本发明属于物联网和卫星通信，特别涉及一种卫星物联网随机接入rar窗设置方法。
背景技术：
1、近年来随着5g的发展，物联网设备通过5g网络进行机器间通信已成为热门研究领域，然而依赖基础通信设施的物联网(iot)在缺乏基站等通信设施的特殊场景发展十分缓慢，例如沙漠、戈壁、海洋等特殊场景存在着石油勘探、野外动植物保护、远洋捕捞以及集装箱定位等需求。卫星通信因其拥有着更广的覆盖范围，更强的克服特殊地理障碍能力以及不易受天灾或人为攻击的特点成为地面蜂窝通信的一个有效补充。即将在2024年3月冻结的3gpp release 18版本5g协议中天地一体化作为重要的研究热点，重点提到了卫星物联网技术的研究，拥有卫星通信能力的地面终端在没有地面基站或无法连接到地面基站的情况下可以连接卫星进行信息转发或处理。
2、根据卫星轨道高度的不同，卫星将分为：高轨道(geo)卫星、中轨道(meo)卫星以及低轨道(leo)卫星，与不同卫星进行通信终端消耗的功率随卫星轨道高度增加，考虑到物联网设备通常为低功耗设备，并且低轨道卫星通信系统的通信时延最小，因此基于低轨道卫星的物联网通信近年来成为研究热点。
3、物联网场景下存在着接入设备多的问题，3gpp提出可通过接入限制策略降低接入的设备数量，避免接入设备过多导致基站接收器处理时延大以及效率低的问题，接入类别禁止(access class barring，acb)技术利用接入因子控制不同设备的接入概率，基站可根据不同的信道状态或接入请求数量发送携带不同的acb因子的系统消息，终端在接收到acb因子后生成随机数与acb比较判断是否可以接入，该方案可以有效地控制终端发起的接入请求数。
4、随机接入过程中，终端在发出随机接入请求之后，需要等待基站反馈的随机接入响应(random access response,rar)消息检测随机接入请求所携带的前导消息基站是否成功识别，而rar窗则用于设置终端从什么时候开始监听和接收来自卫星的下行消息，以及监听多久，所以rar窗的启动时间与持续时间的设置对于终端接收rar非常重要。
技术实现思路
1、针对现有的终端与卫星基站进行随机接入过程时，rar窗设置不够灵活而导致终端能耗高以及rar消息接收成功率低的问题，本发明提出一种卫星物联网随机接入rar窗设置方法，具体包括以下步骤：
2、地面终端根据业务需求进入随机接入状态，获取可接入卫星的星历信息并计算地面终端与卫星间的单向传输时延；
3、地面终端监听卫星的广播消息与系统消息，解码系统消息获取该卫星接入信道信息以及接入类型禁止acb因子，在本发明中，接入类型禁止acb因子取值范围为0-1，接入类型禁止acb因子与前一时刻基站的负载呈反比，即前一时刻基站负载越大，接入类型禁止acb因子的值越小，通过该参数控制接入任务的数量；
4、地面终端在0～1的范围内随机生成接入因子，若接入因子小于第一接入类型禁止acb因子，则地面终端进行后续随机接入过程；否则地面终端等待随机退避时间后进入随机接入过程；
5、地面终端进行第一次随机接入过程，即将rar窗启动时间设置为终端随机接入请求发出时刻加上msg1信息传输所需时间，并根据地面终端与卫星间的单向传输时延和接入类型禁止acb因子设置rar窗持续时间。
6、进一步的，根据地面终端与卫星间的单向传输时延和接入类型禁止acb因子设置rar窗持续时间的过程包括：
7、当接入类型禁止acb因子为0时，rar窗持续时间为0；
8、当接入类型禁止acb因子为0.1时，rar窗持续时间为
9、当接入类型禁止acb因子为0.2或0.3时，rar窗持续时间为3t；
10、当接入类型禁止acb因子为0.4、0.5或0.6时，rar窗持续时间为
11、当接入类型禁止acb因子为0.7或0.8时，rar窗持续时间为
12、当接入类型禁止acb因子为0.9或0.1时，rar窗持续时间为
13、其中，t为地面终端与卫星间的单向传输时延。
14、进一步的，若终端在rar窗持续时间内收到准确的rar消息，则进行后续接入过程；若未在rar窗持续时间内收到准确的rar消息或者接收到携带退避参数backofftime的rar消息，则地面终端在1-backofftime范围内随机选择一个时间进行退避，退避结束后重新获取该卫星接入信道信息以及接入类型禁止acb因子，并根据当前接入类型禁止acb因子与上一次接入类型禁止acb因子的变化因子获取rar窗变动时间，在第一次随机接入过程rar窗持续时间的基础上加上rar窗变动时间得到当前rar持续时间。
15、进一步的，若终端在rar窗持续时间内收到准确的rar消息，则进行后续接入过程，该过程包括：在rar窗持续时间内获取对应的rar消息，即接收到卫星基站发送的msg2，终端将发送msg3至卫星基站，同时等待基站发回的msg4。
16、进一步的，当前接入类型禁止acb因子与上一次接入类型禁止acb因子的变化因子的计算包括：
17、α＝|(acb_second-acb_first)/acb_first|
18、其中，α为当前接入类型禁止acb因子acb_second与上一次接入类型禁止acb因子acb_first之间的变化因子；|·|表示计算绝对值。
