張佳樂， 錢紅燕， 成翔， 陳兵

(南京航空航天大學(xué) 計算機科學(xué)與技術(shù)學(xué)院, 南京 211106)

世界強國政府與工業(yè)部門已經(jīng)充分認識到軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)(Software-Defined Satellite Network，SDSN)系統(tǒng)在21世紀國際競爭和國民經(jīng)濟發(fā)展中的重要作用，對其研究和應(yīng)用的投入急速增加。目前，國內(nèi)外著名研究機構(gòu)、衛(wèi)星通信公司都大力推進SDSN的理論方法與應(yīng)用基礎(chǔ)研究[1]。SDSN提供了面向多租戶的按需服務(wù)機制，通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)功能的抽象化、虛擬化和資源控制的可編程化，增強衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供的靈活性和可重構(gòu)性，提高了衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的資源利用率，降低系統(tǒng)建設(shè)成本與運營服務(wù)費用，提升衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)性價比，促進了衛(wèi)星及其應(yīng)用系統(tǒng)的建設(shè)與發(fā)展[2]。傳統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)存在著許多弊端與技術(shù)瓶頸，主要包括節(jié)點資源的有限性、網(wǎng)絡(luò)拓撲缺乏穩(wěn)定、網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用與服務(wù)的持續(xù)增長無法得到技術(shù)支持、網(wǎng)絡(luò)不具備開放性與可編程性[3]。SDSN技術(shù)通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的控制層與數(shù)據(jù)層分離的手段，使得衛(wèi)星節(jié)點所承載的功能大幅減少，復(fù)雜的資源分配及路由計算功能交由控制層執(zhí)行，有效解決了上述瓶頸[4]。

低軌衛(wèi)星由于其軌道相對地面距離較近，移動速度非常快，這就導(dǎo)致每個衛(wèi)星的波束覆蓋區(qū)相對用戶的可視時間很短。因此，用戶在多個波束之間的頻繁切換問題尤為顯著，即當用戶終端設(shè)備所處的衛(wèi)星覆蓋范圍發(fā)生了變化或者所處波束發(fā)生了改變，則需要進行相應(yīng)的切換管理。目前，國內(nèi)外學(xué)者及科研機構(gòu)對衛(wèi)星節(jié)點波束間切換管理方法的研究已取得了一定的研究成果[5-6]，諸多方法主要依據(jù)衛(wèi)星結(jié)構(gòu)、業(yè)務(wù)特點、運行環(huán)境等不同的側(cè)重點采用了多樣的研究思路。

但這些基于傳統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的波束切換機制往往采用單一指標評測的方法來制定切換策略，導(dǎo)致切換失敗率較高。此外，傳統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)數(shù)據(jù)層和控制層處于同一網(wǎng)絡(luò)設(shè)備中，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這也給切換的實時性和準確性造成了不可忽視的負面影響。而SDSN的出現(xiàn)為多波束間的切換機制提供了有效技術(shù)支撐[7]，因此，本文針對具有多波束覆蓋的SDSN，提出了一種多決策指標切換(Multi-Decision Index Handover，MDIH)機制。在傳統(tǒng)信道預(yù)留機制的基礎(chǔ)上，引入時間門限的概念，使得切換機制能夠精確觸發(fā)。同時，在切換決策過程中，采用MDIH算法來確定用戶的切換優(yōu)先級，決策粒度細，準確性高，并給出了一種抽象化多決策指標實例，進一步體現(xiàn)了所提出算法的可擴展性。

1 相關(guān)技術(shù)

1.1 軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)

在運用傳統(tǒng)組網(wǎng)技術(shù)進行衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建的過程中面臨著許多新的困難與挑戰(zhàn)，主要集中在以下4個方面：衛(wèi)星節(jié)點可用資源的有限性、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓撲的不穩(wěn)定性、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用與服務(wù)的持續(xù)增長性、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的封閉性。SDSN架構(gòu)的提出實現(xiàn)了將衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的控制層與數(shù)據(jù)層進行分離，使得衛(wèi)星節(jié)點僅承擔數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)及配置硬件的功能，更為復(fù)雜的資源分配及路由計算功能交由控制層執(zhí)行，為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的正常運行提供了一種細粒度且高效的控制管理方法[8]。

