申请/专利权人：中国电子科技集团公司第二十九研究所

申请日：2019-08-01

公开（公告）日：2020-11-24

公开（公告）号：CN110417684B

主分类号：H04L12/865(20130101)

分类号：H04L12/865(20130101);H04L12/863(20130101);H04L12/875(20130101)

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2020.11.24#授权;2019.11.29#实质审查的生效;2019.11.05#公开

摘要：本发明公开了一种用于相控阵捷变波束的下行数据包调度方法，所述方法包括：地面控制中心下发参数；判断当前终端是否满足归一化数据包数，最大时延等条件；通过加权轮询调度当前终端的三个队列；由于在是否调度当前用户时采用了数据包数和时延等多个判断条件，因此在保证用户终端数据包时延要求条件下，尽量在每个时隙满负荷的发送数据包，提高了卫星下行容量。

主权项：1.一种用于相控阵捷变波束的下行数据包调度方法，其特征在于，包括：步骤1，系统初始化：波束服务M个用户终端，为波束当前服务的用户终端建立三个队列：高优先级队列、中优先级队列和低优先级队列；设定控制中心下发如下参数：初始归一化门限Td＝α；第m个用户终端每个时隙能发送的数据包为Nm，其中m＝1，2，...M；高优先级队列、中优先级队列和低优先级队列的调度权值分别为w1，w2，w3，时延权值分别为v1，v2，v3，时延门限T；当前时隙将调度的用户终端序号indx，初始indx＝1；轮空计数器K，初始K＝0；执行步骤2；步骤2，判断当前用户终端若满足条件一、条件二和条件三中的任意一个，则执行步骤3，否则执行步骤5；条件一：SindxNindx＞Td；条件二：条件三：K＞M且Sindx＞0；其中，Sindx表示第indx个用户终端的三个队列中剩余数据包数的总和；Nindx表示第indx个用户终端一个时隙能发送的数据包数；表示第indx个用户终端的第i，i＝1，2，3个队列的最大时延；步骤3，对当前用户终端的高优先级队列、中优先级队列和低优先级队列按照加权轮询的方式进行调度：先调度高优先级队列的w1个数据包，再调度中优先级队列的w2个数据包，再调度低优先级队列的w3个数据包，以此循环，直到调度的总数据包数等于Nindx或三个队列都为空；执行步骤4；步骤3中，优先级越高，每次调度的包数越多，即w1＞w2＞w3；步骤4，使Td＝maxα，SindxNindx，K＝0，执行步骤6；步骤5，使K＝K+1，indx＝indx+1，执行步骤2；步骤6，对除第indx个终端以外的所有用户终端的三个队列，若第m个用户终端的第i个队列长度不为0，则其中m＝1，2，…，M，且m≠indx；然后使indx＝indx+1，执行步骤2。

