一种卫星网络小区呼吸处理方法及系统

1.本发明涉及卫星互联网技术领域，具体涉及一种卫星网络小区呼吸处理方法及系统。另外，还涉及一种电子设备及处理器可读存储介质。


背景技术：

2.巨型低轨卫星星座可以为地球上33.8％的陆地网络无法到达的人口提供高容量、低延迟和全覆盖的互联网服务。但是自卫星网络诞生以来，就面临低利用率的问题。卫星能否得到充分的利用至关重要。目前星座中发射最密集的星链(starlink)已经发射了2653颗卫星，并获得了33个国家和地区的服务授权。一种新型的通信卫星商业模式正在试行，但是卫星星座的利用率不仅受到商业模式的影响，也同时受到星座构型和用户分布的影响，且这种影响可能会在星座的发展后期形成瓶颈，在星座部署和运营的初期考虑这些影响能有效的减少损失。考虑到卫星发射、轨道维护以及卫星与地球的相对运动等问题，现有的许多低轨巨型星座都采用均匀的星座构型为地面用户提供互联网服务。但实际上地面用户分布极不均衡，约86％的人口集中在5％的区域。人烟稀少的海洋、沙漠、森林等地区占据了地球大部分面积，通信卫星在这些地区上空时会处于低负载或闲置状态，利用率很低。相比之下，密集区域的卫星由于容量不足而出现拥塞，拥塞促使卫星星座的规模均匀增加，进一步加剧了稀疏地区闲置卫星的浪费。
3.现有技术中，无线蜂窝网络可以通过改变小区覆盖面积来进行负载均衡和能源节约。这种基站根据自身的负载调整工作范围的技术被称为小区呼吸(cell breathing)或者小区调焦(cell zooming)。调整的技术主要包括以下几种：物理调整、调整导频信号强度、中继技术、关联策略调整等。然而，对于现有的中心化小区呼吸处理方案，由于巨型星座的规模较大，单颗卫星的覆盖面积较广，中心化方案需要所有用户的信息进行中心计算，因此计算开销较高；对于现有的分布式小区呼吸处理方案，由于卫星同时面临用户潮汐和卫星运动反向潮汐，卫星负载急剧变化，分布式方案却只能缓慢收敛，调整速度慢，容易造成了小区呼吸的失效；同时卫星不断移动，相对位置不断变化，现在能实现全球覆盖的卫星组合在下个时刻无法实现全球覆盖，小区呼吸可能反而会导致覆盖漏洞的出现。因此如何提供一种有效的小区呼吸处理方案来提升卫星网络效率成为亟待解决的难题。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供一种卫星网络小区呼吸处理方法及系统，以解决现有技术中存在的卫星网络小区呼吸处理方案局限性较高，从而导致卫星网络效率较差的缺陷。
5.第一方面，本发明提供一种卫星网络小区呼吸处理方法，包括：
6.根据目标区域内用户终端的分布密度特征和所述目标区域对应卫星的负载容量阈值，将所述目标区域划分为相应的不重叠的区块；
7.基于所述目标卫星在所述区块中的移动特征，确定所述目标卫星对应的导频信号功率以及所述导频信号功率的调整步长。
8.进一步的，在基于所述目标卫星在所述区块中的移动特征，确定所述目标卫星对应的导频信号功率以及所述导频信号功率的调整步长之前，还包括：
9.基于所述目标卫星与相邻卫星之间的负载信息，对所述目标卫星的导频信号功率进行小区初始化操作；
10.所述基于所述目标卫星与相邻卫星之间的负载信息，对所述目标卫星的导频信号功率进行初始化操作，具体包括：
11.预先确定卫星对应的负载容量阈值；所述卫星包括所述目标卫星和所述相邻卫星；
12.在所述目标卫星的小区初始化过程中，基于所述目标卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系以及所述相邻卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系，确定所述目标卫星对应的初始导频信号功率，通过确定所述初始导频信号功率的大小来控制所述目标卫星的小区初始覆盖半径。
13.进一步的，所述基于所述目标卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系以及所述相邻卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系，确定所述目标卫星对应的初始导频信号功率，具体包括：
14.当所述目标卫星的实际负载达到或超过相应负载容量阈值，并且与所述目标卫星对应的所述相邻卫星的实际负载低于相应负载容量阈值时，则控制降低所述目标卫星对应的初始导频信号功率，以实现缩小所述目标卫星的小区初始覆盖半径来减小所述目标卫星的实际负载；或者，