1.1.1 軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的特點

1) 控制層與數(shù)據(jù)層分離。SDSN中不同層次的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備承擔著不同的功能，數(shù)據(jù)層衛(wèi)星節(jié)點僅需承擔數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能，而衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的管理與監(jiān)控功能則由控制層設(shè)備實現(xiàn)。

2) 具有可編程接口。SDSN中提供了開放友好的可編程接口，這些接口為基于業(yè)務(wù)類型的差異化QoS保障服務(wù)提供了技術(shù)支持。

3) 集中式網(wǎng)絡(luò)管理。由于SDSN采用集中式進行衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的控制與管理，使得控制層節(jié)點可以獲取整個網(wǎng)絡(luò)的信息，從而制定適當?shù)膱笪霓D(zhuǎn)發(fā)策略。

1.1.2 面向軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的切換架構(gòu)

面向SDSN的切換架構(gòu)中的端節(jié)點由路由交換設(shè)備節(jié)點、控制節(jié)點及用戶節(jié)點組成，其整體架構(gòu)如圖1所示。

路由交換設(shè)備節(jié)點代表實際環(huán)境中的衛(wèi)星節(jié)點，其主要作用是實現(xiàn)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)報文的轉(zhuǎn)發(fā)，構(gòu)成了整個架構(gòu)中的數(shù)據(jù)層。與傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)交換設(shè)備不同的是：衛(wèi)星節(jié)點在完成數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)功能時所做的轉(zhuǎn)發(fā)決策并不是基于與鄰居節(jié)點相互學(xué)習(xí)而自行產(chǎn)生的路由表，而是受控制節(jié)點統(tǒng)一指揮，控制節(jié)點所具備的功能包括：

圖1 SDSN切換架構(gòu)Fig.1 Handover framework of SDSN

1) 控制節(jié)點在獲取全網(wǎng)信息的基礎(chǔ)上進行地址學(xué)習(xí)，進而完成路由轉(zhuǎn)發(fā)。

2) 控制節(jié)點根據(jù)獲取的全網(wǎng)信息制定控制策略，統(tǒng)一下發(fā)至全網(wǎng)衛(wèi)星節(jié)點。

3) 控制節(jié)點通過控制信息與衛(wèi)星節(jié)點進行交互，進而對數(shù)據(jù)層衛(wèi)星節(jié)點進行拓撲管理。

與傳統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)切換架構(gòu)相比，由于SDSN中的數(shù)控分離特性，切換策略所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)報文并不是由衛(wèi)星節(jié)點直接下發(fā)，而是先從衛(wèi)星節(jié)點轉(zhuǎn)發(fā)到控制節(jié)點，再由控制節(jié)點根據(jù)全網(wǎng)信息制定轉(zhuǎn)發(fā)策略統(tǒng)一下發(fā)，從而能夠?qū)崿F(xiàn)細粒度且高效的控制管理。如圖1所示，假設(shè)LEO(Low-Earth Orbit)衛(wèi)星的移動方向為從左到右，當切換過程觸發(fā)時，地面控制器根據(jù)位置服務(wù)器中用戶1的當前位置評估LEO2的接收信號強度逐漸弱于LEO1，若當前的接收信號強度小于預(yù)設(shè)門限時，則控制器發(fā)送切換決策到地面站，通過GEO(Geosynchronous Earth Orbit)衛(wèi)星中繼下發(fā)流表進行切換策略。

1.2 多波束切換機制

1.2.1 基本概念

衛(wèi)星節(jié)點受地面控制層節(jié)點控制管理，衛(wèi)星節(jié)點間鏈路負責節(jié)點間的信息傳輸。當用戶層終端設(shè)備啟動通信服務(wù)時，將立即與距其最近的衛(wèi)星節(jié)點建立通信鏈接。當用戶層終端設(shè)備所處的衛(wèi)星覆蓋范圍發(fā)生了變化或者所處波束發(fā)生了改變，則需要由控制層節(jié)點對用戶層終端設(shè)備進行相應(yīng)的切換管理。根據(jù)現(xiàn)象的不同，切換主要分為兩大類[9]。

