CN113271558A - 一种低轨卫星物联网中物联网信息传输方法、终端及*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种低轨卫星物联网中物联网信息传输方法、终端及***。该传输方法为：当卫星与地面站未连接时，采用存储转发模式传输物联网信息；存储转发模式包括：终端基于预置信息向目标卫星发送物联网信息，目标卫星存储接收的物联网信息，当目标卫星中的至少一个与地面站从未连接状态变为连接状态时，目标卫星将存储的物联网信息经地面站传输给网络侧处理；预置信息包括星历和终端上行频率资源。采用终端预置信息的方式，能在卫星和地面站未连接、不与网络侧进行消息交互的情况下实现终端消息发送，解决了卫星与地面站无连接时，终端无发送消息浪费空口频率资源的问题，有效的提高空口资源利用率。
Description
技术领域
本发明涉及低轨卫星物联网技术领域，特别是涉及一种低轨卫星物联网中物联网信息传输方法、终端及***。
背景技术
随着信息技术的快速发展，低轨卫星物联网的发展也十分迅速，对卫星物联网传输机制的研究也十分广泛。在卫星物联网现有的传输机制中，当卫星与地面站处于连接状态时，处于卫星波束覆盖范围内的终端能及时获得卫星转发的网络侧的***信息，基于***信息能很好的进行物联网信息的发送，终端的数据上传卫星后由卫星实时转发给地面站；当卫星和地面站未连接时，由于网络侧无法向终端发送***信息，地面站无法对终端进行资源调度，终端无法获得网络侧相关配置信息和卫星波束信息，终端即使处于卫星波束覆盖范围内，也无法进行消息的发送，大大地浪费了物联网终端的空口频率资源。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题，特别创新地提出了一种低轨卫星物联网中物联网信息传输方法、终端及***。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第一个方面，本发明提供了一种低轨卫星物联网中物联网信息传输方法，当卫星与地面站未连接时，采用存储转发模式传输物联网信息；所述存储转发模式包括：终端基于预置信息向目标卫星发送物联网信息，所述目标卫星存储接收的物联网信息，当所述目标卫星中的至少一个与地面站从未连接状态变为连接状态时，所述目标卫星将存储的物联网信息经地面站传输给网络侧处理；所述预置信息包括星历和终端上行频率资源。
上述技术方案：本方法针对卫星和地面站未连接(包括但不限于连接中断场景或还未首次连接上场景)时，终端无法获得网络侧***信息(如包括网络配置信息、可接入卫星波束信息等)进而无法发送信息，导致终端空口频率资源浪费的问题，采用终端预置信息的方式，能在卫星和地面站未连接、不与网络侧进行消息交互的情况下实现终端消息发送，解决了卫星与地面站无连接时，终端无发送消息浪费空口频率资源的问题。
在本发明的一种优选实施方式中，当卫星与地面站连接中断时，切换到存储转发模式传输物联网信息，当卫星与地面站恢复连接时，切回正常模式传输物联网信息；在所述正常模式中，终端基于网络侧实时发送的***信息向卫星发送物联网信息，卫星将接收的物联网信息转发给网络侧，所述***信息包括可接入卫星波束、应用层密钥、网络层密钥。
上述技术方案：设置两种物联网信息传输模式，卫星与地面站不同连接状态下对应不同的传输模式，实现了终端只要卫星波束覆盖下就能上传物联网信息，减少了终端空口频率资源浪费。
在本发明的一种优选实施方式中，存储转发模式和正常模式中终端上传的物联网信息采用相同的数据格式。
上述技术方案：降低了整个卫星物联网***和网络侧的复杂性。
在本发明的一种优选实施方式中，在存储转发模式中，终端多次发送同一条物联网信息，每次发送时采用不同的频率补偿量对所述物联网信息进行频偏补偿。