15.当所述目标卫星的实际负载低于所述负载容量阈值且不为0，并且与所述目标卫星对应的所述相邻卫星的实际负载达到或者超过相应负载容量阈值时，则控制按照预设的比例提高所述目标卫星对应的初始导频信号功率，以实现扩大所述目标卫星的小区初始覆盖半径来减小所述相邻卫星的实际负载；或者，
16.当所述目标卫星的实际负载为0，且所述目标卫星当前的工作范围已被所述相邻卫星的工作范围覆盖时，将所述目标卫星的初始导频信号功率调整为0，并控制所述目标卫星进入休眠状态，以及通知与所述目标卫星对应的所述相邻卫星；
17.其中，所述初始导频信号功率为所述目标卫星进行小区初始化操作后确定的导频信号功率的初始值；所述小区初始覆盖半径用于确定所述目标卫星的工作范围。
18.进一步的，所述根据目标区域内用户终端的分布密度特征和所述目标区域对应卫星的负载容量阈值，将所述目标区域划分为相应的不重叠的区块，具体包括：
19.根据所述目标区域对应卫星的负载容量阈值，以所述目标区域内用户密度为特征，确定各个位置区域的位置等级；基于所述位置等级对所述目标区域进行区块划分，以实现将相邻且位置等级相同的位置区域划分为同一个区块，获得所述目标区域对应的不同区块。
20.进一步的，根据所述目标区域对应卫星的负载容量阈值，以所述目标区域内用户密度为特征，确定各个位置区域的位置等级，具体包括：遍历所述目标区域内卫星经过的所有位置区域，针对每一个位置区域通过调整所述卫星在所述每一个位置区域的功率等级来控制工作范围，当所述工作范围对应的实际负载达到相应负载容量阈值时，记录所述卫星的当前功率等级，并将所述当前功率等级确定为相应位置区域的位置等级。
21.进一步的，基于所述目标卫星在所述区块中的移动特征，确定所述目标卫星对应的导频信号功率以及所述导频信号功率的调整步长，具体包括：当所述目标卫星在所处的当前区块内移动时，将与所述卫星在同一轨道的移动方向上前一颗卫星的当前功率状态信息作为预测信息；将所述预测信息与所述目标卫星的实际功率之间的差值确定为所述目标卫星的导频信号功率的调整步长。
22.进一步的，基于所述目标卫星在所述区块中的移动特征，确定所述目标卫星对应的导频信号功率以及所述导频信号功率的调整步长，具体还包括：当所述目标卫星从所处的当前区块切换到新的区块时，将所述新的区块对应的预设功率初始值确定为所述目标卫星的导频信号功率；其中，所述预设功率初始值为所述新的区块的边缘卫星的功率平均值；所述当前区块和所述新的区块为相邻关系。
23.第二方面，本发明还提供一种卫星网络小区呼吸处理系统，包括：
24.区块划分单元，用于根据目标区域内用户终端的分布密度特征和所述目标区域对应卫星的负载容量阈值，将所述目标区域划分为相应的不重叠的区块；
25.区块切换快速调整单元，用于基于所述目标卫星在所述区块中的移动特征，确定所述目标卫星对应的导频信号功率以及所述导频信号功率的调整步长。
26.进一步的，在基于所述目标卫星在所述区块中的移动特征，确定所述目标卫星对应的导频信号功率以及所述导频信号功率的调整步长之前，还包括：
27.卫星小区初始化单元，用于基于所述目标卫星与相邻卫星之间的负载信息，对所述目标卫星的导频信号功率进行小区初始化操作；
28.所述基于所述目标卫星与相邻卫星之间的负载信息，对所述目标卫星的导频信号功率进行初始化操作，具体包括：
29.预先确定卫星对应的负载容量阈值；所述卫星包括所述目标卫星和所述相邻卫星；
30.在所述目标卫星的小区初始化过程中，基于所述目标卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系以及所述相邻卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系，确定所述目标卫星对应的初始导频信号功率，通过确定所述初始导频信号功率的大小来控制所述目标卫星的小区初始覆盖半径。
31.进一步的，所述基于所述目标卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系以及所述相邻卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系，确定所述目标卫星对应的初始导频信号功率，具体包括：
32.当所述目标卫星的实际负载达到或超过相应负载容量阈值，并且与所述目标卫星对应的所述相邻卫星的实际负载低于相应负载容量阈值时，则控制降低所述目标卫星对应的初始导频信号功率，以实现缩小所述目标卫星的小区初始覆盖半径来减小所述目标卫星的实际负载；或者，
