一种卫星全网带宽分配方法及装置与流程

1.本发明涉及高通量卫星通信技术领域，特别涉及一种卫星全网带宽分配方法及装置。


背景技术：

2.卫星通信具有覆盖范围广、不受地理环境因素影响等优点，使得卫星通信成为地面通信网络的重要补充，但卫星通信系统相对地面系统，通信容量受限，扩容不易。同时，随着卫星通信技术不断发展，卫星通信系统由传统的窄带业务向大带宽、高速率、多业务方向演进。
3.用户对业务需求的不断增加，与卫星系统容量受限、扩容不易形成了尖锐的矛盾，要使有限的卫星无线资源有效的支撑用户的业务需求，就需要多星、多波束实现联合覆盖，实现无线资源共享、共同管理，共同为用户提供便捷的宽带接入服务。
4.在现有的卫星通信系统中，为了保障不同用户组、不同用户、不同业务需求，在带宽分配时，一般采用基于qos(服务质量)进行管理：对于不同用户组、不同用户、不同业务需求，制定不同的qos的属性；在资源分配时，可根据qos属性进行资源的调度和分配，以满足不同业务的需求。
5.但传统的qos设计时，一般都只在卫星单个波束范围内进行带宽分配，并未考虑在全网范围内进行带宽的管理。