1) 星間切換。用戶終端設(shè)備所處位置從某個衛(wèi)星節(jié)點覆蓋范圍移動到另一個衛(wèi)星節(jié)點覆蓋范圍。

2) 星內(nèi)切換。用戶終端設(shè)備所處位置從某個衛(wèi)星節(jié)點的一個點波束移動到此衛(wèi)星節(jié)點的另一個點波束。此種切換又被稱為波束切換。

在LEO衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，由于其衛(wèi)星軌道高度較低，且移動速度非?？欤瑥亩鴮?dǎo)致星內(nèi)切換甚至星間切換的頻率也很高。由于星內(nèi)切換的主要類型為波束間切換，而星間切換過程也相當于發(fā)生在不同衛(wèi)星之間的波束切換過程。因此，無論是星間切換，還是星內(nèi)切換，其本質(zhì)在于波束間切換，只是切換過程中的信息交互對象不同而已。綜上，本文所提出的切換機制主要關(guān)注于多波束間切換。

1.2.2 抽象模型

采用多波束技術(shù)可實現(xiàn)多頻帶多次復(fù)用，不僅可在提高發(fā)射信號強度的基礎(chǔ)上顯著增加通信容量，而且還有助于用戶終端設(shè)備接收天線的尺寸縮減。較為經(jīng)典的架構(gòu)如圖2所示。

衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的波束覆蓋區(qū)可抽象化為多個相同形狀大小的矩形，本文在此基礎(chǔ)上將波束間的切換過程進一步簡化為如圖3所示的幾何模型，其涉及到有關(guān)覆蓋重疊區(qū)的3個門限：增加信道門限、切換門限和接收機門限[10]。

1) 增加信道門限。當用戶即將到達新波束B的覆蓋邊界時，則進入增加信道狀態(tài)，同時保持與波束A之間的連接，以實現(xiàn)無縫切換，此時波束A的導(dǎo)頻信號或信道信號強度略大于波束B。當用戶超過該門限時，切換過程以波束B的信道接入方式啟動。

2)切換門限。當用戶達到波束A與波束B的覆蓋邊界時，開始執(zhí)行切換過程，此時波束A與波束B的信道信號強度相同。若用戶還未達到此覆蓋邊界，但波束A的信道信號強度小于或等于波束B，則強制執(zhí)行切換過程。

3) 接收機門限。用戶達到該門限時還未執(zhí)行切換過程，則當前的呼叫被迫終止，同時拆除與原波束信道的連接，因此接收機門限也被稱為拆除信道門限。在大多數(shù)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)切換機制中，由于新到達的波束中可能沒有閑置信道，因此通常會在切換門限到接收機門限之間設(shè)置切換請求隊列，待切換的用戶在此隊列中依照優(yōu)先級的不同依次進行切換。顯然，切換門限與接收機門限之間的時間間隔越長，呼叫被迫終止概率則越低。本文在此基礎(chǔ)上采用信道預(yù)留的思想進行切換機制的設(shè)計，具體方案在2.2節(jié)詳細介紹。

1.2.3 波束間切換管理

目前，國內(nèi)外學(xué)者及科研機構(gòu)對衛(wèi)星節(jié)點波束間切換管理方法的研究已取得了一定數(shù)量的研究成果，可依照不同的準則對這些研究成果進行分類歸納。主要的分類歸納準則有基于信道預(yù)留方式和基于切換業(yè)務(wù)優(yōu)先方式。與此同時，還可依照QoS保障能力將其區(qū)分為統(tǒng)計性策略與確定性策略[11-13]。依據(jù)業(yè)務(wù)模型選取的不同可將其區(qū)分為描述式[14]與預(yù)測式[15]；依據(jù)不同的求解問題方法可將其區(qū)分為啟發(fā)式學(xué)習(xí)方法[16-17]和模型計算方法[18]。

1) 基于信道預(yù)留方式。基于信道預(yù)留方式主要是利用衛(wèi)星節(jié)點網(wǎng)絡(luò)在運動過程中的軌跡具有可預(yù)測的特性，當某衛(wèi)星節(jié)點即將切換波束時在待切入的波束內(nèi)為其提前預(yù)留信道。若欲保證衛(wèi)星節(jié)點成功獲取預(yù)留信道，必須確保前序波束與后序波束內(nèi)均存在可用信道，否則請求預(yù)留信道的過程將被拒絕。為了保證整個衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的平穩(wěn)滑動與同步切換，基于信道預(yù)留方式的波束切換方法大多引入了切換請求隊列排序機制[19]。暫時無法滿足切換條件的切換請求將被加入等待序列，待切換條件滿足后方可進行切換。