上述技术方案：大大提升终端发送上行物联网信息至目标卫星接收窗口的可能性，确保物联网信息被目标卫星有效接收，在预补偿不同的频率时发送多次上行消息，综合了卫星接收可能性和时频资源使用情况。
在本发明的一种优选实施方式中，终端基于预置信息向目标卫星发送物联网信息，具体包括：根据预置的星历和当前时间预知目标卫星以及可接入的目标卫星波束，结合预置的终端上行频率资源从预知的可接入目标卫星波束中选择一个接入；根据星历计算频偏补偿量；利用终端与目标卫星的距离计算发送时间提前量；基于频偏补偿量对待上传信息进行频偏补偿，将频偏补偿后的信息按照发送时间提前量提前发送。
上述技术方案：终端能够根据当前时间和位置，进行时间和频率补偿，以便提升目标卫星接收窗口的接收可能性。
在本发明的一种优选实施方式中，终端基于预置信息向目标卫星发送物联网信息，还包括：所述物联网信息中包含有与终端一一对应的终端标识；所述预置信息还包括预置的应用层密钥、预置的网络层密钥和终端标识；使用预置的应用层密钥对物联网信息中的数据字段进行加密，使用预置的网络层密钥对整条物联网信息进行完整性保护；将添加了终端标识的信息作为待上传信息上传至卫星。
上述技术方案：采用预置密钥的方式，能够在不与网络协商的情况下实现安全保护机制，加大了存储转发模式下物联网上行消息的安全性保护。
在本发明的一种优选实施方式中，当终端多次发送同一条物联网信息，每次发送时采用不同的频率补偿量对所述物联网信息进行频偏补偿时，终端基于预置信息向目标卫星发送物联网信息，具体包括：根据预置的星历和当前时间预知目标卫星以及可接入的目标卫星波束，结合预置的终端上行频率资源从预知的可接入目标卫星波束中选择一个接入；对于同一条物联网信息，根据星历计算不同目标发送时间点的多普勒频偏，以目标发送时间点的多普勒频偏为中心点设置所述目标发送时间点的频偏补偿量；利用每个目标发送时间点终端与目标卫星的距离计算所述目标发送时间点的发送时间提前量；对于每个目标发送时间点，基于所述目标发送时间点的频偏补偿量对待上传信息进行频偏补偿，将频偏补偿后的信息按照所述目标发送时间点的发送时间提前量提前发送。
上述技术方案：具体实现了多个目标发送时间点采用不同的频偏补偿量发送同一条物联网信息，每次发送同时进行了时间和频率补偿，增大了存储转发模式下卫星接收到上行物联网信息的可能性。
在本发明的一种优选实施方式中，利用每个目标发送时间点终端与目标卫星的距离基于如下公式计算所述目标发送时间点的发送时间提前量t0：t0＝L/C，其中，L表示所述目标发送时间点终端与目标卫星的距离，C表示光速。
上述技术方案：能够快速获取发送时间提前量。
在本发明的一种优选实施方式中，以目标发送时间点的多普勒频偏为中心点设置所述目标发送时间点的频偏补偿量，具体包括：获取目标发送时间点的实时多普勒频偏f多、终端晶振频率偏差(-f终,+f终)、卫星晶振频率偏差(-f卫,+f卫)、卫星接收频率容差(-f0,+f0)；将所述目标发送时间点的频偏补偿量设置为f多或f多±[f0-(f终+f卫)]或
上述技术方案：终端需要调整的频率补偿量包括多普勒频偏和***频偏两部分组成，能够提高频偏补偿准确性。
在本发明的一种优选实施方式中，当所述卫星与地面站连接时，所述卫星将存储的物联网信息经地面站传输给网络侧处理，具体包括：网络侧对接收的物联网信息进行重复数据过滤处理，根据重复数据过滤处理后的信息中的终端标识获得网络层密钥和应用层密钥，通过所述网络层密钥对重复数据过滤处理后的信息进行完整性校验，完整性校验通过后，通过所述应用层密钥解密出重复数据过滤处理后的信息中的数据字段。