技术实现要素：

6.本公开提供一种卫星全网带宽分配的装置、方法，其能够实现在全网范围内对卫星带宽资源进行共享和分配。
7.本公开提供的卫星全网带宽分配方法，包括以下步骤：
8.s1，进行全网各级通信主体的qos策略分层，上层为固定带宽层，下层为非固定带宽层，固定带宽层和非固定带宽层内均包括上下若干层级的通信主体，每个上级主体下设有若干下级主体，上级主体享有的带宽资源成为供其下级主体共享的带宽资源池；
9.s2，以固定带宽方式，向固定带宽层各主体分配当前可用卫星全网带宽资源，进而分配到各主体所在波束；
10.s3，对非固定带宽层各主体进行初始状态的带宽分配；
11.s4，网络运行过程中，不断收集非固定带宽层各主体的通信需求，对其享有的带宽资源进行调配，包括：对隶属于同一上级主体的同一层级主体，在同一波束内或不同波束之间，对所共享的带宽资源进行调整分配。
12.进一步的，所述步骤1中，所述固定带宽层为虚拟运营商层，其中包括上下两级，上级主体包括特殊业务运营商和普通业务运营商，下级主体包括按区域划分的各地运营商；
13.所述非固定带宽层中包括四层主体，自上而下依次为：用户组层，用户组业务层，终端用户层，终端用户业务层。
14.进一步的，所述步骤s3中的初始状态带宽分配方法具体包括：
15.按照各主体预定的qos指标，包括总流量、约定信息速率、最大带宽限制、以及主体的优先级，将可供其分配的卫星带宽资源初步分配到各主体所在的波束。
16.进一步的，所述步骤s4中的调配方法包括：对于收集到的需求：
17.先在同一波束内，对该波束中隶属于同一上级主体的同层级主体进行可共用带宽资源的调整分配；
18.当同一波束内的可用带宽难以满足这部分主体的需求时，则将其上级主体所享有的可用带宽资源向不同波束的分配方案进行优化调整。
19.进一步的，所述步骤s4具体包括：
20.卫星终端按第一周期不断上报返向不同业务的数据需求；
21.按第二周期不断统计各个卫星终端前向不同业务前向的数据需求；
22.将所有终端的前返向业务需求汇总，生成用户组、用户组业务两级的业务需求，按照第三周期不断上报；
23.汇总各个波束的需求后，根据实时的波束带宽资源利用率、以及波束之间的负载均衡管理原则，将固定带宽层中下级虚拟运营商主体拥有的带宽向各波束的分配进行优化调整；
24.各波束收到用户组、用户组业务的带宽资源动态分配结果后，调整维护的用户组、用户组业务的cir/mir，并更新相关的令牌桶；
25.在处理用户的业务调度和资源分配时，按照新的令牌桶进行分配。
26.进一步地，所述步骤s4中，第一周期取为125ms；第二周期取为1ms；第三周期取为5s。
27.进一步地，所述步骤s4中还包括以下步骤：
28.将可用带宽资源难以满足通信需求的波束内的主体向相邻波束迁移，以优化全网带宽资源的分配。
29.本公开还提供了一种应用于上述方法的卫星全网带宽分配装置，包括：
30.全网带宽管理模块，负责完成卫星全网带宽资源向不同波束的分配；
31.单个波束协议处理模块，负责完成单个波束内的可用带宽资源在本波束内的分配；以及不断收集本波束内通信主体的通信需求，上报给全网带宽管理模块。
32.进一步地，所述全网带宽管理网元，用于维护虚拟运营商层、用户组层以及用户组业务层的qos结构；
33.单个波束协议处理模块，用于维护用户组层、用户组业务层、终端用户层、终端用户业务层的qos结构。
34.与现有技术相比，本公开的有益效果是：(1)通过对需求的实时统计和带宽资源的优化分配，实现了全网资源在不同波束下的共享，提高了卫星带宽资源的利用率和全网的负担均衡；(2)分层级按不同的策略管理，在实现不同波束下资源共享的同时，降低了调度管理的复杂程度；(3)在资源分配时，将qos策略应用到vno、用户组，可在全网范围内对vno、用户组的资源需求进行管理，能避免资源超配，同时保障高优先级业务；(4)综合采用了优化带宽分配和用户组迁移等多种策略，实现全网的资源统筹。
附图说明
35.通过结合附图对本公开示例性实施例进行更详细的描述，本公开的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显，其中，在本公开示例性实施例方式中，相同的参考标号通常代表相同部件。
36.图1为一种示例性的卫星通信网络qos策略分层示意图；
37.图2为全网带宽管理网元负责维护的qos结构；
38.图3为单波束协议处理单元ps负责维护的qos结构；
39.图4为根据本公开的一种示例性全网qos端到端主要流程示意图。
具体实施方式
40.下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施例。虽然附图中显示了本公开的优选实施例，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整地传达给本领域的技术人员。
41.本公开提供了一种卫星带宽分配方案，其能够实现在全网范围内对卫星带宽资源进行共享和分配。根据本公开的示例性实施例，按照以下思路进行：
42.(1)全网qos策略层次划分
43.当前，卫星带宽资源通常通过vno(虚拟运营商)、用户组方式订购，这种通过集团方式订购的带宽资源，由该集团下的用户共享。当该集团下用户分布在不同波束时，需要在不同波束下共享订购的带宽资源。
44.因此，本公开中，设计面向全网的qos策略层次划分，用于实现卫星全网带宽资源在波束间的共享，满足卫星通信系统中不同层次客户的服务需求。
45.为了实现在不同波束间的带宽共享管理，并适当降低这种共享的复杂度，本公开将卫星通信主体网络的qos策略分为：固定带宽层和非固定带宽层，固定带宽层和非固定带宽层内部又可包括具有隶属关系的上下若干层级通信主体，即一个上级主体下面设有若干个灵活带宽层的主体。每个上级主体享有的带宽资源成为其下级主体共享的带宽资源池。
46.为了明确管理，可将全网卫星波束带宽资源(指各个波束能提供的前向带宽资源和返向带宽资源，可理解为物理上的卫星波束的带宽池)，统一编码管理，形成共享带宽资源池。
47.一种示例性的卫星通信网络qos策略分层如附图1所示，其中：
48.a、最上层为固定带宽层，其中进一步包括两层vno(虚拟运营商)：
49.①
一级vno，
50.提供：类似特殊业务(超站)、普通业务(渔船用户)的用户组；
51.服务：qos属性(优先级、cir、mir)；
52.其中，cir是保证带宽，mir是最大带宽；
53.②
二级vno，