33.当所述目标卫星的实际负载低于所述负载容量阈值且不为0，并且与所述目标卫星对应的所述相邻卫星的实际负载达到或者超过相应负载容量阈值时，则控制按照预设的比例提高所述目标卫星对应的初始导频信号功率，以实现扩大所述目标卫星的小区初始覆盖半径来减小所述相邻卫星的实际负载；或者，
34.当所述目标卫星的实际负载为0，且所述目标卫星当前的工作范围已被所述相邻
卫星的工作范围覆盖时，将所述目标卫星的初始导频信号功率调整为0，并控制所述目标卫星进入休眠状态，以及通知与所述目标卫星对应的所述相邻卫星；
35.其中，所述初始导频信号功率为所述目标卫星进行小区初始化操作后确定的导频信号功率的初始值；所述小区初始覆盖半径用于确定所述目标卫星的工作范围。
36.进一步的，所述区块划分单元，具体用于：
37.根据所述目标区域对应卫星的负载容量阈值，以所述目标区域内用户密度为特征，确定各个位置区域的位置等级；基于所述位置等级对所述目标区域进行区块划分，以实现将相邻且位置等级相同的位置区域划分为同一个区块，获得所述目标区域对应的不同区块。
38.进一步的，根据所述目标区域对应卫星的负载容量阈值，以所述目标区域内用户密度为特征，确定各个位置区域的位置等级，具体包括：遍历所述目标区域内卫星经过的所有位置区域，针对每一个位置区域通过调整所述卫星在所述每一个位置区域的功率等级来控制工作范围，当所述工作范围对应的实际负载达到相应负载容量阈值时，记录所述卫星的当前功率等级，并将所述当前功率等级确定为相应位置区域的位置等级。
39.进一步的，所述区块切换快速调整单元，具体用于：当所述目标卫星在所处的当前区块内移动时，将与所述卫星在同一轨道的移动方向上前一颗卫星的当前功率状态信息作为预测信息；将所述预测信息与所述目标卫星的实际功率之间的差值确定为所述目标卫星的导频信号功率的调整步长。
40.进一步的，所述区块切换快速调整单元，具体还用于：当所述目标卫星从所处的当前区块切换到新的区块时，将所述新的区块对应的预设功率初始值确定为所述目标卫星的导频信号功率；其中，所述预设功率初始值为所述新的区块的边缘卫星的功率平均值；所述当前区块和所述新的区块为相邻关系。
41.第三方面，本发明还提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时实现如上述任意一项所述的卫星网络小区呼吸处理方法的步骤。
42.第四方面，本发明还提供一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述的卫星网络小区呼吸处理方法的步骤。
43.本发明提供的卫星网络小区呼吸处理方法，通过区块划分满足不同区块之间的极端差异，并通过目标卫星在区块中的移动情况快速选择有效的导频信号功率和调整步长，能够根据用户分布密度特征确定功率的调整速度，从而实现快速收敛，有效提升了面向卫星快速运动情况下卫星网络的整体效率。
附图说明
44.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获取其他的附图。
45.图1是本发明实施例提供的卫星网络小区呼吸处理方法的流程示意图；
46.图2是本发明实施例提供的卫星网络通信及切换场景的示意图；
47.图3是本发明实施例提供的目标区域对应的不同卫星之间的相对位置的最小工作范围的示意图；
48.图4是本发明实施例提供的目标卫星在区块内移动的示意图；
49.图5是本发明实施例提供的目标卫星在区块间内移动的示意图；
50.图6是本发明实施例提供的区域划分时对应的位置等级确定过程的流程示意图；
51.图7是本发明实施例提供的小区初始化时对应的初始导频信号功率确定过程的流程示意图；
52.图8是本发明实施例提供的小区动态调整的流程示意图。
53.图9是本发明实施例提供的卫星网络小区呼吸处理系统的结构示意图；
54.图10是本发明实施例提供的电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
55.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