上述技术方案：过滤重复数据，避免重复处理，实现了物联网信息完整性保护，提高了安全性。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第二个方面，本发明提供了一种用于低轨卫星物联网的终端，当卫星与地面站未连接时，所述终端基于存储转发模式向卫星上传物联网信息；所述终端包括：预置模块，用于预置星历、终端上行频率资源、与终端一一对应的终端标识、应用层密钥和网络层密钥；卫星波束选择模块，根据预置的星历和当前时间预知目标卫星以及可接入的目标卫星波束，结合预置的终端上行频率资源从预知的可接入目标卫星波束中选择一个接入；定位模块，用于获取所述终端的实时位置；发送时间提前量获取模块，利用终端与目标卫星的距离计算发送时间提前量；频偏补偿量获取模块，根据星历计算频偏补偿量；终端发送模块，使用应用层密钥对物联网信息中的数据字段进行加密，使用预置的网络层密钥对整条物联网信息进行完整性保护，所述物联网信息中包含有与终端一一对应的终端标识；基于所述频偏补偿量对进行了完整性保护的信息进行频偏补偿，将频偏补偿后的信息按照发送时间提前量提前发送上传至卫星。
上述技术方案：该终端采用终端预置信息的方式，能在卫星和地面站未连接、不与网络侧进行消息交互的情况下实现终端消息发送，解决了卫星与地面站无连接时，终端无发送消息浪费空口频率资源的问题。每次发送同时进行了时间和频率补偿，增大了存储转发模式下卫星接收到上行物联网信息的可能性。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种用于低轨卫星物联网的卫星，当所述卫星与地面站未连接时，所述卫星基于存储转发模式存储和转发终端上传的物联网信息；所述卫星包括：终端信息接收模块，用于接收终端上传的物联网信息；存储模块，用于存储卫星与地面站未连接期间终端上传的物联网信息；卫星发送模块，当所述卫星与地面站从未连接状态变到连接状态时，将存储模块中存储的物联网信息经地面站转发给网络侧。
上述技术方案：该卫星能够实现在存储转发模式中存储物联网信息，在卫星和地面站未连接的情况下实现终端消息发送，解决了卫星与地面站无连接时，终端无发送消息浪费空口频率资源的问题。
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的第三个方面，本发明提供了一种低轨卫星物联网***，包括终端、至少一个卫星、地面站、以及网络侧设备，当卫星与地面站未连接时，所述终端、卫星、地面站和网络侧设备采用存储转发模式传输物联网信息；所述网络侧设备包括网络服务器、应用服务器和应用数据服务器，网络服务器对接收的物联网信息进行重复数据过滤处理，根据重复数据过滤处理后的信息中的终端标识获得网络层密钥，通过所述网络层密钥对重复数据过滤处理后的信息进行完整性校验，完整性校验通过后，将重复数据过滤处理后的信息中的数据字段转发给应用服务器，应用服务器从用户数据服务器获得应用层秘钥，通过所述应用层密钥解密出物联网信息中的数据字段。
上述技术方案：该***针对卫星和地面站未连接(包括但不限于连接中断场景或还未首次连接上场景)时，终端无法获得网络侧***信息(如包括网络配置信息、可接入卫星波束信息等)进而无法发送信息，导致终端空口频率资源浪费的问题，采用终端预置信息的方式，能在卫星和地面站未连接、不与网络侧进行消息交互的情况下实现终端消息发送，解决了卫星与地面站无连接时，终端无发送消息浪费空口频率资源的问题，有效的提高空口资源利用率。
附图说明
图1是本发明一种应用场景中存储转发模式下物联网信息发送流程示意图；
