Способ динамического распределения ресурса пропускной способности обратных каналов в мультимедийной сети спутниковой связи интерактивного доступа



Способ динамического распределения ресурса пропускной способности обратных каналов в мультимедийной сети спутниковой связи интерактивного доступа
Способ динамического распределения ресурса пропускной способности обратных каналов в мультимедийной сети спутниковой связи интерактивного доступа
Способ динамического распределения ресурса пропускной способности обратных каналов в мультимедийной сети спутниковой связи интерактивного доступа
Способ динамического распределения ресурса пропускной способности обратных каналов в мультимедийной сети спутниковой связи интерактивного доступа
Способ динамического распределения ресурса пропускной способности обратных каналов в мультимедийной сети спутниковой связи интерактивного доступа
Способ динамического распределения ресурса пропускной способности обратных каналов в мультимедийной сети спутниковой связи интерактивного доступа
Способ динамического распределения ресурса пропускной способности обратных каналов в мультимедийной сети спутниковой связи интерактивного доступа
Способ динамического распределения ресурса пропускной способности обратных каналов в мультимедийной сети спутниковой связи интерактивного доступа

 


Владельцы патента RU 2410838:

Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Академия Федеральной службы охраны Российской Федерации (Академия ФСО России) (RU)

Изобретение относится к области радиосвязи, а именно к области связанной со способами распределения радиоресурсов обратных каналов в мультимедийных спутниковых сетях интерактивного доступа. Техническим результатом является сокращение времени, отводимого на процедуру распределения временных слотов, и повышение эффективности использования ресурса пропускной способности мультимедийной сети спутниковой связи интерактивного доступа. Результат достигается тем, что потоки источников мультимедийного графика каждого спутникового интерактивного терминала ранжируют по очередям классов сервиса, каждой очереди присваивают удельный весовой коэффициент, передаваемые терминалом пакеты данных фрагментируют в буфере на блоки данных фиксированного объема, спутниковые интерактивные терминалы осуществляют динамическое резервирование временных слотов на длительности очередного суперкадра с помощью передачи запросов, содержащих информацию о прогнозируемом статистическом распределении количества блоков данных в очередях буферов обслуживаемых классов сервиса, центральная станция выделяет временные слоты каждому спутниковому интерактивному терминалу с помощью формализованной процедуры, минимизирующей интегральную функцию качества обслуживания мультимедийного графика на основе введения условных штрафов за недообслуживание блоков данных очередей активных классов сервиса. 3 з.п. ф-лы, 4 ил.

 

Изобретение относится к области радиосвязи, а именно к способам распределения радиоресурсов в мультимедийных спутниковых сетях интерактивного доступа, обеспечивающих высокую эффективность использования пропускной способности спутниковых каналов и поддержание требований к качеству обслуживания пользователей.

Увеличение спроса на услуги качественной цифровой телефонии, видеоконференц-связи, файлового обмена данными привело к необходимости интеграции технических решений по передаче мультимедийного трафика. Основой интеграции стало оборудование, поддерживающее современные сетевые технологии пакетной коммутации. Концепция широкого внедрения сетевых технологий получила наиболее полное отражение при создании цифровых сетей интегрального обслуживания, обеспечивающих объединение большого числа различных служб в рамках единой телекоммуникационной сети.

Спутниковая связь обладает важнейшими преимуществами, необходимыми для построения крупномасштабных телекоммуникационных сетей. Во-первых, с ее помощью можно достаточно быстро сформировать сетевую инфраструктуру, охватывающую большую территорию и не зависящую от наличия или состояния наземных каналов связи. Во-вторых, использование современных технологий доступа к ресурсу спутниковых ретрансляторов и возможность доставки информации практически неограниченному числу потребителей значительно снижают затраты на эксплуатацию сети. Эти достоинства обеспечивают интерактивным мультимедийным спутниковым сетям, подобных стандартам DVB-RCS (ETSI EN 301 790 v1.3.1, 2003 г.), IPoS (TIA-1008, 2003 г.), высокую привлекательность для ведомств, предприятий, компаний с территориально-распределенной инфраструктурой, крайне заинтересованных в снижении затрат на оплату услуг связи и предпочитающих создавать собственные более экономичные технологические сети связи.

