[发明专利]一种基于业务预测的低轨卫星点波束关闭方法

说明书

本发明涉及一种基于业务预测的低轨卫星点波束关闭方法，属于低轨卫星通信领域，包括以下步骤：S1：从低轨卫星网络中获取历史业务时空分布信息，将业务量数据处理成按时间序列排列的二维业务分布热力图；S2：输入业务预测模型，预测下一时隙的业务分布情况，输出业务分布热力图；S3：基于业务预测结果，保证全网业务的覆盖，以关闭尽可能多的卫星波束为目标，对网络中的可关闭波束集合进行求解；S4：关闭该集合中的所有卫星波束。本发明能够在节约波束资源的同时，改善低轨卫星通信系统的乒乓切换效应，降低网络阻塞概率，提高系统服务质量。

技术领域

本发明属于低轨卫星通信领域，涉及一种基于业务预测的低轨卫星点波束关闭方法

背景技术

目前现有的低轨卫星系统中较少涉及波束关闭策略的相关研究。由于多波束低轨卫星网 络具有网络拓扑动态变化、网络中业务量时空分布不均及部分地区存在波束重叠覆盖现象等 特点，可能会引发严重的乒乓切换效应及大量的波束资源浪费。因此，低轨卫星波束关闭相 关技术成为了解决这些问题的关键。

在设计卫星波束的关闭策略时，首先需要充分考虑卫星通信系统全球覆盖、网络拓扑动 态变化等特点，尽量避免在部分波束关闭后出现覆盖漏洞，在保证系统服务质量的同时改善 用户切换频繁现象、降低系统乒乓切换率并减少不必要的波束资源浪费。其次，在低轨卫星 通信场景中，由于大陆版图和海洋版图用户分布情况有明显差异，且东西半球昼夜情况不同， 导致网络中业务量的分布存在一定的时空相关性。为保证网络用户的全覆盖，降低网络阻塞 率，可基于历史业务数据预测出未来网络中的业务分布情况，提前保留服务波束，提高系统 服务质量。进一步将不同地区未来可能存在的业务需求纳入对可关闭波束求解的约束当中， 提出基于业务预测的波束关闭方法。

发明内容

针对采用近极轨道星座的低轨卫星通信系统中高纬度地区波束重叠覆盖、系统乒乓切换 率高等现象，考虑到低轨卫星网络中业务量时空分布不均这一影响因素，本发明的目的在于 结合低轨卫星通信系统的特性提出适用于低轨卫星通信系统的波束关闭方法，基于对下一时 隙网络中业务分布情况的预测，关闭部分卫星波束，在保证系统服务质量的情况下节省大量 波束资源且减少用户波束间切换次数。

为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种基于业务预测的低轨卫星点波束关闭方法，包括以下步骤：

S1：从低轨卫星网络中获取历史业务时空分布信息，将业务量数据处理成按时间序列排 列的二维业务分布热力图；

S2：输入业务预测模型，预测下一时隙的业务分布情况，输出业务分布热力图；

S3：基于业务预测结果，保证全网业务的覆盖，以关闭尽可能多的卫星波束为目标，对 网络中的可关闭波束集合进行求解；

S4：关闭该集合中的所有卫星波束。

进一步，步骤S1中所述将业务量数据处理成按时间序列排列的二维业务分布热力图， 具体包括以下步骤：

S11：采用网格法，将网络覆盖区域划分为若干个的网格区域；

S12：定义每个网格中心的纬度为θ_c，网格经度长l_lon，纬度长l_lat，地球半径R_e，每个网格内的业务量N_u，得到网格业务密度ρ；将每个位于同一网格内的业务量取平均值作为该网格的业务量数值以表征该地区的业务量分布；

S13：以网格经纬度数据为坐标，以网格业务密度数据为热力图中各区域的取值，生成 二维业务分布热力图。

进一步，步骤S2中所述预测下一时隙的业务分布情况，是基于卷积LSTM模型的，具体包括以下步骤：

S21：以时间连续的业务分布热力图作为业务预测模型的输入，利用二维卷积神经网络 提取热力图的空间特征；