全文数据：一种用于相控阵捷变波束的下行数据包调度方法技术领域本发明涉及用于卫星通信领域的数据包调度方法，尤其是一种用于相控阵捷变波束的下行数据包调度方法。背景技术在基于处理转发的卫星通信系统中，数据包调度是其中的一个关键技术，而采用相控阵捷变波束与采用固定波束的调度相比存在特殊性，特别是在中低轨卫星系统中，采用高增益捷变波束，一个波束需要为多个用户终端服务，每个时隙仅能向一个用户终端发送数据包，且每个时隙能容纳的数据包的数量随着用户终端的终端能力和链路状态的不同而不同。现有针对无线资源调度的算法如WRR算法见文献：无线网络中WRR调度算法的改进：尹凤杰、金鑫等；辽宁大学学报，Vol.40,No.2,2013,121-124、无线公平排队算法IWFQ，见文献：Fairschedulinginwirelesspacketnetworks:SongwuLu等，IEEEACMTransactionsonnetworking,Vol.7,issue4,Aug.1999,473-489等都没有考虑中低轨通信卫星的物理层特征，无法完全适用于基于相控阵捷变波束的卫星通信系统中。多媒体卫星通信具有覆盖范围广、不受地理条件影响等优势，能与地面移动通信形成优势互补。由于通常卫星系统是能量受限系统，对于卫星下行，在发射总功率一定的情况下，波束宽度越窄卫星通信能力越强，卫星容量越大。然而，波束越窄意味着卫星的有效覆盖面积越小，从而无法充分发挥卫星通信优势。随着相控阵技术的成熟，越来越多的将相控阵技术应用到卫星通信中，通过利用相控阵波束的捷变能力，分时覆盖不同的区域，能在不降低卫星通信能力和通信容量的情况下，有效提高卫星的等效覆盖面积。另一方面，通过采用相控阵捷变波束，通过波束分时按需覆盖不同区域，能有效提高卫星资源利用率。发明内容本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种用于相控阵捷变波束的下行数据包调度方法，在保证用户终端数据包时延要求条件下，尽量在每个时隙满负荷的发送数据包，提高卫星下行容量。本发明采用的技术方案如下：一种用于相控阵捷变波束的下行数据包调度方法，包括：步骤1，系统初始化：波束服务M个用户终端，为波束当前服务的用户终端建立三个队列：高优先级队列、中优先级队列和低优先级队列；设定控制中心下发如下参数：初始归一化门限Thd＝α；第m个用户终端每个时隙能发送的数据包为Nm，其中m＝1,2,…M；高优先级队列、中优先级队列和低优先级队列的调度权值分别为w1,w2,w3，时延权值分别为v1,v2,v3，时延门限T；当前时隙将调度的用户终端序号indx，初始indx＝1；轮空计数器K，初始K＝0；执行步骤2；步骤2，判断当前用户终端若满足条件一、条件二和条件三中的任意一个，则执行步骤3，否则执行步骤5；条件一：SindxNindxThd；条件二：条件三：KM且Sindx0；其中，Sindx表示第indx个用户终端的三个队列中剩余数据包数的总和；Nindx表示第indx个用户终端一个时隙能发送的数据包数；表示第indx个用户终端的第i个队列的最大时延，其中i＝1,2,3；步骤3，对当前用户终端的高优先级队列、中优先级队列和低优先级队列按照加权轮询的方式进行调度：先调度高优先级队列的w1个数据包，再调度中优先级队列的w2个数据包，再调度低优先级队列的w3个数据包，以此循环，直到调度的总数据包数等于Nindx或三个队列都为空；执行步骤4；步骤4，使Thd＝maxα,SindxNindx，K＝0，执行步骤6；步骤5，使K＝K+1，indx＝indx+1，执行步骤2；步骤6，对除第indx个终端的所有用户终端的三个队列，若第m个用户终端的第i个队列长度不为0，则其中m＝1,2,…,M，且m≠indx；然后使indx＝indx+1，执行步骤2。优选地，每个所述波束的时隙的长度等长。优选地，所述数据包为固定长度。优选地，步骤3中，优先级越高，每次调度的包数越多，即w1w2w3。综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明在调度用户终端的数据包时，采用加权轮询方式调度其高中低三个优先级的队列，从而保证优先级高的具备更高的被调度可能，能保证业务时延，同时也能较好的提高资源利用率。附图说明为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。图1为本发明的流程图。图2为本发明的系统工作示意图。图3为本发明的实施例1的调度效果展示图。具体实施方式为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下行链路中相控阵的捷变，可以采用按地面区域划分的固定波位来捷变，也可以采用按用户终端点对点捷变。对于中低轨通信卫星，由于卫星的移动，采用固定波位捷变并无好处，因此本发明采用按用户终端点对点捷变，即根据用户终端的位置，将波束中心指向需要服务的用户终端，点对点的向该用户终端发送数据。本发明提供的一种用于相控阵捷变波束的下行数据包调度方法，如图1-2所示，设定每个所述波束的时隙的长度等长，数据包也为固定长度，然后执行以下步骤：步骤1，系统初始化：波束服务M个用户终端，为波束当前服务的用户终端建立三个队列：高优先级队列、中优先级队列和低优先级队列；设定控制中心下发如下参数：初始归一化门限Thd＝α；第m个用户终端每个时隙能发送的数据包为Nm，其中m＝1,2,…M；高优先级队列、中优先级队列和低优先级队列的调度权值分别为w1,w2,w3，时延权值分别为v1,v2,v3，时延门限T；当前时隙将调度的用户终端序号indx，初始indx＝1；轮空计数器K，初始K＝0；执行步骤2；步骤2，判断当前用户终端若满足条件一、条件二和条件三中的任意一个，则执行步骤3，否则执行步骤5；条件一：SindxNindxThd；条件一为归一化包总数条件，即当前调度的用户终端indx的三个队列的剩余数据包数的总和Sindx与其一个时隙能发送的数据包数Nindx之比大于归一化门限Thd；由于每个用户终端的能力天线口径和链路差异，调制编码方式甚至带宽有所不同，使得在相同长的时隙下所能发送的数据包数量不同，因此这里采用的为归一化门限；由于相控阵捷变波束为定向天线，单个时隙只能服务一个用户终端，而时隙长度固定，因此为了充分利用卫星宝贵的资源，希望每个时隙都能满负荷的向用户终端发送数据，因此在调度中，希望在发送给第indx个用户终端的时隙，发送的数据包数为其在单个时隙下所能发送的数据包的最大数量Nindx，以提高系统容量。