Эффективным решением для повышения степени использования пропускной способности интерактивных мультимедийных спутниковых сетей связи является применение многочастотного многостанционного доступа с временным разделением (MF-TDMA - multi frequency-time division multiple access).

В соответствии с принятыми стандартами (DVB-RCS и IPoS) мультимедийная сеть спутниковой связи состоит из центральной станции (ЦС, HUB) и множества спутниковых интерактивных терминалов (СИТ). В направлении от ЦС к СИТ (прямой канал) информация для всех терминалов передается в едином мультиплексированном высокоскоростном цифровом потоке на одной несущей в режиме фиксированного закрепления (режим TDM/PAMA), от СИТ к ЦС (обратные каналы), данные передаются на множестве несущих частот, каждая из которых разделена на временные слоты, предоставляемые СИТам по запросам резервирования (MF-TDMA/DAMA).

Стандартами определено, что мультимедийные сети спутниковой связи строится по топологии "звезда" с возможностью перехода к полносвязному режиму работы в целях сокращения времени передачи информации между СИТами.

ЦС обеспечивает цикловую и тактовую синхронизацию работы спутниковых терминалов в обратных каналах, а также осуществляет функции контроля, управления их допуском к ресурсу пропускной способности сети и его эффективного распределения.

Согласно стандартам весь доступный для передачи информационного трафика частотно-временной ресурс обратных каналов разделен на суперкадры, которые, в свою очередь, состоят из кадров. Каждый кадр представляет собой совокупность несущих частот, разделенных на временные слоты. Период следования суперкадров (цикл) фиксирован, длительность и количество временных слотов в кадре может изменяться в рамках известных ограничений. Распределяемым ресурсом являются частотно-временные слоты, количество и расположение которых на длительности очередного суперкадра определяет качество услуг передачи мультимедийного трафика (минимальная пропускная способность, допустимая задержка, джиттер передачи пакетов, надежность доставки).

Для определения спутниковым терминалом времени начала передачи в очередном цикле, несущей частоты и временных слотов для передачи ЦС формирует временной план передачи (ВТР-Burst Time Plan), который доводится до всех активных СИТов в виде таблицы ТВТР (Terminal Burst Time Plan).

Способ распределения ресурса пропускной способности оставлен за рамками стандартов, поэтому производители спутникового оборудования предлагают собственные уникальные технические решения.

Известен способ формирования адаптивного динамического частотно-временного плана передачи (см., например, "Device for allocating shared resources of a communication network, by assignment of time slots of a dynamically adaptable time/frequency plan", патент US №2008/0069045 A1, H04Q 7/00, от 20.03.2008).

Согласно изобретению устройство распределения ресурса ЦС формирует структуру суперкадра путем комбинации кадров трех типов. В каждом последующем кадре содержится количество временных слотов, кратных количеству временных слотов в кадре первого типа. Например, если в кадре первого типа n временных слотов, то в кадре второго типа - n×m, а в кадре третьего типа - n×m×k, n, m, k - целые положительные числа. В зависимости от условий распространения радиосигнала в спутниковом терминале устанавливается рабочая конфигурация модема (формат модуляции и кодирования). Для каждой конфигурации модема определен соответствующий набор временных слотов из кадров первого или второго, или третьего типа. Окончательно временной план передачи представляет собой совокупность частотно-временных блоков, выделенных для каждого активного спутникового терминала.

Недостатком способа-аналога является то, что выделение необходимого количества временных слотов для СИТа осуществляется типовыми шаблонами кадров различного типа и в произвольном их расположении по структуре частотно-временного плана. Это приводит к низкой эффективности использования пропускной способности частотно-временной структуры суперкадра и появлению дополнительной временной задержки и джиттера при передаче мультимедийного трафика. Кроме того, не предусмотрены возможности введения дифференцированного обслуживания потоков различного класса сервиса в случае ограниченного ресурса пропускной способности.

