【摘 要】
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星地一体化网络利用低轨卫星协同地面通信网络来提供低时延、高带宽的用户接入服务,是未来通信邻域的重要发展趋势之一。在星地一体化网络中,卫星不仅可为地面基站提供高容量回程资源,还可以同地面基站一样具备星上处理和用户接入的能力。通过在星地一体化网络的基站或卫星中加入预缓存机制,整体网络性能可以得到进一步改善。与传统地面通信网络相比,星地一体化网络突破了理想化或是固化的回程容量约束,允许多个卫星为地面基站
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星地一体化网络利用低轨卫星协同地面通信网络来提供低时延、高带宽的用户接入服务,是未来通信邻域的重要发展趋势之一。在星地一体化网络中,卫星不仅可为地面基站提供高容量回程资源,还可以同地面基站一样具备星上处理和用户接入的能力。通过在星地一体化网络的基站或卫星中加入预缓存机制,整体网络性能可以得到进一步改善。与传统地面通信网络相比,星地一体化网络突破了理想化或是固化的回程容量约束,允许多个卫星为地面基站提供高容量卫星回程资源,这使得网络中的资源管控研究需要从地面网络和星地网络两个层面去考虑,用户的关联方式也从一对一关联转换为一对多关联。同时,该网络中的资源管控技术研究还需要充分考虑卫星网络传输特性以及不同类型用户业务对于传输信道要求的差异性。因而,如何设计高效的用户匹配、资源分配、接入选择等资源管控技术来提升星地一体化网络的整体能效是至关重要的工作。鉴于以上原因和挑战,本文聚焦于星地一体化网络中的两种典型传输模式:回程模式和再生模式。以最大化网络合速率以及系统接入用户数为目标,研究了两种模式下的接入与缓存资源协同管控技术,实现了用户需求的高效匹配和网络资源的充分利用。本文主要贡献及成果如下:1.针对回程模式,提出了一种适用于星地一体化网络回程模式下的联合用户匹配和资源分配的资源管控方法,有效地提升了网络合速率及系统接入用户数目。使用拉格朗日松弛方法将该模式下的资源管控优化问题解耦为地面网络资源管控优化子问题和星地网络资源管控优化子问题;随后,本文设计了两种低复杂度的算法分别用于解决第一个多目标子问题和第二个多关联子问题;仿真结果验证了在典型场景下所提算法相比较于对比算法可以获得28.5%120.7%的系统性能增益,且可以高效地节省计算时长。2.针对再生模式,提出了一种适用于星地一体化网络再生模式下的联合接入选择、用户匹配和资源分配的资源管控方法,在保证用户服务质量的同时提升了网络合速率。考虑该模式下的资源管控优化问题的非凸性以及复杂的约束条件,本文提出了一种基于遗传理论的资源管控算法,可通过迭代搜索获得全局最优解。仿真结果验证在典型场景下所提算法相比较于对比算法可以获得25%381.6%的系统性能增益,且在有效时间内所提算法可以达到全局最优解或接近最优的次优解。
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