1.卫星地面融合网络数据传输方法,其特征在于:该方法包括以下步骤:S1:建模卫星及网关连接状态;
S2:建模卫星关联及链路选择变量;
S3:建模基站关联变量;
S4:建模簇头选择变量;
S5:建模网络总时延;
S6:建模卫星关联模式总时延;
S7:建模基站关联模式总时延;
S8:建模用户关联及资源分配限制条件;
S9:基于网络总时延最小化确定联合用户关联及资源分配策略;
在该方法中,令卫星数量为K,eMBB用户数量为L,mMTC用户数量为N;Sk表示第k个卫星,Ei表示第i个eMBB用户,Mn表示第n个mMTC用户, 表示Ei需要上传的数据量大小, 表示Mn需要上传的数据量大小,1≤k≤K,1≤i≤L,1≤n≤N;网络带宽资源划分为多个带宽相同的子信道,子信道带宽为B,用户采用频分多址的方式接入网络;
在S1中,建模卫星及网关连接状态具体包括:令 为Ei与Sk间链路连接状态,若表示Ei与Sk为邻居节点,两者之间存在直传链路,反之, 令xk,j∈{0,1}为Sk与Sj间链路连接状态,若xk,j=1,表示Sk与Sj为邻居节点,两者之间存在直传链路,反之,xk,j=0;令xk∈{0,1}为Sk与卫星网关连接状态,若xk=1,表示Sk与卫星网关存在直传链路,反之,xk=0;
在S2中,建模卫星关联变量具体包括:令αi,k∈{0,1}为Ei与Sk的关联变量,若αi,k=1,表示Ei与Sk建立关联,进行数据传输;反之,αi,k=0;令αi,k,j∈{0,1}为星间链路选择关联变量,若αi,k,j=1,表示Ei经Sk与Sj间的卫星链路传输数据,反之,αi,j,k=0;令 为卫星/网关链路选择变量,若 表示Ei经卫星/网关链路传输数据,反之,在S3中,建模基站关联变量具体包括:令 为Ei与基站的关联变量,若表示Ei与基站建立关联,反之, 令 为Mn与基站的关联变量,若 表示Mn与基站建立关联,反之,
在S4中,簇头选择变量具体包括:令βn,i∈{0,1}为Mn与Ei的关联变量,若βn,i=1,表示Mn采用簇头转发模式,选择Ei作为簇头,进行数据转发,反之,βn,i=0;
s b s b
在S5中,建模网络总时延为T=T +T ,其中,T表示卫星关联模式总时延,T表示基站关联模式总时延;
在S6中,建模卫星关联模式总时延具体包括:用户通过直接传输模式或簇头转发模式传输数据至卫星,卫星经网关接入核心网对应的时延,建模为: 其中, 为Ei传输自身数据及转发mMTC用户数据对应的时延,建模为
1) 表示Ei作为簇头转发mMTC用户数据对应的时延,建模为 其中,为Mn传输数据至Ei对应的速率,建模为 为Mn传输数据至Ei的2
发射功率, 为Mn与Ei之间链路增益,σ为噪声功率;
2) 表示Ei传输数据到Sk对应的时延,建模为 其中, 为Ei所需传输的总数据量,建模为 为Ei传输数据至Sk对应的速率,建模为为Ei传输数据至Sk的发射功率, 为Ei与Sk之间链路增益;
3) 表示Ei经Sk与Sj间的卫星链路传输数据对应的时延,建模为 其中,为Sk与Sj之间链路的传输数据速率,建模为 Gr和Gt分别表示卫星接收天线增益和发射天线增益, 为Sk传输数据至Sj的发射功率, 为Sk与Sj间的卫星链路自由空间损耗,建模为 其中,c为光速,f为载波频率, 为Sk与Sj的距离,ks和Ts分别表示玻尔兹曼常数和系统噪声温度,N0为噪声功率谱密度函数,建模为N0=ksTS;
4) 表示Ei经Sk与卫星网关链路传输数据对应的时延,建模为 其中, 为Sk传输数据至卫星网关对应的速率,建模为 为Sk传输数据至卫星网关的发射功率, 为Sk与卫星网关之间链路增益,建模为 其中,Ggr为卫星网关的接收天线增益,Lp为雨衰因子, 为Sk与卫星网关链路间的自由空间损耗,建模为为Sk与卫星网关间的距离;
在S7中,建模基站关联模式总时延具体包括:用户通过直接传输模式或簇头转发模式传输数据至基站,进而转发至核心网对应的时延,建模为:
1) 表示Ei传输数据到基站对应的时延,建模为 其中, 为Ei传输数据至基站对应的速率,建模为 为Ei传输数据至基站的发射功率,为Ei与基站之间链路增益;
2) 表示Mn传输数据到基站对应的时延,建模为 其中, 为Mn传输数据至基站对应的速率,建模为 为Mn传输数据至基站的发射功率, 为Mn与基站之间链路增益;
在S8中,建模用户关联及资源分配策略具体包括:
1)Mn关联变量的限制条件为
2)Ei关联变量的限制条件为
3)Ei的传输速率限制条件为 其中,Ei的传输速率为为Ei经卫星转发数据对应的速率,建模为为Ei的最小传输速率需求;
4)Mn的传输速率限制条件为 其中,Mn的传输速率为为Mn通过Ei转发数据对应的速率,建模为 1≤i≤L,1≤k≤K,1≤j≤K,k≠j, 为Mn的最小传输速率需求;
5)路由选择约束条件为αi,k,j=0,若xi,k,j=0; 若xk=0;αi,k=0,若
6)数据转发守恒限制条件为
S9具体包括:在满足用户关联及资源分配限制条件,以网络时延最小化为目标,优化确定用户关联及资源分配策略,即:其中, 分别表示优化后的αi,k、αi,k,j、βn,i、