Другой способ динамического распределения ресурса пропускной способности в интерактивных мультимедийных сетях спутниковой связи описан в патенте (см., например, "Apparatus and method for dynamic resource allocation in interactive satellite multimedia system", патент US №7346069 B2, H04L 12/28, от 18.03.2008).

Согласно изобретению, для повышения вычислительной эффективности распределения пропускной способности, устройство динамического планирования (планировщик) ЦС оценивает объем поступивших от активных СИТов запросов на выделение ресурса, формирует в структуре суперкадра парные кадры, делит общий объем запрашиваемого ресурса пропускной способности на число парных кадров. Далее ЦС распределяет доли запрашиваемого ресурса пропускной способности, приходящегося на одну пару, в пределах данной пары последовательно для всех активных СИТов и дублирует полученное распределение в остальных парных кадрах, тем самым добиваясь сокращения вычислительного времени, необходимого для распределения ресурса в суперкадре.

Недостатком способа-аналога является то, что вводимые процедуры предусматривают снижение вычислительной сложности при распределении ресурса пропускной способности, а не достижение высокой эффективности его использования. Не учитываются требования к качеству сервиса QoS (Quality of Service) для различных видов трафика.

Один из способов распределения ресурса пропускной способности в спутниковых сетях интерактивного доступа, учитывающий требования по временной задержке и джиггеру для мультимедийного трафика, предложен в изобретении (см., например, "Method of allocating communication resources in an MF-TDMA telecommunication system", патент US №7385943 B2, H04B 7/212, от 10.06.2008).

Согласно изобретению весь заявленный к передаче в обратных каналах мультимедийный трафик в зависимости от требований к качеству передачи разделяется на информационные потоки (классы сервиса), чувствительные к временной задержке (трафик реального времени: речь, видеоконференц-связь), и информационные потоки, не критичные к временной задержке (трафик интерактивных данных: передача файлов, доступ в интернет, эл. почта и т.п.). Способ-аналог предполагает резервирование на закрепленной основе временных слотов от одного суперкадра к другому для передачи трафика реального времени с целью уменьшения временной задержки и джиггера. Для трафика интерактивных данных на каждом периоде суперкадра производится назначение временных слотов, оставшихся в суперкадре после обслуживания запросов трафика реального времени. Основное внимание в рассматриваемом способе-аналоге уделяется технической реализации алгоритма последовательного по классам сервиса назначения временных слотов (обоснование производительности, тактовой частоты процессора, разрядность шины), обеспечивающей сокращение времени, затрачиваемого на процедуру формирования временного плана передачи (ВТР).

Недостатком способа-аналога является то, предлагаемый способ, ориентированный на повышение вычислительной эффективности при распределении ресурса пропускной способности, не учитывает динамические (статистические) характеристики трафика (интенсивность поступления пакетов в буферы и их объем), степень обеспечения дифференцированных требований к качеству сервиса пакетных данных и не предусматривает достижение высокой эффективности использования ресурса.

Наиболее близким по физической сущности к предлагаемому решению является способ динамического распределения ресурса в интерактивных сетях спутниковой связи, описанный в изобретении (см., например, "Dynamic resource allocation based on quality-of-service", патент US №2007/0104101 A1, H04L 12/26, от 10.05.2007).

Согласно изобретению все поступающие на ЦС от спутниковых терминалов запросы динамического резервирования классифицируются по классам сервиса на основе величины запрашиваемой скорости, объема передаваемых данных, уровня требований к качеству сервиса QoS и т.д. Устройство динамического планирования ЦС в соответствии с классом запросов последовательно распределяет имеющийся в текущем суперкадре частотно-временной ресурс. Выделение ресурса пропускной способности производится частотно-временными блоками фиксированного объема [ΔF·Δτ], где ΔF - частотная полоса, соответствующая минимальной символьной скорости, Δτ - длительность временного слота.

Недостатком способа-прототипа является низкая вычислительная эффективность фактически переборных процедур распределения частотно-временного ресурса последовательно от запросов наиболее высокого класса сервиса к менее приоритетным и необходимость повторных перераспределений при ограниченных ресурсах.

Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в сокращении времени, отводимого на процедуру распределения временных слотов, и повышении эффективности использования ресурса пропускной способности мультимедийной сети спутниковой связи интерактивного доступа.

Данный технический результат достигается за счет того, что в известном способе распределения временных слотов все поступающие на центральную станцию от спутниковых терминалов запросы динамического резервирования классифицируются по классам сервиса на основе величины запрашиваемой скорости, объема передаваемых данных, уровня требований к качеству сервиса QoS и т.д. Устройство динамического планирования центральной станции в соответствии с классом запросов последовательно распределяет имеющийся в текущем суперкадре частотно-временной ресурс. Выделение ресурса пропускной способности производится частотно-временными блоками фиксированного объема [ΔF·Δτ], где ΔF - частотная полоса, соответствующая минимальной символьной скорости, Δτ - длительность временного слота, дополнительно потоки источников мультимедийного трафика каждого спутникового интерактивного терминала ранжируют по очередям классов сервиса с присвоением каждой очереди удельного весового коэффициента, характеризующего степень обеспечения требований QoS, тип приложения, протокола. Передаваемые спутниковым интерактивным терминалом пакеты данных фрагментируют в буфере активных классов сервиса на блоки данных фиксированного объема, кратных объему информационных бит данных одного временного слота в заданной конфигурации модема (символьная скорость, формат модуляции и кодирования). Спутниковые интерактивные терминалы осуществляют динамическое резервирование временных слотов на длительности очередного суперкадра с помощью передачи запросов, содержащих информацию о прогнозируемом статистическом распределении количества блоков данных в очередях буферов обслуживаемых классов сервиса. Центральная станция выделяет временные слоты каждому спутниковому интерактивному терминалу с помощью формализованной процедуры, минимизирующей интегральную функцию качества обслуживания мультимедийного трафика на основе введения условных штрафов за недообслуживание блоков данных очередей активных классов сервиса.

Распределение ресурса пропускной способности в соответствии с заявленным способом осуществляют в два этапа с помощью легко формализуемых решений: на первом этапе для каждого спутникового терминала находят оптимальное количество временных слотов среди множества действительных решений, минимизирующих интегральную целевую функцию качества и учитывающих специфические ограничения частотно-временного плана; на втором этапе полученные оптимальные решения корректируют с учетом требования их целочисленности. Распределение временных слотов в текущем суперкадре осуществляют с учетом их доступности после резервирования в предыдущих суперкадрах.

Благодаря новой совокупности существенных признаков в способе обеспечивается сокращение времени, отводимого на процедуру распределения пропускной способности интерактивной сети спутниковой связи за счет ранжирования потоков источников мультимедийных данных, фрагментации пакетов данных на блоки фиксированного объема, прогнозирования и аппроксимации произвольного гистограммного статистического распределения количества поступающих блоков данных в очереди различных классов сервиса, введения упрощенной вычислительной процедуры для поиска оптимального распределения количества временных слотов с учетом их доступного количества на длительности очередного суперкадра, исключающей использование переборных алгоритмов прямой и обратной прогонки.

Проведенный анализ уровня техники позволил установить, что аналоги, характеризующиеся совокупностью признаков, тождественных всем признакам заявленного технического решения, отсутствуют, что указывает на соответствие заявленного способа условию патентоспособности "новизна".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного способа, показали, что они не следуют явным образом из уровня техники. Из уровня техники также не выявлена известность отличительных существенных признаков, обусловливающих тот же технический результат, который достигнут в заявляемом способе. Следовательно, заявленное изобретение соответствует условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Заявленный способ поясняется чертежами, на которых показано:

фиг.1 - структура мультимедийной сети спутниковой связи, реализующая в обратных каналах многочастотный доступ с временным разделением (MF-TDMA);

фиг.2 - частотно-временная структура суперкадра;

фиг.3 - блок-схема алгоритма распределения временных слотов на длительности суперкадра;

фиг.4 - состав устройства динамического частотно-временного планирования.

Возможность реализации заявленного способа объясняется следующим.