56.本发明应用场景为基于卫星网络的用户终端切换接入卫星场景，具体涉及用户终端设备以及卫星网络。将卫星作为互联网的接入点，地面用户终端可以通过智能手机、小型手持设备等直接与卫星关联。如图2所示，卫星之间存在重叠覆盖，一旦用户终端进入该卫星网络，就会启动扫描操作并与具有最强接收信号强度指示器(received signal strength indicator，rssi)的卫星相关联。用户终端可以在出现rssi较强的卫星时或者距离卫星较远导致通信强度不足时进行切换。另外，本发明中所述的卫星可以修改导频信号功率，从而能通过控制导频信号功率来控制小区的工作范围。用户终端选择连接卫星时，默认选择接收到的导频信号功率最强的卫星。
57.下面基于本发明所述的卫星网络小区呼吸处理方法，对其实施例进行详细描述。如图1所示，其为本发明实施例提供的卫星网络小区呼吸处理方法的流程示意图，具体实现过程包括以下步骤：
58.步骤101：根据目标区域内用户终端的分布密度特征和所述目标区域对应卫星的负载容量阈值，将所述目标区域划分为相应的不重叠的区块。
59.在本发明实施例中，执行本步骤之前需要预先定义相关数据，比如定义用户终端最适宜的接收功率为p，在卫星覆盖范围内具有相同接收功率的点组成的圆称为等功线。卫星功率最高时，用户终端接收功率为p的等功线内的区域为卫星小区的覆盖范围。如果两颗卫星的覆盖范围重叠，则认为这两颗卫星是相邻卫星。对于功率为p’的卫星，其小区的覆盖范围内接收功率为p的等功线内的区域是卫星小区的工作范围。工作范围内的用户终端的接收功率都大于p。在工作范围外，但在覆盖范围内的用户可以接收到卫星信号，但由于功率较低，用户终端判定与这颗卫星的通信质量较差，只有在没有其他选择的情况下用户终端才会选择连接这颗卫星。对于卫星s，如果存在另一颗活跃的卫星s'，其覆盖范围可以完全覆盖卫星s的最小工作范围，则认为s是可替代的，即使s可被休眠，地面的用户终端也能
得到卫星服务，只是接收功率可能不能达到s。所述功率为导频信号功率。
60.在本步骤中，首先根据卫星的负载容量阈值和用户终端的分布密度特征进行目标区域的区块划分，即以地表的用户密度或用户流量密度为特征将目标区域划分为不重叠的多个区块，从而在保证覆盖的前提下给出与当前用户终端的分布密度特征相匹配的区块大小。具体的，可根据所述目标区域对应卫星的负载容量阈值，以所述目标区域内用户密度为特征，确定各个位置区域的位置等级，基于所述位置等级对所述目标区域进行区块划分，以实现将相邻且位置等级相同的位置区域划分为同一个区块，获得所述目标区域对应的不同区块。具体的，在对所述目标区域进行区块划分之前，还需要预先确定所述目标区域内每个区域的卫星在达到预设的负载容量阈值时对应的功率等级，基于所述功率等级确定相应区域的位置等级。
61.需要说明的是，地面不同区域之间存在极大差异，比如在用户稀疏的地区(如海洋)，卫星被大量浪费，而在用户密集的地区，则出现拥塞。而且这些类型的区域通常是相邻的。例如，没有人烟的海洋通常毗邻人口稠密的沿海大都市。因此，相邻区域之间的卫星的小区可能存在极大差异，难以快速适应。所以本发明首先根据用户终端的分布密度特征将地面划分为区块。对于卫星，每个导频信号的功率等级对应一个工作范围。在任意一个位置，都可以计算出卫星在该位置时，卫星在不同导频信号的功率等级(即导频信号功率)下对应的工作范围，以及工作范围内的用户数量。当该位置周围的用户较密集时，较小的导频信号的功率等级对应的卫星工作范围内的用户数量就已经可以达到卫星的负载容量阈值，反之则相反。在本发明实际实施过程中，可通过记录每个位置的卫星在达到负载容量阈值时对应的功率等级，参照这个等级设置该位置的位置等级，相邻的相同位置等级的区域被划分为同一个区块。例如：设置卫星共有k个功率等级，每个功率等级对应工作范围半径li。卫星的负载容量阈值是ψo遍历星座中卫星会经过的所有区域，对于每一个位置：首先，统计以该位置为圆心以l1为半径的圆内用户量，若用户量超出负载容量阈值，则该位置对应的位置等级为1，否则继续统计以l2为半径的区域的用户量，直到超出负载，或者等级功率达到最大时设置位置等级为k。记录每个位置的位置等级，所有相邻的、位置等级相同的位置被合并为一个区块，以得到相应的区块。如图6所示，首先初始化导频功率(导频信号功率)为预设的最高功率，判断相应的工作范围内流量是否超过负载阈值(即判断相应的工作范围内实际负载是否超过相应的负载容量阈值)，若是，则进一步判断导频信号功率是否已经达到预设的最低功率，若否，则继续将导频信号功率降低一级，最后输出当前的导频信号功率等级，作为位置等级。
62.步骤102：基于所述目标卫星在所述区块中的移动特征，确定所述目标卫星对应的导频信号功率以及所述导频信号功率的调整步长。