54.提供：类似一般民用业务下各个省移动的用户组；
55.服务：qos属性(优先级、cir、mir)；。
56.固定带宽层的主体从其可用的卫星带宽资源中通过订购或被分配等方式，获得一
定的固定带宽资源，并在之后的网络运行过程中，将自身获得的这些预定带宽资源，向其下层的主体提供。因此，对于固定带宽层主体，采用固定带宽分配方式，进而按照其所在波束进行相应带宽分配。
57.在本实施例中，卫星全网资源是由中国移动提供的总带宽资源，上层的vno通过带宽预定，分别从中获得一定的卫星带宽资源，即卫星带宽池，向其下层vno提供；下级vno进一步提供给其下级的各用户组；
58.对固定带宽层的vno也提供qos服务，相应的也就有qos属性，但因为层级的原因，只有优先级/cir/mir三种属性，例如，在应用时优先级可以设置成一致，cir/mir则不能调整，在提供带宽服务时，要按照事先的约定或预订做到。
59.b、下面的四层为非固定带宽层，包括：
60.中间两层：一层用户组，一层用户组业务；
61.最下两层：一层为终端用户，最低层为终端用户业务。
62.在本实施例中，具体包括：
63.③
用户组
64.提供：类似各省移动下面的渔船公司、游艇公司等不同类型的集体用户组；
65.服务：qos属性(优先级、cir、mir、时延、抖动)；
66.④
用户组业务(类似id的组服务计划)，
67.提供：类似各个渔船公司的不同业务差异化服务需求；
68.服务：qos属性(优先级、cir、mir、时延、抖动)；
69.⑤
终端用户，
70.提供：最终各个终端用户；
71.服务：qos属性(优先级、cir、mir、时延、抖动)；
72.⑥
终端业务(类似id的终端服务计划)，
73.提供：最终各个终端用户的不同业务差异化服务需求；
74.服务：qos属性(优先级、cir、mir、时延、抖动)。
75.非固定带宽层的主体，需要与其他主体共享上级主体的带宽资源。本公开中，这种共享可采用以下方法：
76.首先是，在其所处波束内部，基于一定的优化分配策略，与共处同一波束、且隶属同一上级主体的同层级主体进行共享；
77.其次，当在一个波束内，从某上级主体分配至该波束的带宽资源难以满足其下级各主体的通信需求时，则需要优化调整该上级主体向不同波束的带宽分配，或将部分主体向相邻波束迁移，来实现不同波束内主体的带宽共享。
78.(2)网络初始状态
79.按照上面的qos分层策略，在初始状态对各主体进行带宽分配，包括以下步骤：
80.a、对于固定带宽层的主体，按照其预定的带宽、所处的波束，将享有的卫星带宽资源向相应波束进行固定带宽分配；
81.b、对非固定带宽层各主体进行初始状态的带宽分配，即：将每个波束分配到的带宽资源，按照其所来源的主体，向该波束内其下级的各主体进行初步分配。分配策略可以按照各主体预定的qos指标，包括总流量、约定信息速率、最大带宽限制、以及主体的优先级
等。在上面的示例中，可根据用户组、终端、终端业务的优先级/cir/mir等qos属性，进行调度的选择和资源分配。
82.(3)网络运行过程中
83.不断收集非固定带宽层各主体的通信需求，对其享有的带宽资源进行调配，这种调配指：对隶属于同一上级主体的同一层级主体，在同一波束内或不同波束之间，对所共享的带宽资源进行调整分配。
84.具体而言，根据收集到的需求：
85.先在同一波束内，对该波束中隶属于同一上级主体的同层级主体进行可共用带宽资源的调整分配；
86.当同一波束内的可用带宽难以满足这部分主体的需求时，优化调整其上级主体所享有的全部可用带宽资源向不同波束的分配方案，以满足带宽资源紧张的波束的需求；
87.当通过上述波束间的优化分配，某用户组的带宽在某个波束仍得不到满足时，可以将该用户组的部分用户迁移到相邻波束，以均衡全网的负担。
88.本实施例中，采用了全网带宽管理gqos和单个波束协议处理ps两个网元，实现上述的分层qos策略，其中：
89.如附图2所示，全网带宽管理网元负责维护
①
到
④
层的qos结构，完成全网卫星带宽资源在用户组和用户组业务层级向不同波束的分配；
90.如附图3所示，单波束协议处理单元ps负责维护
③
到
⑥
层的qos结构，负责完成单个波束内的可用带宽资源在本波束内的分配；以及不断收集本波束内通信主体的通信需求，上报给全网带宽管理单元。
91.基于这两个管理单元，全网qos端到端的主要流程包括：
92.(1)网络初始状态，ps根据服务商提供的用户组、终端、终端业务的优先级/cir/mir等qos属性，进行本波束内可用带宽资源的调度选择和资源分配；
93.(2)网络稳定状态，即全局带宽管理网元和全网全部的ps建立连接(需要完成全网统一上报和分配的时钟同步)，并且收到全网全部的ps业务需求上报时，全局带宽管理单元，基于各级用户组、用户组业务的qos属性、业务总需求、负载平衡等，动态调整各ps级别的用户组cir和mir，实现带宽资源在不同ps单元间即不同波束间的调整分配，以实现对不同用户组、不同用户的业务服务需求。
94.更加具体的流程，简单示意如附图4，主要包括：
95.(1)卫星终端周期性上报返向不同业务的数据需求，默认周期125ms；
96.(2)ps统计各个卫星终端前向不同业务前向的数据需求，默认周期1ms；
97.将所有终端的前返向业务需求汇总，生成用户组、用户组业务两级的业务需求；
98.然后，周期性上报gsp需求，默认周期为5s；
99.(3)gqos汇总所有ps需求后，按照各级的需求和各级的qos配置，负载平衡、最大化流量等因素，实施对各波束的带宽分配；
100.(4)ps收到用户组、用户组业务的动态cir/mir分配结果后，调整维护的用户组、用户组业务的cir/mir，并更新相关的令牌桶；
101.(5)ps在处理用户的业务调度和资源分配时，按照新的令牌桶进行分配。
102.当某个用户组的带宽在某个波束得不到满足时，可以将该用户组的部分用户迁移
到相邻波束。
103.可见，本公开将qos策略应用到vno、用户组和用户，尤其是应用到vno和用户组，在资源调度分配时，按照各层qos策略进行分配，可根据实时的波束带宽资源利用率，在波束之间进行负载均衡管理，能避免资源超配，同时保障高优先级业务。
104.上述技术方案只是本发明的示例性实施例，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施例所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