На фиг.1 представлена мультимедийная сеть спутниковой связи интерактивного доступа, где

11 - центральная станция сети (ЦС, HUB);

12 - ретранслятор связи, размещенный на борту космического аппарата на геостационарной орбите;

13 - спутниковые интерактивные терминалы.

В прямом канале от ЦС 11 через ретранслятор связи 12 потоки данных для всех спутниковых интерактивных терминалов сети 13 (СИТ 1, СИТ 2, …, СИТ N) передаются в едином мультиплексированном высокоскоростном цифровом потоке на одной несущей в режиме фиксированного закрепления (режим TDM/PAMA). В обратных каналах от СИТ к ЦС реализуется многочастотный доступ с временным разделением (MF-TDMA), при котором СИТы могут передавать данные на одной из доступных несущих частот на выделенных позициях временных слотов. Количество несущих частот определяется техническими возможностями терминалов и соответствует количеству демодуляторов в составе оборудования ЦС.

Общедоступный частотно-временной ресурс обратных каналов спутниковой сети разделен на суперкадры 20, каждый из которых, в свою очередь, разделен на кадры 21 (фиг.2).

Каждый кадр 21 занимает совокупность частотных полос Δfs1, Δfs2, Δfs3, соответствующих символьной скорости передачи, и ограничен по времени фиксированной длительностью, разделенной временными слотами 22. Количество временных слотов в суперкадре, на позициях которых передаются данные с информационной битовой скоростью, определяет потенциальный ресурс пропускной способности сети. Например, в представленной на фиг.2 структуре, суперкадр 20 состоит из 8 кадров 21, в каждом из которых располагаются 15 временных слотов 22. Информационная скорость передачи на длительности одного временного слота равна 32 кбит/с. В этом случае ресурс пропускной способности сети составляет 8·15·32=3840 кбит/с.

Для получения доступа к ресурсу пропускной способности очередного суперкадра, СИТ проходит процедуру регистрации, которая включает этапы инициализации терминала, синхронизации по несущей частоте, цикловой и тактовой синхронизации.

Для передачи запросов динамического резервирования на выделение временных слотов очередного суперкадра используются временные позиции слотов общеканальной сигнализации (CSC), распределяемые между активными терминалами на основе случайного (S-ALOHA) или фиксированного циклического (RR-DAMA) доступа.

После обработки запросов ЦС распределяет и назначает каждому СИТ необходимое количество трафиковых временных слотов по принципу закрепленного резервирования на длительности суперкадра. Информация о частотно-временных назначениях динамически обновляется от суперкадра к суперкадру на основе новых оценок объемов запросов.

Данные о выделении ЦС радиоресурса для работы спутниковых интерактивных терминалов (полоса частот, номер несущей, временные интервалы для передачи слотов) передаются в виде дополнительных таблиц сервисной информации: состава суперкадра, состава кадра, структуры временных слотов, сообщений о коррекции, терминальных информационных сообщений, временного плана передачи пакетов терминалом (ТВТР).

В пределах кадра СИТу могут быть выделены любые трафиковые временные слоты. Например, на фиг.2 стрелками показана последовательность выделения временных слотов для одного терминала, сначала слот 1 в полосе частот Δfs1, затем слот 12 в полосе частот Δfs3 и слот 9 в полосе частот Δfs2. Такое распределение временных слотов может быть продублировано во всех кадрах данного суперкадра или иметь иное распределение.

На фиг.3 представлена блок-схема предлагаемого способа распределения ресурса пропускной способности на длительности очередного суперкадра.

Для распределения ресурса пропускной способности центральной станцией на длительности очередного k-го суперкадра оценивается (этап 301) количество доступных временных слотов на длительности очередного k-го суперкадра

M(k)=Δf/Δfs·ntrf-a(k),

где Δf/Δfs - количество частотных каналов в суперкадре;

a(k) - число слотов, жестко зарезервированных запросами предыдущих суперкадров;

ntrf - максимальное количество временных слотов одного частотного канала, используемых для передачи информационных потоков данных на длительности суперкадра.