63.如图4所示，在本发明具体实施过程中，当目标卫星在所处的当前区块内移动时，将与所述卫星在同一轨道移动方向上前一颗卫星的当前功率状态信息作为预测信息；基于所述预测信息与所述目标卫星的实际功率之间的差值调整所述目标卫星的步长(即所述导频信号功率的调整步长)；当所述目标卫星从所处的当前区块切换到新的区块时，基于所述新的区块对应的预设功率初始值调整所述目标卫星的导频信号功率。其中，所述预设功率初始值为所述区块的固有参数，具体为初始化以后处于所述区块边缘的所有卫星的功率平均值；所述当前区块和所述新的区块为相邻关系。
64.需要说明的是，当目标卫星在区块内移动时，虽然目标卫星不会有极端的流量变化，但区块内用户终端分布不规则，且目标卫星的相邻卫星不断变化，导致目标卫星仍需要进行小区呼吸。
65.现有的低轨卫星星座的轨道周期t，其可以根据公式(1)计算：
[0066][0067]
式中，te为地球自转时间；r为地球半径；h为卫星的轨道高度；g为引力常量，m为地球质量，其中gm＝397865.5km3/s2。
[0068]
对于一条轨道上有s颗卫星的星座，同一轨道上相邻两颗卫星先后经过同一纬度的时间差为t/s。在这段时间内，地球的自转角为2πt/(tes)，对于starlink来说只有1
°
，所以同一轨道相邻的两颗卫星的服务区域之间差异很小；此外，由于星座的均匀构型配置，当同轨道前后两颗相邻卫星经过同一纬度时，其相邻卫星的功率状态比较相似。因此，当这些变化使得目标卫星收敛不及时，可以将同一轨道移动方向上前一颗卫星的当前功率状态作为预测信息或者目标卫星预测的目标状态，根据与目标状态的差值设置当前目标卫星的步长，从而实现快速收敛，比如将步长调整为两颗卫星小区大小的差值/时间。在每个时间片中，记录同一轨道移动方向上前一颗卫星当前功率状态，并将其与目标卫星的功率状态比较计算得到相应的差值，比如从当前轨位移动到下一个轨位的时间为t，功率状态差值为δp，则卫星的功率变化的步长可调整为δp/t，即功率增加δp/t或者功率降低δp/t。完整的小区动态调整实现过程如图8所示，其中所述新区域即为新的区块，所述新区域的初始功率即为所述新的区块对应的预设功率初始值，具体过程在此不再重复赘述。
[0069]
另外，需要说明的是，尽管目标卫星通过同一轨道移动方向上前一颗卫星的当前功率状态进行了预测，但并不是完全继承前一颗卫星的当前功率状态，只是根据当前功率状态与所述目标卫星的实际功率之间的差值来调整目标卫星功率变化的速度，即该目标卫星可以根据相邻卫星的功率状态信息来决定如何调整步长，从而提高了自适应的灵活性和预测准确性。
[0070]
进一步的，如图5所示，当目标卫星在两个区块之间切换时，由于区块之间用户终端密度的差异通常非常大，因此修改小区调整步长仍然不够快，无法快速适应变化，所以在本发明实施例中引入了预设功率初始值这个参数。当目标卫星进入指定区块时，目标卫星初始小区大小直接设置为该区域的预设功率初始值。比如：当目标卫星进入新的区块时，将目标卫星的小区大小直接初始化为该新的区块指定的预设功率初始值大小来快速适应新区块的负载。需要说明的是，即使在同一个区块中，用户的分布也存在差异，同一区块内的卫星功率等级不同，所以在区域的初始值设定上，无法直接套用区域上空卫星的功率。由于区域的预设功率初始值被用于目标卫星新进入区块时的初始功率设置，因此将每个区块的预设功率初始值设置为在初始化后该区块边缘的卫星功率的平均值。
[0071]
在本步骤之前，还设计了卫星网络小区初始化方案，根据人口密度、流量分布和时间等因素进行最佳初始参数值设定和步长调整，以使得卫星根据区块的密度特性设置区块的覆盖半径，可调的半径能够决定参与卫星的数量。也就是在基于所述目标卫星在所述区块中的移动特征确定所述目标卫星对应的导频信号功率及其功率调整步长之前，还包括卫星小区的初始化阶段。所述卫星小区的初始化过程包括基于所述目标卫星与相邻卫星之间
的负载信息，对所述目标卫星的导频信号功率进行小区初始化操作。所述基于所述目标卫星与相邻卫星之间的负载信息，对所述目标卫星的导频信号功率进行小区初始化操作，具体包括：预先确定卫星对应的负载容量阈值；所述卫星包括所述目标卫星和所述相邻卫星；在所述目标卫星的小区初始化过程中，基于所述目标卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系以及所述相邻卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系，确定所述目标卫星对应的初始导频信号功率，通过确定所述初始导频信号功率的大小来控制所述目标卫星的小区初始覆盖半径。