条件二：条件二为时延条件，即当前用户终端的三个队列中任何一个队列的加权时延大于设定的门限时，则调度该用户终端；表示第indx个用户终端的第i个队列的最大时延，其中i＝1,2,3；条件三：KM且Sindx0；条件三表示当所有用户都无法满足以上两个条件时，则调度下一个非空用户终端。步骤3，对当前用户终端的高优先级队列、中优先级队列和低优先级队列按照加权轮询的方式进行调度：先调度高优先级队列的w1个数据包，再调度中优先级队列的w2个数据包，再调度低优先级队列的w3个数据包，以此循环，直到调度的总数据包数等于Nindx或三个队列都为空；执行步骤4；步骤3中，优先级越高，每次调度的包数越多，即w1w2w3，以此保证高优先级的先被调度。为了减小星上计算复杂度，该权值w1,w2,w3由控制中心上注，可动态改变。步骤4，更新门限参数Thd，使Thd＝maxα,SindxNindx，K＝0，执行步骤6；步骤5，使K＝K+1，indx＝indx+1，执行步骤2；步骤6，对除第indx个终端的所有终端的三个队列，若第m个终端的第i个队列长度不为0，则其中m＝1,2,…,M，且m≠indx；然后使indx＝indx+1，并执行步骤2。以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。实施例1对一个中低轨卫星，假设某捷变波束服务20个用户终端，所有用户终端的能力和链路状态相同，每个时隙都能发送30个数据包，每帧有40个时隙。控制中心上注的参数分别为[w1,w2,w3]＝[6,3,1]，[v1,v2,v3]＝[1,0.6,0.3]，时延门限T＝30，初始归一化门限Thd＝α＝1。高优先级队列的业务为低时延抖动恒定速率业务，用户终端1到10有该类型业务；中优先级队列的业务为带突发的恒定速率业务；低优先级队列的业务为突发低等级业务，卫星提供尽力而为服务。如图3的上部分所示，为各用户终端不同优先级的业务的平均数据包输入量，各用户终端的高优先级队列的每帧输入包数随机产生，同一用户终端每帧包数相同，中优先级队列包括恒定速率部分和突发部分，低优先级队列每个用户的每帧随机产生到达包数。在1000帧后，各用户终端不同优先级队列的平均时延如图3下部分所示，可以看出对所有用户终端，高优先级队列的平均时延低于中优先级队列，优先级越高时延越小。经过统计每个时隙的平均发送包数为28.9个，几乎处于满负荷发送。高优先级队列从数据包输入到调度输出的最大时延为0.5个帧长，中优先级队列的最大时延为1个帧长，低优先级队列的最大时延为2.5个帧长。通过该实施例可以看出本发明能保证业务时延，同时也能较好的提高资源利用率。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：1.一种用于相控阵捷变波束的下行数据包调度方法，其特征在于，包括：步骤1，系统初始化：波束服务M个用户终端，为波束当前服务的用户终端建立三个队列：高优先级队列、中优先级队列和低优先级队列；设定控制中心下发如下参数：初始归一化门限Thd＝α；第m个用户终端每个时隙能发送的数据包为Nm，其中m＝1,2,…M；高优先级队列、中优先级队列和低优先级队列的调度权值分别为w1,w2,w3，时延权值分别为v1,v2,v3，时延门限T；当前时隙将调度的用户终端序号indx，初始indx＝1；轮空计数器K，初始K＝0；执行步骤2；步骤2，判断当前用户终端若满足条件一、条件二和条件三中的任意一个，则执行步骤3，否则执行步骤5；条件一：SindxNindxThd；条件二：条件三：KM且Sindx0；其中，Sindx表示第indx个用户终端的三个队列中剩余数据包数的总和；Nindx表示第indx个用户终端一个时隙能发送的数据包数；表示第indx个用户终端的第i,i＝1,2,3个队列的最大时延；步骤3，对当前用户终端的高优先级队列、中优先级队列和低优先级队列按照加权轮询的方式进行调度：先调度高优先级队列的w1个数据包，再调度中优先级队列的w2个数据包，再调度低优先级队列的w3个数据包，以此循环，直到调度的总数据包数等于Nindx或三个队列都为空；执行步骤4；步骤4，使Thd＝maxα,SindxNindx，K＝0，执行步骤6；步骤5，使K＝K+1，indx＝indx+1，执行步骤2；步骤6，对除第indx个终端的所有用户终端的三个队列，若第m个用户终端的第i个队列长度不为0，则其中m＝1,2,…,M，且m≠indx；然后使indx＝indx+1，执行步骤2。2.如权利要求1所述的用于相控阵捷变波束的下行数据包调度方法，其特征在于，每个所述波束的时隙的长度等长。3.如权利要求1所述的用于相控阵捷变波束的下行数据包调度方法，其特征在于，所述数据包为固定长度。4.如权利要求1所述的用于相控阵捷变波束的下行数据包调度方法，其特征在于，步骤3中，优先级越高，每次调度的包数越多，即w1w2w3。

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