Также в ЦС анализируется множество возможных и устанавливаются конфигурации модемов V (символьная скорость, формат модуляции и кодирования) СИТов для обратных каналов, обеспечивающих близкие к допустимым соотношения сигнал/шум.

В соответствии с предлагаемым способом весь поступающий мультимедийный трафик данных СИТом в соответствии с уровнем требований QоS к качеству передачи (временной задержке, джиггеру, потерям) ранжируется по очередям нескольких классов сервиса (этап 302), к которым применяется алгоритм приоритетного обслуживания. Различные СИТы могут иметь схожие классы сервиса.

Объем поступающих пакетов данных каждой очереди может быть произвольным в отличие от объема информационных бит данных, передаваемых на позициях временных слотов в заданной конфигурации модема СИТ на длительности суперкадра. Для наиболее эффективного использования выделенной пропускной способности к пакетам данных очередей всех классов сервиса необходимо применить процедуру фрагментации, в результате которой блоки данных будут иметь фиксированный объем (этап 303). Фиксированный объем блока данных соответствующего класса сервиса должен быть согласован с количеством необходимых для его обслуживания временных слотов в заданной конфигурации модема СИТ.

Для потока данных каждой очереди устанавливаются (этап 304) удельные весовые коэффициенты (штрафы) за недообслуживание одного блока данных соответствующего класса сервиса. Значение весового коэффициента определяется с помощью процедуры ранжирования, учитывающей содержание заголовков пакетов, требования активных приложений, задействуемых протоколов. Трафику, предъявляющему более жесткие требования, присваивается более высокий весовой коэффициент.

Для передачи данных в спутниковом канале СИТами осуществляется динамическое резервирование временных слотов на длительности очередного суперкадра с помощью передачи запросов. Поскольку время получения СИТом таблицы распределения временных слотов от ЦС с учетом задержки распространения для ГСО составит не менее 500 мс, запрос динамического резервирования спутникового терминала должен включать (этап 305) в себя информацию о прогнозируемом статистическом распределении количества у поступивших в буфер блоков данных фиксированного объема по каждому классу сервиса на длительности суперкадра в виде дискретных (гистограммных) плотностей распределения .

Для распределения ресурса пропускной способности в составе устройства динамического частотно-временного планирования 40 (фиг.4) ЦС имеется блок распределения ресурса 42, который по заданному алгоритму на основе введения интегральной функции качества обслуживания трафика и условных штрафов за недообслуживание блоков данных очередей различных классов сервиса определяет каждому СИТу оптимальное количество временных слотов с учетом ограничений на их доступность в очередном суперкадре.

Условно, в составе устройства динамического частотно-временного планирования также можно выделить блок сбора и обработки запросов 41 на динамическое резервирование, поступивших от активных спутниковых терминалов, и блок формирования ТВТР 43, который назначает (присваивает) каждому СИТу временные слоты по частотным полосам в формализованном виде таблицы ТВТР.

Блок распределения ресурса 42 вычисляет вектор переменных решения , заданных на множестве допустимых целочисленных значений в виде количества обслуживаемых блоков данных по очередям активных классов сервиса для всех спутниковых терминалов.

Достижение наиболее высокого уровня обеспеченности обслуживания потоков данных всех спутниковых терминалов сети с учетом дифференцированных требований к качеству их сервиса возможно путем минимизации интегральной за сеть штрафной функцией .

Например, для потока класса сервиса s при наличии в буфере y блоков данных и выделении временных слотов под обслуживание всего лишь xs блоков весовая функция штрафа выражается как

Величина max{0,y-xs} определяет максимальное количество необслуженных блоков данных в буфере s-го класса сервиса одного СИТ. Ожидаемый штраф для s-го класса сервиса в случае известной дискретной (гистограммной) плотности распределения , когда обеспечены временными слотами xs блоков данных, выражается функцией

Тогда интегральная функция качества, представляющая суммарный штраф сети за недообслуживание блоков данных активных классов сервисов, записывается как

Общее количество назначаемых трафиковых временных слотов активным классам сервиса должно быть не более числа доступных слотов в суперкадре

где .