2) 基于切換業(yè)務(wù)優(yōu)先方式。基于切換業(yè)務(wù)優(yōu)先方式的多種方法致力于對衛(wèi)星節(jié)點切換請求優(yōu)先級提高優(yōu)化的研究，切換請求排序緩沖手段是其中最為經(jīng)典的方法。此類方法可借助點波束具有分集性的這一特點(即波束間存在重疊區(qū)域)，對處于分集區(qū)域的衛(wèi)星節(jié)點所發(fā)出的切換請求采取緩沖操作，一旦具備波束切換條件立即對緩沖請求進行切換。然而，這種方式有可能導(dǎo)致當發(fā)出切換請求的衛(wèi)星節(jié)點即將離開分集區(qū)域時若仍未滿足切換條件，則將導(dǎo)致強制性通信中斷。常用對切換業(yè)務(wù)請求緩沖方法主要有以下3種：MBPS(Measurement Based Prioritization Scheme)、LUI(Last Useful Instant)和FIFO(First-In-First-Out)。從實際切換過程效果方面比，F(xiàn)IFO方法較為適用于實際的切換請求過程，但算法策略仍存在過于簡單、缺少多因素考慮機制的問題。

2 多決策指標切換算法

2.1 移動模型及相關(guān)假設(shè)

在本文的研究工作中，假設(shè)SDSN系統(tǒng)采用波束間固定信道分配方式(FAC)。同時，為了描述LEO衛(wèi)星覆蓋區(qū)域相對地球表面的移動性，本文所提的MDIH算法沿用大多數(shù)文獻所采用的一維移動模型，即假設(shè)所有移動終端都以固定速度沿與衛(wèi)星運動方向相反的直線運動，且速度等同于衛(wèi)星相對于地面的速度，如圖4所示。為了便于分析，本文將所有波束覆蓋區(qū)抽象為多個相同形狀和大小的矩形，移動終端的運動方向與矩形的邊平行，因此所有移動終端穿越波束的時間相同，均為tcell。

LEO的一維移動模型滿足以下幾點假設(shè)條件：

圖4 波束覆蓋的一維移動模型Fig.4 One-dimensional moving model of beam coverage

1) 終端業(yè)務(wù)在整個覆蓋區(qū)內(nèi)服從均勻分布。

2)每個波束覆蓋區(qū)內(nèi)的移動終端業(yè)務(wù)生成和切換均為獨立Poisson過程。

3) 業(yè)務(wù)持續(xù)時間服從均值為tcell的指數(shù)分布，且相對移動終端類型獨立。

4) 當移動終端到達某一波束覆蓋區(qū)邊界時，切換過程立即開始。

本文基于上述一維移動模型及相關(guān)假設(shè)，提出一種多決策指標切換算法，利用多個指標進行切換決策，能夠有效避免乒乓切換，提高切換決策準確率，降低切換次數(shù)。

2.2 算法描述

本文算法的目的在于確保切換決策的準確性及切換觸發(fā)的及時性。傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)切換機制大多采用單一決策指標的方式進行切換決策，例如接收信號強度(RSS)，但極易造成乒乓切換。因此，MDIH在設(shè)計時主要考慮在多決策指標下的切換決策過程，例如增加鏈路丟包率(PLR)、網(wǎng)絡(luò)時延(ND)等指標共同完成切換決策，能夠有效避免乒乓切換，降低切換失敗率。其中，RSS值主要反映了當前用戶所在波束中信道的質(zhì)量狀況，RSS值越大表示該波束中數(shù)據(jù)傳輸?shù)膿p耗率越小；PLR和ND用于表示當前信道的網(wǎng)絡(luò)鏈路性能，其值越小，鏈路性能越好。本文定義的用戶優(yōu)先級分為2類：高優(yōu)先級和低優(yōu)先級。其中，高優(yōu)先級用戶對應(yīng)的時間閾值tTH=tcell，低優(yōu)先級用戶對應(yīng)的時間閾值tTH=0。MDIH算法的流程如圖5所示。其切換判決處理過程如下：首先SDN控制器對用戶當前所處場景進行監(jiān)聽，選取關(guān)鍵決策指標；將提取的決策指標進行相關(guān)性比較，生成判定矩陣；然后處理判定矩陣，得到指標權(quán)重，同時定義各指標的優(yōu)屬度，進而計算出用戶當前所處波束內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)總體情況評估值PEV；最后根據(jù)PEV值的大小，確定切換時間閾值順序，進而實現(xiàn)對移動終端的切換判決。