图2是本发明一具体实施方式中发送时间提前调整示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，除非另有规定和限定，需要说明的是，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。
本发明公开了一种低轨卫星物联网中物联网信息传输方法，当卫星与地面站未连接时，采用存储转发模式传输物联网信息；存储转发模式包括：终端基于预置信息向目标卫星发送物联网信息，目标卫星存储接收的物联网信息，当目标卫星中的至少一个与地面站从未连接状态变为连接状态时，目标卫星将存储的物联网信息经地面站传输给网络侧处理；预置信息包括星历和终端上行频率资源。
在本实施方式中，卫星与地面站未连接优选但不限于指卫星与地面站还未首次连接场景或者卫星与地面站连接中断场景。在低轨卫星物联网中，包括至少一个卫星，卫星与终端相对运动，当卫星波束覆盖终端时，终端可以与卫星通信上传物联网信息。
在本实施方式中，目标卫星优选但不限于为其卫星波束覆盖该终端的卫星，或者是其卫星波束即将覆盖该终端的卫星。
在本实施方式中，当卫星与地面站连接时，终端、卫星、地面站和网络侧设备组成完整的卫星物联网络，网络侧会实时通过卫星向终端发送***信息，优选的，该***信息包括当前终端可接入卫星波束、应用层密钥、网络层密钥，终端根据***信息接入卫星波束并且对数据进行完整性保护。当卫星与地面站不连接时，终端无法获取***信息，即使卫星波束覆盖它，由于不知道该卫星波束的具体信息无法建立物联网信息上行链路，不能发送信息，导致空口资源浪费，因此，通过预置的星历，终端能够结合星历和当前时间预知覆盖或即将覆盖它的卫星波束频率信息，可选择一个频率在预置的终端上行频率资源中的卫星波束建立上行链路，实现信息发送。
在本实施方式中，优选的，终端在预设时间内未接收到***信息可认为进入卫星与地面站未连接状态，终端自动进入存储转发模式，在终端接收到***信息后，可认为进入卫星与地面站连接状态，终端自动退出存储转发模式，实现了模式自动切换，保证终端发送信息不受阻。进一步优选的，预设时间为一个或一个以上超帧时间。
在一种优选实施方式中，当卫星与地面站连接中断时，切换到存储转发模式传输物联网信息，当卫星与地面站恢复连接时，切回正常模式传输物联网信息；在正常模式中，终端基于网络侧实时发送的***信息向卫星发送物联网信息，卫星将接收的物联网信息转发给网络侧，***信息包括可接入卫星波束信息、应用层密钥、网络层密钥。
在一种优选实施方式中，在存储转发模式中，终端多次发送同一条物联网信息，每次发送时采用不同的频率补偿量对物联网信息进行频偏补偿。
在本实施方式中，由于通过星历获得当前可接入的卫星波束信息为静态获取方式，通过网络侧发送的***信息获取当前可接入卫星波束信息为动态获取方式，动态获取方式由于是实时监控的，信息准确性更高，对此，本实施方式能够有效弥补解决静态获取方式的不足，极大提升终端上行链路的接通可行性。
在一种优选实施方式中，终端基于预置信息向目标卫星发送物联网信息，具体包括：根据预置的星历和当前时间预知目标卫星以及可接入的目标卫星波束，结合预置的终端上行频率资源从预知的可接入目标卫星波束中选择一个接入；根据星历计算频偏补偿量；利用终端与目标卫星的距离计算发送时间提前量；基于频偏补偿量对待上传信息进行频偏补偿，将频偏补偿后的信息按照发送时间提前量提前发送。
在本实施方式中，根据星历和当前时间可以获取目标卫星当前位置、目标卫星当前速度，以及目标卫星波束频率信息，将符合预置的终端上行频率资源的目标卫星波束作为可接入的，可根据终端自带的定位模块获得终端的位置、终端速度，进而获得多普勒频偏，可将该多普勒频偏或多普勒频偏的上下小幅度浮动值作为频偏补偿量，具体计算多普勒频偏为现有技术，如网址https：//baike.***.com/item/％E5％A4％9A％E6％99％AE％E5％8B％92％E9％A2％91％E7％A7％BB/2585005？fr＝aladdin公开的内容，在此不再赘述。终端与目标卫星的距离可基于终端位置和目标卫星位置获得。