[0072]
其中，所述基于所述目标卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系以及所述相邻卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系，确定所述目标卫星对应的初始导频信号功率(导频信号功率的初始值)，通过控制所述导频信号功率的大小来控制小区的工作范围，对应的实现过程包括：当所述目标卫星的实际负载达到或超过相应负载容量阈值，并且与所述目标卫星对应的所述相邻卫星的实际负载低于相应负载容量阈值时，则控制降低所述目标卫星对应的初始导频信号功率，以实现缩小所述目标卫星的小区初始覆盖半径来减小所述目标卫星的实际负载；或者，当所述目标卫星的实际负载低于所述负载容量阈值且不为0，并且与所述目标卫星对应的所述相邻卫星的实际负载达到或者超过相应负载容量阈值时，则控制按照预设的比例提高所述目标卫星对应的初始导频信号功率，以实现扩大所述目标卫星的小区初始覆盖半径来减小所述相邻卫星的实际负载；或者，当所述目标卫星的实际负载为0，且所述目标卫星当前的工作范围已被所述相邻卫星的工作范围覆盖时，将所述目标卫星的初始导频信号功率调整为0，并控制所述目标卫星进入休眠状态，以及通知与所述目标卫星对应的所述相邻卫星；其中，所述初始导频信号功率为所述目标卫星进行小区初始化操作后确定的导频信号功率的初始值；所述小区初始覆盖半径用于确定所述目标卫星的工作范围。完整的实现初始导频信号功率确定流程如图7所示，其中所述阈值即为负载容量阈值，所述导频率即为导频信号功率，具体过程在此不再重复赘述。
[0073]
需要说明的是，卫星的导频信号功率有多个级别，每个等级之间的导频信号功率的差被称为步长。在初始化阶段，卫星以固定的步长调整导频信号功率，每调整一步，用户就根据调整后的导频信号功率重新选择接入卫星。卫星多次调整，直到收敛到一个相对稳定的值。
[0074]
为保证全球覆盖，每颗卫星都有一个最小工作范围，当所有卫星的工作范围都设置为最小工作范围时，需要保证所有用户终端的接收功率都超过阈值，也就是卫星的工作范围需要覆盖所有用户终端。图3(a)和(b)展示了不同的卫星相对位置下卫星的最小工作范围需要满足的条件。地球半径为r，对于具有p个轨道，每个轨道有s颗卫星的星座，对于图3的卫星相对位置，其范围半径l应满足：
[0075][0076]
在调整时，当负载较重时，就减小导频信号功率减少小区大小；当负载较轻且邻居存在卫星负载较重时，就增加小区大小；当卫星空闲且是可替代的，则进入休眠。
[0077]
在本发明实际实施过程中，卫星小区的初始化过程用于决定目标卫星是否可以休眠。将目标卫星的负载容量阈值设置为ψo。当目标卫星的实际负载达到或超过所述负载容量阈值时，认为目标卫星负载过重。在每次调整时，目标卫星都会根据负载情况与其相邻卫
星协商决定小区大小的调整方向。在协商中，对于每颗卫星：如果目标卫星负载为0，并且可替代，那么该目标卫星休眠不会造成覆盖盲区或用户拥塞，因此这个卫星将导频信号功功率调整为0，进入休眠状态；当目标卫星负载达到或超过预设的负载容量阈值ψo，并且相邻卫星的负载不超过预设的负载容量阈值ψo，那么可通过减小目标卫星的工作范围来减少负载，而不会引起其他相邻卫星的拥塞，所以可将该颗目标卫星的导频信号功功率降低一级；当目标卫星的实际负载低于预设的负载容量阈值ψo，并且存在的相邻卫星的实际负载超过预设的负载容量阈值ψo，则将当前目标卫星的导频信号功功率提高一级，扩大工作范围，从而分担相邻卫星的负载。
[0078]
针对整个卫星网络(或星座)而言，本发明能够快速确定休眠卫星的比例，使活跃卫星数量大幅减少，同时有效地减小拥塞比例。从负载来看，本发明中的卫星不仅在通过密集区时满载，而且在密集区周围时分担密集区的负载，从而减少拥塞。在调整速度方面，本发明一方面可以通过区块划分实现面向不同子区块的极端差异的调整，另一方面可通过调整步长实现趋势调整，具有更好的性能。
[0079]
在本发明实施例中，设计了一种自适应小区呼吸动态调整机制，通过用户流量密度来调整小区的覆盖半径，根据用户流量密度特性设置小区卫星的导频信号功率的初始值(即小区的初始覆盖半径)和导频信号功率的调整步长，直到出现覆盖的空洞。
