一种宽带多媒体卫星系统带宽请求方法

摘要

本发明涉及一种宽带多媒体卫星系统带宽请求方法，本发明所采用的带宽请求模型由业务源、用户终端和卫星三个实体组成。通过对带宽请求系统模型的建立，带宽请求发送方式的设计，带宽需求估计算法的设计以及同步机制的设计实现了宽带多媒体卫星系统的带宽请求。该方法克服了单一带宽请求发送方式的局限性，解决了由于“拖欠时隙”估计值更新时机不当造成的带宽利用效率不高的问题，解决了由于带宽请求丢失造成带宽请求代理与带宽管理单元之间的失步问题。不仅能够明显提升卫星系统带宽使用效率，还能够在高负载业务条件下提高业务传输的实时性。

主权项

一种宽带多媒体卫星系统带宽请求方法，其特征在于：其通过以下过程实现：(一)建立带宽请求系统模型该带宽请求系统模型由业务源、用户终端和卫星三个实体组成；其中业务源是计算机或者摄像头，业务源可产生多媒体业务分组，也可从外界采集信息并转变为多媒体业分组；用户终端中完成带宽请求功能的部分由缓存队列、带宽管理代理和分组输出调度单元三部分组成；业务源与用户终端之间通过以太网互联，用户终端与卫星之间通过卫星信道实现通信；流程如下：(1)多媒体业务以IP分组的方式经以太网送入用户终端；(2)来自业务源的多媒体业务分组在用户终端的缓存队列中缓存；(3)带宽管理代理通过获取缓存队列长度和带宽分配信息，运行带宽需求估计(BRE)算法生成带宽请求并送至分组输出调度单元；(4)分组输出调度单元通过卫星信道将业务信息及带宽请求发送到位于星上的带宽管理单元；(5)带宽管理单元根据带宽请求信息将可用时隙先进行按需分配，再将剩余时隙以轮询方式自由分配给各用户终端，分配的结果通过带宽分配信息经卫星信道发送至带宽管理代理，带宽分配信息中指示了每个时隙是采用按需分配方式还是自由分配方式；(6)带宽管理代理再次根据缓存队列长度、BRE算法和宽带分配信息生成带宽请求；(二)构建带宽请求发送方式为了确保带宽请求发送的效率，针对不同的应用场景选择不同的请求发送方式，具体如下：(1)用户终端初始入网时采用随机接入方式，即可以随机选择一个时隙进行发送；(2)入网成功之后首次发送业务之前采用固定分配方式，即在连续每个超帧或帧的固定位置分配一个时隙给该用户终端；(3)用户终端业务接入成功后采用捎带方式，即在业务信息上附加一个信息字段用于传输带宽请求信息；(三)采用带宽需求估计算法进行计算本发明的带宽需求估计算法称为基于发送状态更新的带宽需求估计(Sending Update Bandwidth Requirement Estimation SU‑BRE)算法，该算法在卫星和用户终端侧分别运行，其中用户终端侧工作过程如下：(1)用户终端接收卫星下行广播信息，并通过对信息头的解析获得发给本用户终端的带宽分配信息；(2)带宽分配信息中指示了用户终端下一次发送时机(PTO)的相关信息，其中包括载波频点、载波速率、时隙位置、调制方式、编码方式，除此之外还包括PTO类型，即该时隙是按需分配时隙还是自由分配时隙；(3)根据当前时刻与计算出的PTO时刻的差值，带宽管理代理设置一个定时器等待PTO的到达，当定时器终止时说明PTO到达，此时用户终端需要进行突发发送；(4)当PTO到达时，带宽管理代理根据式(4)生成带宽请求值R送至分组输出调度单元并指示分组输出调度单元进行突发发送，其中Q为缓存队列长度，N_due为“拖欠时隙”数，N_due初值为0；R＝max{Q‑N_due,0}           (4)(5)生成带宽请求值R后，带宽管理代理根据式(5)更新N_due值；N_due＝N_due+R           (5)(6)再根据此PTO的类型确定是否对N_due值进行进一步更新，如果该PTO为按需分配时隙，则根据式(6)对N_due值进行进一步更新；N_due＝N_due‑1         (6)(7)返回步骤(4)，若无后续PTO到达返回步骤(1)；(四)进行同步机制设计同步机制的实现需要在带宽请求代理增加一个缓存单元用于存储过去一段时间P内用户终端发出的n个带宽请求信息(R(k‑n)…R(k‑1))，并在每个带宽请求信息上增加1个比特的重启指示位F_reset，其中F_reset＝1表明需要重新建立同步，其中F_reset＝0表明无需重新建立同步；同步机制需要在用户终端和卫星分别运行，用户终端侧具体流程为：(1)用户终端接收卫星下行广播信息，并通过对信息头的解析获得发给本用户终端的带宽分配信息；(2)带宽分配信息中指示了用户终端下一次的分组发送时机(PTO)，PTO为用户终端下一次发送的时隙位置及突发发送的相关信息，其中包括载波频点、载波速率、调制方式、编码方式，还包括PTO类型，即该时隙是按需分配时隙还是自由分配时隙；(3)根据当前时刻和计算出的PTO时刻的差值，带宽管理代理设置一个定时器等待PTO的到达，当定时器终止时说明PTO到达，此时用户终端需要进行突发发送；(4)PTO到达时，首先根据式(9)来确认星地是否同步，其中N_due为当前“拖欠时隙”的计数值，R(k‑n)为此前该用户终端发送的第n个带宽请求值；$N_{\mathrm{due}}<\underset{t=k-n}{\overset{k-1}{\Sigma }}R\left(t\right)$(5)如果满足式(9)，说明带宽请求没有丢失，将本次带宽请求中的F_reset置为0，如果不满足式(9)，说明带宽请求可能发生丢失，星地需要重新建立同步，将本次带宽请求中的F_reset置为1，并将N_due置为0；(6)根据式(10)生成带宽请求值R(k)并存入位于带宽管理代理的缓存当中；R(k)＝max{Q‑N_due,0}      (10)(7)删除位于带宽管理代理缓存当中的带宽请求值R(k‑n)；(8)根据式(11)对N_due值进行更新；N_due＝N_due+R(k)       (11)(9)将带宽请求信息送入分组输出调度单元，并指示突发发送；(10)根据PTO的类型确定是否对N_due值进行进一步更新，如果该PTO为按需分配时隙，则需要根据式(6)对N_due值进行进一步更新；(11)返回步骤(4)，若无后续PTO到达返回步骤(1)。