在一种优选实施方式中，终端基于预置信息向目标卫星发送物联网信息，还包括：物联网信息中包含有与终端一一对应的终端标识；预置信息还包括预置的应用层密钥、预置的网络层密钥和终端标识；使用预置的应用层密钥对物联网信息中的数据字段进行加密，使用预置的网络层密钥对整条物联网信息进行完整性保护；将进行了完整性保护的信息作为待上传信息上传至卫星。
在本实施方式中，优选的，基于128AES算法使用预置的应用层密钥对物联网信息中的数据字段进行加密，基于128AES算法使用预置的网络层密钥对整条物联网信息进行完整性保护。
在本实施方式中，基于128AES算法使用预置的应用层密钥对物联网信息中的数据字段进行加密，具体过程包括：
1)得到块序列Ai。加密的字段为pld＝AppData，把该字段分为k个长度为16字节的块，不够16字节的填充0，pad16表示填充的字节数。其中k＝ceil(len(pld)/16)(向上取整)，其中i＝1…k。
2)加密Ai。对块Ai加密，得到Si：
Si＝aes128＿encrypt(AppSKey，Ai)
3)得到加密的块序列S。块Ai序列的加密序列为：
S＝S1|S2|S3|…|Si
4)输出密文C。将S与(pld|pad16)异或，得到：
M＝(pld|pad16)xor S
密文C为M截取的前len(pld)个字节。
解密的过程与加密过程类似。先利用加密过程的步骤得到加密的块序列S，将S与(C|pad16)做异或，截取异或后的前len(C)字节就为原文。
在本实施方式中，基于128AES算法使用预置的网络层密钥对整条物联网信息进行完整性保护，具体包括：
1)发送端计算B0，B0＝Len(msg)，若不够16字节，需在前面加0补齐至16字节。
2)发送端进行如下操作：
cmac＝aes128＿cmac(NwkSKey，B0|msg)
该过程中完成最后一次加密操作后，取输出值的前4字节为发送端生成完整性保护因子MIC。
3)把生成的完整性保护因子MIC添加到需要发送的消息之后，发送给接收端。
4)接收端收到消息后对消息进行完整性验证，若验证不通过，则丢弃。
在一种优选实施方式中，当终端多次发送同一条物联网信息，每次发送时采用不同的频率补偿量对物联网信息进行频偏补偿时，终端基于预置信息向目标卫星发送物联网信息，具体包括：
根据预置的星历和当前时间预知目标卫星以及可接入的目标卫星波束，结合预置的终端上行频率资源从预知的可接入目标卫星波束中选择一个接入；
对于同一条物联网信息，根据星历计算不同目标发送时间点的多普勒频偏，以目标发送时间点的多普勒频偏为中心点设置目标发送时间点的频偏补偿量；
利用每个目标发送时间点终端与目标卫星的距离计算目标发送时间点的发送时间提前量；每天卫星物联网终端的覆盖时间是确定的，终端能根据存储的星历和当前时间判断是否有卫星运动到其上方(即目标卫星是否出现)，并预估可接入的目标卫星波束进行消息发送。如图2所示，由于时间参考点以卫星为基准，在终端发送消息之前，需根据存储的星历判断卫星的位置，并按照时间、自身位置和卫星位置计算时间提前量。终端按照发送时间提前量提前发送消息，就能够保持终端和目标卫星上时间的同步。图2中，终端UE侧的Burst1表示进行发送时间调整前发送，终端UE侧的Burst2表示进行发送时间提前调整后发送，卫星LEO侧的Burst1表示进行发送时间调整前的接收，卫星LEO侧的Burst2表示进行发送时间提前调整后的接收。
