[发明专利]AOS中基于QoS的业务跨层功率控制方法

说明书

本发明提供一种AOS中基于QoS的业务跨层功率控制方法，包括：构造基于功率控制的AOS跨层资源优化模型；对跨层资源控制模块功率控制过程中影响业务QoS的相关元素进行分析；基于业务的QoS需求来构造效用函数；通过动态资源规划算法对效用函数进行求解，为各业务分配功率资源。本发明既保证了实时性业务的优先发送又降低了可靠性业务的误帧率，提高了业务的吞吐量，同时降低了系统的能量消耗，节省了资源。

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，具体而言，尤其涉及一种对卫星空间通信系统中的高级在轨系统进行功率资源控制的方法。

背景技术

随着空间站通信技术的不断发展,空间通信系统承载的业务类型越来越多，业务的QoS(Quality of Service，服务质量要求)也各不相同，为了满足复杂的数据需求，多国联合成立了空间数据系统咨询委员会(Consultive Committee for Space Data System,CCSDS)，并提出了高级在轨系统(Advanced Orbiting System,AOS)。AOS系统可以统一地、动态地处理多样化的数据类型，并满足其对应的QoS要求。但是信号传输时延较大、误码率较高，容易造成系统吞吐量降低等问题。增加发射功率可以使系统的吞吐量得到提升，但是因为功率资源有限，过多的消耗功率资源会造成浪费甚至降低系统的使用寿命，如何合理的控制功率资源成为AOS系统亟待解决的问题。

对于功率的控制问题，传统的固定功率分配方法将总功率平均分配给每一个业务，保证了功率分配的公平性，但是没有对应用层业务的QoS进行分析，不能很好的满足各类业务的需求。文献《基于LTE-A的无线资源分配算法研究》提出一种基于遗传算法的下行链路功率优化分配算法(Optimal power allocation algorithm for downlink based ongenetic algorithm，OPOGA)，该算法兼顾各类业务的QoS需求和公平性要求，利用遗传算法对功率分配模型进行求解，算法明显提高了QoS需求，但是没有考虑到功率消耗代价的函数，容易使系统的资源过度消耗。文献《AdHoc网络节能型功率控制与拥塞控制的跨层优化》就能耗和拥塞的问题提出相应的节能型功率控制与拥塞控制联合的优化算法，在最终的效用函数中引入了能量消耗成本函数，既提升了网络的效用又延长了网络的寿命，但是算法计算量较大，求解困难。文献《ARobust Energy Aware Power Control Algorithm withSINR-Flexible Requirement in Cognitive Radio Networks》算法比较容易实现，在满足信噪比要求的同时降低了总发射功率，考虑了功耗和信噪比之间的折衷，但是公平性较低。文献《认知无线网络中基于衬底模式的功率控制算法》提出一种改进的基于衬底模式的功率控制算法(Power control method based on substrate mode，PCBSM)，算法兼顾了业务的公平性，有效地降低了算法的时间复杂度，并考虑了系统中能量的消耗问题，但是算法没有对数据链路层的虚拟信道队列积压程度进行分析，容易导致信道的堵塞。

发明内容

根据上述提出AOS传输业务种类多、业务传输过程中存在的误帧率高、资源受限和物理信道状态时变的问题，提出一种基于业务QoS的跨层功率控制方法，该方法既保证了实时性业务的优先发送又降低了可靠性业务的误帧率，在提高业务的吞吐量的同时，降低了系统的能量消耗，节省了资源。

本发明采用的技术手段如下：

一种AOS中基于QoS的业务跨层功率控制方法，包括：

S1、构造基于功率控制的AOS跨层资源优化模型，所述跨层资源优化模型包括应用层、数据链路层、物理层以及跨层资源控制模块，所述跨层资源控制模块用于接收应用层提出的QoS要求、数据链路层输出的虚拟新到积压队列比以及物理层输出的信道状态并进行功率控制；

S2、对跨层资源控制模块功率控制过程中影响业务QoS的相关元素进行分析；