值得說明的是，在MDIH的實際應(yīng)用中，可以根據(jù)實際應(yīng)用場景和用戶業(yè)務(wù)要求等因素對切換算法的決策指標進行定制化增加。不同粒度的決策指標對用戶優(yōu)先級的判定結(jié)果具有直接影響，例如在移動終端應(yīng)用程序種類很多的場景下，可以考慮采用多個決策指標來制定細粒度的用戶優(yōu)先級，在切換等待過程中形成以用戶優(yōu)先級為標準的信道預(yù)留等待列表(具體表現(xiàn)為tTH值的大小)，最終實現(xiàn)細粒度切換。

圖5 MDIH算法流程Fig.5 Flowchart of MDIH algorithm

假設(shè)在某個SDSN場景中，與用戶優(yōu)先級相關(guān)的決策指標有n個，分別為I1,I2,…,In，對這n個指標進行2類相對重要性比較，比較方法采用9級分制標度法，得到n階判定矩陣。

(1)

式中：Iij為指標Ii與指標Ij的重要性比較結(jié)果，其取值范圍為{1/9，1/7，1/5，1/3，1/1，3/1，5/1，7/1，9/1}，分別表示指標Ii相對指標Ij的重要程度由輕到重。由判定矩陣的結(jié)構(gòu)可以看出，I為正互反矩陣，即Iij>0,Iij=1/Iji，根據(jù)這一性質(zhì)，對于一個n×n的判斷矩陣，只需要得出上(或下)三角形的(n-1)×n/2個重要性比較結(jié)果即可。

在得到判定矩陣之后，可求得各指標的權(quán)數(shù)：

(2)

在MDIH中，對每一個決策指標Ii定義一個指標優(yōu)屬度矩陣G，用于表示該指標對于模糊集合I的隸屬程度，G可由查德優(yōu)屬度公式導(dǎo)出：

(3)

式中：ei為直觀經(jīng)驗得到的指標數(shù)值；Sup(ei)、Inf(ei)分別為指標值的上下界；Gi∈[0,1]。

在得到指標權(quán)重和指標優(yōu)屬度后，利用式(4)即可計算出某一用戶目前所處波束內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)總體情況評估值：

(4)

MDIH算法對當前等待切換用戶列表中的用戶網(wǎng)絡(luò)總體情況進行由高到低排序，假設(shè)等待列表中共有s個用戶，網(wǎng)絡(luò)性能評估結(jié)果為PEV1>PEV2>…>PEVs，則需要執(zhí)行的切換順序為Us→Us-1→…→U1，對應(yīng)的時間閾值大小為tTH(s)>tTH(s-1)>…>tTH(1)。最終由移動終端執(zhí)行切換策略。

3 多波束切換管理流程

在SDSN中，一個完整的切換過程可以分解為切換觸發(fā)、切換決策以及切換執(zhí)行3個過程，具體切換管理過程如圖6所示。

切換觸發(fā)過程中，地面控制器給當前波束覆蓋區(qū)中的每個用戶分配一個時間戳ti，表示用戶i在當前波束覆蓋區(qū)所滯留的時間。同時，引入一個時間閾值tTH，當ti-tcell=tRE≤tTH時，地面控制器根據(jù)用戶i的當前位置向下一個轉(zhuǎn)移波束發(fā)送信道預(yù)留請求信息(REQUEST_MESSAGE)，該信息包含用戶身份信息、位置信息、當前波束信息及剩余時間tRE，tRE為即將到達邊界的時間，tTH值可以根據(jù)用戶的優(yōu)先級和不同應(yīng)用場景進行動態(tài)設(shè)置。一旦控制器發(fā)出的信道預(yù)留請求被允許，則表明終端被允許接入；反之，若信道預(yù)留請求被拒絕或無可用信道則直接丟棄該切換請求。顯然如何確定tTH的值是實施切換策略的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。