技术特征：
1.一种卫星全网带宽分配方法，包括以下步骤：s1，进行全网各级通信主体的qos策略分层，上层为固定带宽层，下层为非固定带宽层，固定带宽层和非固定带宽层内均包括上下若干层级的通信主体，每个上级主体下设有若干下级主体，上级主体享有的带宽资源成为供其下级主体共享的带宽资源池；s2，以固定带宽方式，向固定带宽层各主体分配当前可用卫星全网带宽资源，进而分配到各主体所在波束；s3，对非固定带宽层各主体进行初始状态的带宽分配；s4，网络运行过程中，不断收集非固定带宽层各主体的通信需求，对其享有的带宽资源进行调配，包括：对隶属于同一上级主体的同一层级主体，在同一波束内或不同波束之间，对所共享的带宽资源进行调整分配。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1中，所述固定带宽层为虚拟运营商层，其中包括上下两级，上级主体包括特殊业务运营商和普通业务运营商，下级主体包括按区域划分的各地运营商；所述非固定带宽层中包括四层主体，自上而下依次为：用户组层，用户组业务层，终端用户层，终端用户业务层。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤s3中的初始状态带宽分配方法具体包括：按照各主体预定的qos指标，包括总流量、约定信息速率、最大带宽限制、以及主体的优先级，将可供其分配的卫星带宽资源初步分配到各主体所在的波束。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤s4中的调配方法包括：对于收集到的需求：先在同一波束内，对该波束中隶属于同一上级主体的同层级主体进行可共用带宽资源的调整分配；当同一波束内的可用带宽难以满足这部分主体的需求时，则将其上级主体所享有的可用带宽资源向不同波束的分配方案进行优化调整。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤s4具体包括：卫星终端按第一周期不断上报返向不同业务的数据需求；按第二周期不断统计各个卫星终端前向不同业务前向的数据需求；将所有终端的前返向业务需求汇总，生成用户组、用户组业务两级的业务需求，按照第三周期不断上报；汇总各个波束的需求后，根据实时的波束带宽资源利用率、以及波束之间的负载均衡管理原则，将固定带宽层中下级虚拟运营商主体拥有的带宽向各波束的分配进行优化调整；各波束收到用户组、用户组业务的带宽资源动态分配结果后，调整维护的用户组、用户组业务的cir/mir，并更新相关的令牌桶；在处理用户的业务调度和资源分配时，按照新的令牌桶进行分配。6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤s4中，第一周期取为125ms；第二周期取为1ms；第三周期取为5s。7.根据权利要求1所述的方法，所述步骤s4中还包括以下步骤：
将可用带宽资源难以满足通信需求的波束内的主体向相邻波束迁移，以优化全网带宽资源的分配。8.一种应用权利要求1-7中任一所述方法的卫星全网带宽分配装置，其特征在于，包括：全网带宽管理模块，负责完成卫星全网带宽资源向不同波束的分配；单个波束协议处理模块，负责完成单个波束内的可用带宽资源在本波束内的分配；以及不断收集本波束内通信主体的通信需求，上报给全网带宽管理模块。9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述全网带宽管理网元，用于维护虚拟运营商层、用户组层以及用户组业务层的qos结构；单个波束协议处理模块，用于维护用户组层、用户组业务层、终端用户层、终端用户业务层的qos结构。

技术总结
一种卫星全网带宽分配方法，包括以下步骤：进行全网各级通信主体的QOS策略分层，上层为固定带宽层，下层为非固定带宽层；以固定带宽方式，向固定带宽层各主体分配当前可用卫星全网带宽资源，进而分配到各主体所在波束；对非固定带宽层各主体进行初始状态的带宽分配；网络运行过程中，不断收集非固定带宽层各主体的通信需求，对其享有的带宽资源进行调配，包括：对隶属于同一上级主体的同一层级主体，在同一波束内或不同波束之间，对所共享的带宽资源进行调整分配。该方法通过对需求的实时统计和带宽资源的优化分配，实现了全网资源在不同波束下的共享，提高了卫星带宽资源的利用率和全网的负担均衡。全网的负担均衡。全网的负担均衡。


技术研发人员：高洪佳 卜凡猛 张丹青 郑文波
受保护的技术使用者：北京航天科工世纪卫星科技有限公司
技术研发日：2023.07.04
技术公布日：2023/9/14