Математически задача распределения временных слотов между потоками активных классов сервиса всех спутниковых терминалов, с учетом ограничения (4), формализуется в следующем виде (этап 306)

Данная задача относится к классу задач стохастического нелинейного целочисленного выпуклого программирования. Известные методы, применяемые к задачам такого класса, не позволяют достичь приемлемой для решения в реальном времени вычислительной эффективности и приводят к длительным процедурам поиска оптимальных решений (Химмельблау Д. Прикладное нелинейное программирование. Под ред. М.Л.Быховского. М.: Мир, 1975. - 534 с., ил.).

Для упрощения решения в предлагаемом способе задача целочисленного программирования сначала приводится к задаче нелинейной безусловной оптимизации с ослаблением ограничения целочисленности переменных до непрерывных значений и на заключительном этапе осуществляется поиск близких к оптимальным целочисленных решений на основе эвристических процедур.

С использованием метода множителей Лагранжа задача условной оптимизации приводится к безусловной в виде функции

Нахождение устойчивого минимума выпуклой функции L(x, λ) возможно с помощью численных методов оптимизации. Однако ввиду недифференцируемости функций целочисленных переменных для применения численных процедур методов нелинейной оптимизации проведем их замену некоторыми аппроксимирующими функциями плотности вероятности количества блоков данных, допускающей условие их двойной дифференцируемости в интервале (0, ∞) (этап 305).

В предлагаемом способе для аппроксимации произвольного вида дискретного распределения блоков данных в очередях непрерывным распределением на основе наблюдаемой по последовательности суперкадров выборки YS={ys(1),…,ys(k)} по активным классам сервиса каждого терминала формируются непараметрические регрессионные оценки плотности вероятности

где Ф(·) - ядро, удовлетворяющее ряду известных свойств (Хардле В. Прикладная непараметрическая регрессия. - М.: Мир, 1993. - 349 с.); α - параметр сглаживания, значение которого может быть определено из условия максимизации функции правдоподобия, определяемой по методу перекрестной проверки (Хардле В. Прикладная непараметрическая регрессия. - М.: Мир, 1993. - 349 с.).

Оптимальные решения x* и λ* для функционала (6) вычисляются с учетом необходимых условий (этап 307)

из которых следует

где

a λ* может быть получено подстановкой (10) в (9) для ∇λL(x,λ)

Из условия ψ(λ)=M, получаем

где .

Из (10, 12), окончательно получаем

На этапах 308-313 из найденных на этапе 307 оптимальных решений определяются целочисленные значения. Для эффективного поиска близких к оптимальным решений предлагаются эвристические процедуры, имеющие низкую вычислительную сложность.

1. Определяется множество номеров классов сервиса с нецелочисленными решениями (этап 308). Если множество A пустое (этап 309), т.е. то решение найдено, в противном случае вычисляется освободившийся ресурс временных слотов (этап 310) вследствие ограничений на целочисленность.

2. Для всех номеров классов сервиса s ∈ A вычисляется коэффициент чувствительности частных штрафных функций относительно добавляемой разности к ближайшей целочисленной переменной

3. Определяется класс сервиса с наибольшим коэффициентом чувствительности (этап 311). Контролируя условие a≥dj (этап 313), обновляются значения , a=a-dj, A=A-{j} (этап 312) до тех пор, пока A не станет равным нулю.

Полученные целочисленные значения поступают в блок формирования ТВТР 43 (фиг.4) для окончательного установления временных позиций распределенных трафиковых слотов во временном плане передачи, который доводится до всех активных спутниковых терминалов в формализованном виде таблицы ТВТР (этап 314).

На этом процедуры обработки запросов динамического резервирования и распределения ресурса пропускной способности для k-го суперкадра считаются законченными.

