Оперативное распределение радиоресурса спутника-ретранслятора при нестационарном входном потоке сообщений с учетом запаздывания в управлении

Аннотация

Постановка проблемы: обширность зон обслуживания и, соответственно, абонентской базы спутников-ретрансляторов, с одной стороны, и принципиальная ограниченность их частотно-энергетического ресурса (радиоресурса), с другой стороны, требуют оперативного перераспределения радиоресурса между активными и пассивными радионаправлениями в целях повышения эффективности его использования. Целью работы является разработка метода управления распределением (резервированием) ресурса спутника-ретранслятора при вариации трафика, поступающего от различных земных станций, и математической модели процесса обслуживания нестационарного трафика, позволяющей оптимизировать управление для выбранного показателя эффективности. Результаты: сформулирована задача оперативного распределения (резервирования) радиоресурса спутника-ретранслятора в виде задачи нелинейного программирования и приведен пример ее решения при обслуживании нестационарного потока сообщений, формируемого группой речевых абонентов. В качестве модели нестационарного потока сообщений, формируемого речевыми абонентами с учетом подавления сигнала в паузах, использован модулированный марковский процесс и его частный случай — прерываемый пуассоновский процесс. Сущность предложенного метода управления состоит в гибком подключении дополнительного резерва при достижении очередью сообщений на входе земной станции определенного порога. Новизна подхода состоит в том, что оптимальное значение порога для каждой земной станции определяется не только статистическими характеристиками входящего потока, но и величиной запаздывания сигналов управления в спутниковой радиолинии. Для решения поставленной оптимизационной задачи нелинейного программирования разработана математическая модель процесса обслуживания модулированного марковского процесса с запаздыванием в подключении дополнительных каналов в виде трехмерной марковской цепи. Для этого в качестве ограничений приняты допущения об экспоненциальных законах распределения продолжительности периодов активности и пауз речи, задержки в подключении дополнительного ресурса и длительностей передачи отдельных сообщений и интервалов между ними. Снятие одного или нескольких из этих ограничений возможно путем расширения пространства состояний и, соответственно, размерности модели. Разработан алгоритм и приведен числовой пример решения поставленной задачи для случая, когда входной поток формируется лишь одним абонентом и описывается прерываемым пуассоновским процессом. Практическая значимость: разработанный метод оперативного перераспределения радиоресурса спутника-ретранслятора с учетом динамики неоднородного сетевого трафика позволит существенно (как показывает даже простейший пример, от 15 до 40 %) повысить емкость отечественных сетей спутниковой связи, включающих большое число малоканальных региональных земных станций.