对于每个目标发送时间点，基于目标发送时间点的频偏补偿量对待上传信息进行频偏补偿，将频偏补偿后的信息按照目标发送时间点的发送时间提前量提前发送。
在本实施方式中，优选的，连续的多个目标发送时间点发送同一条物联网信息。
在本实施方式中，由于频率参考点以卫星为基准，在终端发送消息之前，需根据存储的星历判断卫星的位置，并按照时间、自身位置和卫星位置计算频率补偿量。
在一种优选实施方式中，利用每个目标发送时间点终端与目标卫星的距离基于如下公式计算目标发送时间点的发送时间提前量t0：
t0＝L/C，其中，L表示目标发送时间点终端与目标卫星的距离，C表示光速。
在一种优选实施方式中，以目标发送时间点的多普勒频偏为中心点设置目标发送时间点的频偏补偿量，具体包括：
获取目标发送时间点的实时多普勒频偏f多、终端晶振频率偏差(-f终,+f终)、卫星晶振频率偏差(-f卫,+f卫)、卫星接收频率容差(-f0,+f0)；
将目标发送时间点的频偏补偿量设置为f多或f多±[f0-(f终+f卫)]或
在本实施方式中，进一步优选的，同一条物联网信息对应的多个目标发送时间点的频偏补偿量应在f多、f多±[f0-(f终+f卫)]、
中循环轮流赋值，以便进一步提高上行链路接入可行性。为增大存储转发模式下卫星接收到上行数据的可能性，同一个上行数据包需发送多次，每次发送上行数据的时间不一致，发送时计算实时多普勒频偏，分别使用f多、f多±[f0-(f终+f卫)]、
进行频偏补偿。在终端预置频率资源使分配物联网载波间隔应大于
以避免两个载波信号干扰。
在一种优选实施方式中，当卫星与地面站连接时，卫星将存储的物联网信息经地面站传输给网络侧处理，具体包括：
网络侧对接收的物联网信息进行重复数据过滤处理，根据重复数据过滤处理后的信息中的终端标识获得网络层密钥和应用层密钥，通过网络层密钥对重复数据过滤处理后的信息进行完整性校验，完整性校验通过后，通过应用层密钥解密出重复数据过滤处理后的信息中的数据字段。
在本实施方式中，重复数据过滤处理为对重复物联网信息数据包过滤，可根据数据包名称、大小、头文件等进行判断是否为相同的数据包，多个相同数据包仅余留一个数据包进行后续处理。
在本实施方式中，优选的，在网络服务器中预置有至少一个终端预置的网络层密钥，以及终端标识和终端预置的网络层密钥的一一对应关系。在应用服务器中预置有至少一个终端预置的应用层密钥，以及终端标识和终端预置的应用层密钥的一一对应关系。
在本发明提供的低轨卫星物联网中物联网信息传输方法的一种应用场景中，具体流程示意图如图1所示，具体包括：
步骤A.在存储转发模式的终端中预置卫星星历、终端唯一标识、终端临时标识、存储转发模式下可使用的频率、终端应用层密钥AppSKey和终端网络层密钥NwkSKey等；
步骤B.终端根据自己在一个或几个超帧内没收到***信息判定进入了存储转发模式下。有上行数据发送时，使用预置的应用层密钥AppSKey对该消息中的数据字段进行加密，使用预置的网络层密钥NwkSKey对整条消息进行完整性保护；
步骤C.终端根据预置的星历和当前时间预知可以接入的卫星波束，并选择一个卫星波束进行接入，选择预置频率，并根据时间、自身位置和星历计算终端发送时间提前量和多普勒频偏；
步骤D.使用终端发送时间提前量进行时间补偿，使用多普勒频偏进行频率补偿，补偿后向卫星发送上行物联网消息；
步骤E.卫星将收到的上行物联网消息存储起来，等到与地面网络连接时，构造卫星和物联网网络服务器的接口消息，并将该消息发给物联网网络服务器；
步骤F.物联网网络服务器解析该接口消息，重组成上行数据，并对重复数据进行过滤，根据终端标识找到对应的网络层密钥NwkSKey，使用网络层密钥NwkSKey进行完整性校验；
步骤G.校验通过后，将消息中的数据字段转发给应用服务器；