19、进一步的，若当前接入类型禁止acb因子大于上一次接入类型禁止acb因子，则当变化因子α为0时，rar窗变动时间为0；当变化因子α大于0且小于等于0.5时，rar窗变动时间为当变化因子α大于0.5且小于等于1时，rar窗变动时间为当变化因子α大于1且小于等于2时，rar窗变动时间为当变化因子α大于2且小于等于5时，rar窗变动时间为当变化因子α大于5且小于等于9时，rar窗变动时间为-t；其中，t为地面终端与卫星间的单向传输时延。
20、进一步的，若当前接入类型禁止acb因子小于上一次接入类型禁止acb因子，则当变化因子α为0时，rar窗变动时间为0；当变化因子α大于0且小于等于0.3时，rar窗变动时间为当变化因子α大于0.3且小于等于0.5时，rar窗变动时间为当变化因子α大于0.5且小于等于0.7时，rar窗变动时间为当变化因子α大于0.7且小于等于1时，rar窗变动时间为其中，t为地面终端与卫星间的单向传输时延。
21、进一步的，若当前接入类型禁止acb因子等于上一次接入类型禁止acb因子，则变化因子α为0，rar窗变动时间为0。
22、本发明是针对卫星物联网场景下，由于卫星波束覆盖范围远大于地面蜂窝小区，可接入设备数量也大大增加，同时隙内随机接入请求数量也随之增加，卫星处理接入请求所需的时延将动态变化。然而终端的rar窗设置却是固定的，当rar窗持续时间过短，可能无法接收到rar消息；当rar窗持续时间过长，终端的能量消耗也将大大增加。本发明提出根据卫星广播的acb因子的变化设置rar窗持续时间，第一次进行随机接入的rar窗持续时间仅根据第一次acb因子决定，如果接入失败，第二次进行随机接入的rar窗持续时间将参考第二次acb因子与第一次acb因子之间的acb变动因子α对应的rar窗变动时间τ，例如第二次acb因子在第一次acb因子的基础上大大降低时，说明此时接入请求数量变多，可以适当扩大rar窗持续时间，反之同理，该方法不仅通过缩短rar持续时间有效地降低了终端的能量消耗，同时利用acb因子反映的基站请求接收情况灵活设置rar窗持续时间提高了终端的rar消息接收功率。
1.一种卫星物联网随机接入rar窗设置方法，其特征在于，具体包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种卫星物联网随机接入rar窗设置方法，其特征在于，根据地面终端与卫星间的单向传输时延和接入类型禁止acb因子设置rar窗持续时间的过程包括：
3.根据权利要求1所述的一种卫星物联网随机接入rar窗设置方法，其特征在于，若终端在rar窗持续时间内收到准确的rar消息，则进行后续接入过程；若未在rar窗持续时间内收到准确的rar消息或者接收到携带退避参数backofftime的rar消息，则地面终端在1-backofftime范围内随机选择一个时间进行退避，退避结束后重新获取该卫星接入信道信息以及接入类型禁止acb因子，并根据当前接入类型禁止acb因子与上一次接入类型禁止acb因子的变化因子获取rar窗变动时间，在第一次随机接入过程rar窗持续时间的基础上加上rar窗变动时间得到当前rar持续时间。
4.根据权利要求3所述的一种卫星物联网随机接入rar窗设置方法，其特征在于，若终端在rar窗持续时间内收到准确的rar消息，则进行后续接入过程，该过程包括：在rar窗持续时间内获取对应的rar消息，即接收到卫星基站发送的msg2，终端将发送msg3至卫星基站，同时等待基站发回的msg4。
5.根据权利要求3所述的一种卫星物联网随机接入rar窗设置方法，其特征在于，当前接入类型禁止acb因子与上一次接入类型禁止acb因子的变化因子的计算包括：
6.根据权利要求5所述的一种卫星物联网随机接入rar窗设置方法，其特征在于，若当前接入类型禁止acb因子大于上一次接入类型禁止acb因子，则当变化因子α为0时，rar窗变动时间为0；当变化因子α大于0且小于等于0.5时，rar窗变动时间为当变化因子α大于0.5且小于等于1时，rar窗变动时间为当变化因子α大于1且小于等于2时，rar窗变动时间为当变化因子α大于2且小于等于5时，rar窗变动时间为当变化因子α大于5且小于等于9时，rar窗变动时间为-t；其中，t为地面终端与卫星间的单向传输时延。
7.根据权利要求5所述的一种卫星物联网随机接入rar窗设置方法，其特征在于，若当前接入类型禁止acb因子大于上一次接入类型禁止acb因子，则当变化因子α为0时，rar窗变动时间为0；当变化因子α大于0且小于等于0.3时，rar窗变动时间为当变化因子α大于0.3且小于等于0.5时，rar窗变动时间为当变化因子α大于0.5且小于等于0.7时，rar窗变动时间为当变化因子α大于0.7且小于等于1时，rar窗变动时间为其中，t为地面终端与卫星间的单向传输时延。
8.根据权利要求5所述的一种卫星物联网随机接入rar窗设置方法，其特征在于，若当前接入类型禁止acb因子等于上一次接入类型禁止acb因子，则变化因子α为0，rar窗变动时间为0。