Предлагаемый способ основан на алгоритме взвешенного распределения пропускной способности частотно-временной структуры суперкадра между потоками различных классов сервиса активных спутниковых терминалов и обеспечивает существенное уменьшение недостатков способа-прототипа за счет ранжирования потоков источников мультимедийных данных по уровню дифференцированных требований к качеству обслуживания, фрагментации пакетов данных на блоки фиксированного объема, соответствующего объему временного слота в заданной конфигурации модема, прогнозирования и аппроксимации произвольного гистограммного статистического распределения количества поступающих блоков данных в очереди различных классов сервиса, введения упрощенной вычислительной процедуры для поиска оптимального распределения количества временных слотов с учетом их доступного количества на длительности очередного суперкадра, исключающей использование переборных алгоритмов прямой и обратной прогонки.

Данный способ распределения ресурса пропускной способности может быть реализован на современных вычислительных процессорах.

Указанный способ может найти свое применение в любых системах беспроводного доступа, осуществляющих передачу мультимедийной информации между абонентскими терминалами в условиях ограниченных частотно-энергетических ресурсов.

1. Способ динамического распределения ресурса в интерактивных сетях спутниковой связи, заключающийся в том, что все поступающие на центральную станцию от спутниковых терминалов запросы динамического резервирования классифицируют по классам сервиса на основе величины запрашиваемой скорости, объема передаваемых данных, уровня требований к качеству сервиса QoS, устройство динамического планирования центральной станции в соответствии с классом запросов последовательно распределяет имеющийся в текущем суперкадре частотно-временной ресурс, выделение ресурса пропускной способности производиться частотно-временными блоками фиксированного объема [ΔF·Δτ], где ΔF - частотная полоса, соответствующая минимальная символьной скорости, Δτ - длительность временного слота, отличающийся тем, что потоки источников мультимедийного графика каждого спутникового интерактивного терминала ранжируют по очередям классов сервиса с присвоением каждой очереди удельного весового коэффициента, характеризующего степень обеспечения требований QoS, тип приложения, протокола.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что потоки источников мультимедийного графика каждого спутникового интерактивного терминала фрагментируют в буфере активных классов сервиса на блоки данных фиксированного объема, кратных объему информационных бит данных одного временного слота в заданной конфигурации модема (символьная скорость, формат модуляции и кодирования).

3. Способ по п.1, отличающийся тем, что спутниковые интерактивные терминалы осуществляют динамическое резервирование временных слотов на длительности очередного суперкадра с помощью передачи запросов, содержащих информацию о прогнозируемом статистическом распределении количества блоков данных в очередях буферов обслуживаемых классов сервиса.

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что центральная станция выделяет временные слоты каждому спутниковому интерактивному терминалу с помощью формализованной процедуры, минимизирующей интегральную функцию качества обслуживания мультимедийного трафика на основе введения условных штрафов за недообслуживание блоков данных очередей активных классов сервиса.



 

Похожие патенты:
Изобретение относится к области беспроводной радиосвязи между несколькими устройствами локальной сети. .

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться при построении системы радиосвязи для приема случайных, частотно-разнесенных и ортогональных сигналов в реальном масштабе времени.

Изобретение относится к устр-вам многоканальной передачи информации с временным разделением каналов и может не-, пользоваться в телеметрии. .

Изобретение относится к области радиосвязи. Технический результат заключается в разработке динамического резервирования ресурса пропускной способности обратных каналов, позволяющего добиться повышения эффективности функционирования сети в условиях отсутствия перегрузки по графику за счет минимально избыточного резервирования пропускной способности при обеспечении требований по средней задержке и джиттеру задержки для передаваемых пакетных данных RBDC графика, к которому относится трафик VoIP и видеоконференц-связи. Для этого в каждом активном спутниковом терминале измеряют скорость поступающего от оконечного оборудования графика пакетных данных и заполненность входного буфера спутникового терминала в периоды времени, кратные длительности суперфрейма, определяют оптимальное значение уровня квантиля для прогнозных значений скорости поступления пакетных данных в буфер спутникового терминала на один, два и три суперкадра вперед, формируют запрос динамического резервирования пропускной способности с учетом требований QoS исходя из заполненности входного буфера и сформированных на предыдущих суперкадрах запросах, а также данных прогноза скорости поступления пакетного графика, выполненного с учетом уровня квантиля, характеризующего избыточность резервирования. 6 ил.
Наверх