具有随机业务到达和时变拓扑的低地球轨道卫星网络中的波束管理
社会与信息网络
2024-04-16 v1
摘要
低地球轨道（LEO）卫星通信网络被认为是提供高数据速率和无缝覆盖的有前景的解决方案，其中卫星波束管理起着关键作用。然而，由于波束资源有限、网络拓扑动态、波束频谱复用、时变业务到达以及服务连续性要求，有效分配卫星波束的时频资源给多个小区具有挑战性。本文旨在降低时间平均波束重访时间并减少星间切换，在小区间干扰和网络稳定性约束下，为动态 LEO 卫星通信网络构建了一个波束管理问题。特别地，小区间干扰约束被进一步简化为基于离轴角的约束，这为两个波束小区之间的频谱共享提供了易于处理的规则。为了处理长期性能优化，通过采用李雅普诺夫优化框架，将原始问题转化为一系列单时段问题。由于转化后的问题是 NP 难的，它被进一步分解为三个子问题，包括服务波束分配、波束服务时间分配和服务卫星分配。借助基于离轴角约束构建的冲突图，开发了服务波束分配和波束服务时间分配算法，以减少波束重访时间和小区数据包队列长度。然后，我们进一步开发了一种卫星-小区服务关系优化算法，以更好地适应动态网络拓扑。与基线相比，数值结果表明，我们的方案可以将平均波束重访时间降低 20.8%，并在保持相似的小区间切换频率的同时，保持强大的网络稳定性。
引用
@article{arxiv.2404.08959,
title = {Beam Management in Low Earth Orbit Satellite Networks with Random Traffic Arrival and Time-varying Topology},
author = {Jianfeng Zhu and Yaohua Sun and Mugen Peng},
journal= {arXiv preprint arXiv:2404.08959},
year = {2024}
}