在切換觸發(fā)機制中，考慮到實時性應(yīng)用程序?qū)W(wǎng)絡(luò)響應(yīng)的要求較高和用戶的QoS質(zhì)量，需要先判斷用戶的優(yōu)先級，以確定tTH的值，進而確定是否對該用戶實施切換。傳統(tǒng)的無線網(wǎng)絡(luò)切換機制大多采用RSS指標來評估當前和目標網(wǎng)絡(luò)的鏈路質(zhì)量，從而確定應(yīng)用程序的優(yōu)先級。但由于其只考慮了RSS單一指標，并未考慮全局網(wǎng)絡(luò)狀況，極易發(fā)生乒乓切換。因此，本文以SDSN為背景，提出一種多決策指標的切換算法，在RSS指標評測的基礎(chǔ)上，引入PLR及ND兩個因素共同決定是否進行切換。由于在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中引入SDN技術(shù)，地面控制器能夠掌握全網(wǎng)拓撲及網(wǎng)絡(luò)鏈路情況(包括星內(nèi)鏈路和星間鏈路)，因此，控制器可以基于全局的網(wǎng)絡(luò)信息來進行切換決策，這樣做的好處在于能夠保證整體網(wǎng)絡(luò)性能，充分利用帶寬和網(wǎng)絡(luò)資源。

圖6 切換管理流程Fig.6 Flowchart of handover management

控制器通過MDIH算法來決定用戶的切換優(yōu)先級(即tTH值)。若控制器做出切換決策，則首先設(shè)置位于低軌衛(wèi)星上的Openflow交換機隊列，根據(jù)不同流量速率決定相應(yīng)的隊列，使得發(fā)往原波束內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進入最低流量速率隊列，這樣做是為了降低原波束內(nèi)的數(shù)據(jù)發(fā)送速率，從而減少切換過程中的丟包率。隨后，由MDIH算法計算出tTH值，決定出優(yōu)先級最高的用戶，此時控制器發(fā)送切換消息(HANDOVER_MESSAGE)到移動設(shè)備，該消息包含該用戶的預(yù)留信道信息，同時控制器向低軌衛(wèi)星中的Openflow交換機下發(fā)流表，建立從目標用戶到預(yù)留信道的路徑。值得一提的是，在切換決策過程中，原波束內(nèi)的數(shù)據(jù)通信并未斷開，只是降低了發(fā)送速率，減少丟包率，因此可以實現(xiàn)平滑切換。若地面控制器給出的切換決策為拒絕切換或維持現(xiàn)狀，則控制器只需要發(fā)送無動作消息(NO_ACTION_MESSAGE)到移動設(shè)備即可。

移動設(shè)備接收來自地面控制器的切換決策，執(zhí)行相應(yīng)動作。綜上所述，本文MDIH算法能夠在SDSN環(huán)境下實現(xiàn)從用戶到衛(wèi)星節(jié)點再到控制器之間的有效切換策略。相比于傳統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的切換策略，MDIH算法采用多指標決策的思想來精確來反應(yīng)用戶當前所處波束中的網(wǎng)絡(luò)狀況，并通過定量評估方法實時地確定切換閾值，進而實現(xiàn)細粒度的精確切換。同時，MDIH算法還結(jié)合了SDSN的架構(gòu)特性，將切換策略集中到控制器中對全網(wǎng)進行統(tǒng)一下發(fā)，從而做出準確的切換判斷，避免切換滯留和乒乓效應(yīng)等問題，在保證用戶服務(wù)質(zhì)量的同時，得到了很好的切換效果。

4 結(jié) 論

針對SDSN中頻繁的波束切換問題，本文在傳統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)切換機制的基礎(chǔ)上，提出一種面向SDSN架構(gòu)的多波束切換機制，能夠在SDSN環(huán)境下實現(xiàn)用戶—衛(wèi)星—控制器之間的靈活有效切換。

1) 設(shè)計了一種面向SDSN的切換架構(gòu)，充分利用數(shù)控分離特性，實現(xiàn)更高效控制管理。

2) 提出一種MDIH算法，通過對切換過程中涉及到的多個指標進行定量分析，實現(xiàn)高精度、細粒度切換。

3) 給出了基于SDSN的切換管理流程，進一步體現(xiàn)了MDIH算法的可用性及可擴展性。