[0080]
本发明实施例所述的卫星网络小区呼吸处理方法，在保证覆盖的前提下，能够快速适应流量变化，减少相邻卫星变化的影响，并通过区块划分实现不同子区块的极端差异，以及通过调整步长实现趋势调整，具有更好的性能，能够提升面向卫星快速运动情况下卫星互联网的整体利用率，通过目标卫星在区块中的移动情况快速选择有效的导频信号功率和功率调整步长，以确定功率的收敛范围，实现有效的趋势调整，并达到区域卫星的最优解。
[0081]
与上述提供的一种卫星网络小区呼吸处理方法相对应，本发明还提供一种卫星网络小区呼吸处理系统。由于该系统的实施例相似于上述方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的卫星网络小区呼吸处理系统的实施例仅是示意性的。请参考图9所示，其为本发明实施例提供的一种卫星网络小区呼吸处理系统的结构示意图。
[0082]
本发明所述的卫星网络小区呼吸处理系统，具体包括如下部分：
[0083]
区块划分单元901，用于根据目标区域内用户终端的分布密度特征和所述目标区域对应卫星的负载容量阈值，将所述目标区域划分为相应的不重叠的区块；
[0084]
区块切换快速调整单元902，用于基于所述目标卫星在所述区块中的移动特征，确定所述目标卫星对应的导频信号功率以及所述导频信号功率的调整步长。
[0085]
进一步的，在基于所述目标卫星在所述区块中的移动特征，确定所述目标卫星对应的导频信号功率以及所述导频信号功率的调整步长之前，还包括：
[0086]
卫星小区初始化单元，用于基于所述目标卫星与相邻卫星之间的负载信息，对所述目标卫星的导频信号功率进行小区初始化操作；
[0087]
所述基于所述目标卫星与相邻卫星之间的负载信息，对所述目标卫星的导频信号功率进行初始化操作，具体包括：
[0088]
预先确定卫星对应的负载容量阈值；所述卫星包括所述目标卫星和所述相邻卫
星；
[0089]
在所述目标卫星的小区初始化过程中，基于所述目标卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系以及所述相邻卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系，确定所述目标卫星对应的初始导频信号功率，通过确定所述初始导频信号功率的大小来控制所述目标卫星的小区初始覆盖半径。
[0090]
进一步的，所述基于所述目标卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系以及所述相邻卫星的实际负载与相应负载容量阈值之间的关系，确定所述目标卫星对应的初始导频信号功率，具体包括：
[0091]
当所述目标卫星的实际负载达到或超过相应负载容量阈值，并且与所述目标卫星对应的所述相邻卫星的实际负载低于相应负载容量阈值时，则控制降低所述目标卫星对应的初始导频信号功率，以实现缩小所述目标卫星的小区初始覆盖半径来减小所述目标卫星的实际负载；或者，
[0092]
当所述目标卫星的实际负载低于所述负载容量阈值且不为0，并且与所述目标卫星对应的所述相邻卫星的实际负载达到或者超过相应负载容量阈值时，则控制按照预设的比例提高所述目标卫星对应的初始导频信号功率，以实现扩大所述目标卫星的小区初始覆盖半径来减小所述相邻卫星的实际负载；或者，
[0093]
当所述目标卫星的实际负载为0，且所述目标卫星当前的工作范围已被所述相邻卫星的工作范围覆盖时，将所述目标卫星的初始导频信号功率调整为0，并控制所述目标卫星进入休眠状态，以及通知与所述目标卫星对应的所述相邻卫星；
[0094]
其中，所述初始导频信号功率为所述目标卫星进行小区初始化操作后确定的导频信号功率的初始值；所述小区初始覆盖半径用于确定所述目标卫星的工作范围。
[0095]
进一步的，所述区块划分单元，具体用于：
[0096]
根据所述目标区域对应卫星的负载容量阈值，以所述目标区域内用户密度为特征，确定各个位置区域的位置等级；基于所述位置等级对所述目标区域进行区块划分，以实现将相邻且位置等级相同的位置区域划分为同一个区块，获得所述目标区域对应的不同区块。
[0097]
进一步的，根据所述目标区域对应卫星的负载容量阈值，以所述目标区域内用户密度为特征，确定各个位置区域的位置等级，具体包括：遍历所述目标区域内卫星经过的所有位置区域，针对每一个位置区域通过调整所述卫星在所述每一个位置区域的功率等级来控制工作范围，当所述工作范围对应的实际负载达到相应负载容量阈值时，记录所述卫星的当前功率等级，并将所述当前功率等级确定为相应位置区域的位置等级。
