1.一种密集用户场景下低轨卫星通信系统切换管理方法,其特征在于,该方法包括以下步骤:
S1:分群属性预测;用户终端不断测量卫星发射的导频信号强度,当触发分群操作后,用户终端进行分群属性预测;
S2:成员选择;服务卫星根据分群属性,挑选出在切换触发时刻下,处于切换边缘的一组用户,即同一群组内的成员;
S3:群组切换准备,服务卫星与目的卫星通过Group Handover Init消息和Group Handover Back消息进行接纳控制,无线资源预留和信道分配;
S4:切换执行,服务卫星向用户终端发送切换命令,执行切换;
S5:资源释放,服务卫星和目的卫星释放为切换用户保留的资源。
2.根据权利要求1所述的低轨卫星通信系统切换管理方法,其特征在于,步骤S1中,所述分群属性预测具体包括以下步骤:
S11:计算切换时刻;当信号强度低于分群触发阈值ythreshold2时,用户终端根据历史接收信息,通过预测接收信号强度RSSIt=yt,根据切换触发阈值ythreshold1,得到切换触发时刻tHO;
S12:计算邻区候选集;用户终端根据广播的星历信息,计算单星最大覆盖半径rmax和切换触发时刻tHO时星下点与终端的距离lHO,得到切换触发时刻的卫星覆盖情况,即邻区候选集 其中N为单星内的波束数目,m分别为卫星候选集中卫星个数;
S13:最佳波束选择;根据邻区候选集内所有邻区波束,计算各波束空间关系值Pus,选择空间关系值最大的波束为最佳波束 用户终端将自身ID、切换时刻tHO和最佳波束 封装在USER_INFORMATION中,发送给当前服务卫星。
3.根据权利要求2所述的低轨卫星通信系统切换管理方法,其特征在于,其特征在于,步骤S11中,使用非线性回归的二次曲线模型对接收信号进行拟合预测,并采用最小二乘法估计出当前时刻服务波束的RSRP预测值为RSRPt=yt;设切换触发阈值为ythreshold1,若y(t)≥ythreshold1,继续计算y(t+Δt),直到y(t+kΔt)<ythreshold1,Δt为快照间隔,k=1,2,3,…,此时,估计切换触发时刻为tHO=t+kΔt。
4.根据权利要求2所述的低轨卫星通信系统切换管理方法,其特征在于,其特征在于,步骤S12中,用户终端根据广播星历预测信息,得到卫星的星下点位置(sj,sw),同时根据GPS获取自身位置信息(uj,uw),分别计算临近卫星的星下点与终端的距离为:其中,RE为地球半径;对于l[i]≤rmax的卫星进入卫星候选集S,记为S={S1,S2,…,Sm}。
5.根据权利要求2所述的低轨卫星通信系统切换管理方法,其特征在于,其特征在于,步骤S13中,卫星各波束采用圆波束模型,波束空间关系值Pus的计算公式为:其中,us、uu分别表示用户和波束运动速度,Lus表示用户与波束中心点的连接线,|θ|表示卫星运动方向与Lus延长线之间的夹角,|φ|表示用户运动方向与Lus之间的夹角,以卫星运动方向顺时针为正,逆时针为负;uus为在Lus方向上用户与波束速度的投影差uus=uscosθ‑uucosφ;R代表波束覆盖半径。
6.根据权利要求1所述的低轨卫星通信系统切换管理方法,其特征在于,步骤S2中,所述成员选择具体包括以下步骤:
S21:设N为分群扫描间隔Δt时间内收到USER_INFORMATION包的个数,称为成员集合,其中扫描间隔定义为Δt=τ(tho_fist‑tsim_time),tsim_time为收到第一个USER_INFORMATION包的时刻,tho_fist为用户终端的切换时刻,τ为调节参数,取值范围为0<τ<1;
n
S22:提取出用户终端信息U ,依次比较用户终端信息中的最佳波束,如果切换用户终端n
的最佳波束与U中的一致,则保留该用户;否则,将该用户排除在外;
S23:切换时刻的相似程度通过计两两数据之间的距离来衡量,用户i与成员集合中所有节点的时间相似度总和(Time Similarity,TS)定义为 则用户i相对于成员集合的群体相似值(Group Similarity,GS)为 其中N为成员集合的总个数,分别计算所有保留用户的GS值,并进行比较直到选出GS值最小的用户,该用户被声明为群首(Group Leader,GL),其G值设为该用户ID;
S24:计算剩余所有保留用户与GL之间的切换时间差,并按差值从小到大划分到以其为群首的群中,G值设为GL的ID,直到群成员数达到上限。
7.根据权利要求1所述的低轨卫星通信系统切换管理方法,其特征在于,步骤S3中,所述群组切换准备具体包括以下步骤:
S31:当卫星A收到来自群首的切换申请后,向目的卫星B发送群组切换初始化(Group Handover Init,GHInit)信息,包含该群中所有用户终端信息;
S32:对于可接受用户,目的卫星B会为用户进行接纳控制、无线资源预留和信道分配,同时根据user_id对应更新接收用户状态信息中的next_sat和preserved_channel,并将state设置为“link”状态;而将拒绝用户的state设置为“init”状态;最后将上述切换准备的结果信息封装成群组切换回复(Group Handover Back,GHBack)信息发送给卫星A。
8.根据权利要求7所述的低轨卫星通信系统切换管理方法,其特征在于,步骤S4中,所述切换执行具体包括以下步骤:
S41:当A收到GHBack信息时,立即解析出可接受的群成员和空口信道资源,将对应用户的state字段从“link”更新为“in_group_handover”;
S42:A将相关的切换接入信息封装在切换命令中,表示切换请求被满足,通过用户链路发送给群成员,执行切换。
9.根据权利要求8所述的低轨卫星通信系统切换管理方法,其特征在于,步骤S5中,所述资源释放具体包括以下步骤:
S51:B向A发送群组确认消息(Group Acknowledge,GAck),携带所有切换成功的用户标识符,同时释放为没有按期切换的用户终端保留的资源;
S52:当A收到GAck时,进行资源释放,清除为切换成功的群成员分配的信道,同时清除分群信息。