量時，分配過程進(jìn)行業(yè)務(wù)均衡分配。當(dāng)剩余時隙用完，記錄最后一個未分配完全的站號，作為下幀分配的起始站號，即本幀申請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，則該起始站號不變。中心站完成數(shù)據(jù)時隙分配后，將時隙分配結(jié)果以幀計劃的方式在參考中下發(fā)，業(yè)務(wù)站根據(jù)接收的幀計劃信息統(tǒng)一執(zhí)行。

2.3 各業(yè)務(wù)站處的時隙二次分配

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

以業(yè)務(wù)類型和時隙類型相結(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。同時對具有競爭性質(zhì)的非實時業(yè)務(wù)，采用了公平化的均衡分配策略，實現(xiàn)了對系統(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].無線電通信技術(shù),2006,32(05):1-3.

[2]徐其樂,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].計算機(jī)科學(xué),2014,41(4):40-43.

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黃先超（1983—），男，碩士研究生，現(xiàn)供職于中國電子科技集團(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。