[0098]
进一步的，所述区块切换快速调整单元，具体用于：当所述目标卫星在所处的当前区块内移动时，将与所述卫星在同一轨道的移动方向上前一颗卫星的当前功率状态信息作为预测信息；将所述预测信息与所述目标卫星的实际功率之间的差值确定为所述目标卫星的导频信号功率的调整步长。
[0099]
进一步的，所述区块切换快速调整单元，具体还用于：当所述目标卫星从所处的当前区块切换到新的区块时，将所述新的区块对应的预设功率初始值确定为所述目标卫星的导频信号功率；其中，所述预设功率初始值为所述新的区块的边缘卫星的功率平均值；所述当前区块和所述新的区块为相邻关系。
[0100]
本发明实施例所述的卫星网络小区呼吸处理系统，在保证覆盖的前提下，能够快速适应流量变化，减少相邻卫星变化的影响，并通过区块划分实现不同子区块的极端差异，以及通过调整步长实现趋势调整，具有更好的性能，能够提升面向卫星快速运动情况下卫星互联网的整体利用率，通过目标卫星在区块中的移动情况快速选择有效的导频信号功率和功率调整步长，从而让小区快速收敛。
[0101]
与上述提供的卫星网络小区呼吸处理方法相对应，本发明还提供一种电子设备。由于该电子设备的实施例相似于上述方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的电子设备仅是示意性的。如图10所示，其为本发明实施例公开的一种电子设备的实体结构示意图。该电子设备可以包括：处理器(processor)1001、存储器(memory)1002和通信总线1003(即上述系统总线)以及查找引擎1005，其中，处理器1001，存储器1002通过通信总线1003完成相互间的通信，通过通信接口1004与外部进行通信。处理器1001可以调用存储器1002中的逻辑指令，以执行卫星网络小区呼吸处理方法，该方法包括：根据目标区域内用户终端的分布密度特征和所述目标区域对应卫星的负载容量阈值，将所述目标区域划分为相应的不重叠的区块；基于所述目标卫星在所述区块中的移动特征，确定所述目标卫星对应的导频信号功率以及所述导频信号功率的调整步长。
[0102]
此外，上述的存储器1002中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：存储芯片、u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0103]
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在处理器可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的卫星网络小区呼吸处理方法。该方法包括：根据目标区域内用户终端的分布密度特征和所述目标区域对应卫星的负载容量阈值，将所述目标区域划分为相应的不重叠的区块；基于所述目标卫星在所述区块中的移动特征，确定所述目标卫星对应的导频信号功率以及所述导频信号功率的调整步长。
[0104]
又一方面，本发明实施例还提供一种处理器可读存储介质，所述处理器可读存储介质上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的卫星网络小区呼吸处理方法。该方法包括：根据目标区域内用户终端的分布密度特征和所述目标区域对应卫星的负载容量阈值，将所述目标区域划分为相应的不重叠的区块；基于所述目标卫星在所述区块中的移动特征，确定所述目标卫星对应的导频信号功率以及所述导频信号功率的调整步长。
[0105]
所述处理器可读存储介质可以是处理器能够存取的任何可用介质或数据存储设备，包括但不限于磁性存储器(例如软盘、硬盘、磁带、磁光盘(mo)等)、光学存储器(例如cd、
dvd、bd、hvd等)、以及半导体存储器(例如rom、eprom、eeprom、非易失性存储器(nand flash)、固态硬盘(ssd))等。
[0106]
以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0107]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0108]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。