步骤H.应用服务器使用应用层密钥AppSKey对数据字段解密，解密之后，数据可被使用。
本发明还公开了一种用于低轨卫星物联网的终端，在一种优选实施方式中，当卫星与地面站未连接时，终端基于存储转发模式向卫星上传物联网信息；
终端包括：预置模块，用于预置星历、终端上行频率资源、与终端一一对应的终端标识、应用层密钥和网络层密钥；卫星波束选择模块，根据预置的星历和当前时间预知目标卫星以及可接入的目标卫星波束，结合预置的终端上行频率资源从预知的可接入目标卫星波束中选择一个接入；定位模块，用于获取终端的实时位置，定位模块优选但不限于为GPS模块；发送时间提前量获取模块，利用终端与目标卫星的距离计算发送时间提前量；频偏补偿量获取模块，根据星历计算频偏补偿量；终端发送模块，使用应用层密钥对物联网信息中的数据字段进行加密，使用预置的网络层密钥对整条物联网信息进行完整性保护，物联网信息中包含有与终端一一对应的终端标识；基于频偏补偿量对进行了完整性保护的信息进行频偏补偿，将频偏补偿后的信息按照发送时间提前量提前发送上传至卫星。
本发明还公开了一种用于低轨卫星物联网的卫星，在一种优选实施方式中，当卫星与地面站未连接时，卫星基于存储转发模式存储和转发终端上传的物联网信息；
卫星包括：终端信息接收模块，用于接收终端上传的物联网信息；存储模块，用于存储卫星与地面站未连接期间终端上传的物联网信息；卫星发送模块，当卫星与地面站从未连接状态变到连接状态时，将存储模块中存储的物联网信息经地面站转发给网络侧。
本发明还公开了一种低轨卫星物联网***，在一种优选实施方式中，包括终端、至少一个卫星、地面站、以及网络侧设备，当卫星与地面站未连接时，终端、卫星、地面站和网络侧设备采用存储转发模式传输物联网信息；
网络侧设备包括网络服务器、应用服务器和用户数据服务器，网络服务器对接收的物联网信息进行重复数据过滤处理，根据重复数据过滤处理后的信息中的终端标识获得网络层密钥，通过网络层密钥对重复数据过滤处理后的信息进行完整性校验，完整性校验通过后，将重复数据过滤处理后的信息中的数据字段转发给应用服务器，应用服务器从用户数据服务器获取应用层秘钥，通过应用层密钥解密出物联网信息中的数据字段。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
Claims (10)
1.一种低轨卫星物联网中物联网信息传输方法，其特征在于，当卫星与地面站未连接时，采用存储转发模式传输物联网信息；
所述存储转发模式包括：终端基于预置信息向目标卫星发送物联网信息，所述目标卫星存储接收的物联网信息，当所述目标卫星中的至少一个与地面站从未连接状态变为连接状态时，所述目标卫星将存储的物联网信息经地面站传输给网络侧处理；所述预置信息包括星历和终端上行频率资源。
2.如权利要求1所述的低轨卫星物联网中物联网信息传输方法，其特征在于，当卫星与地面站连接中断时，切换到存储转发模式传输物联网信息，当卫星与地面站恢复连接时，切回正常模式传输物联网信息；在所述正常模式中，终端基于网络侧实时发送的***信息向卫星发送物联网信息，卫星将接收的物联网信息转发给网络侧，所述***信息包括可接入卫星波束、应用层密钥、网络层密钥；
和/或在存储转发模式中，终端多次发送同一条物联网信息，每次发送时采用不同的频率补偿量对所述物联网信息进行频偏补偿。
3.如权利要求1所述的低轨卫星物联网中物联网信息传输方法，其特征在于，终端基于预置信息向目标卫星发送物联网信息，具体包括：
根据预置的星历和当前时间预知目标卫星以及可接入的目标卫星波束，结合预置的终端上行频率资源从预知的可接入目标卫星波束中选择一个接入；
根据星历计算频偏补偿量；
利用终端与目标卫星的距离计算发送时间提前量；
基于频偏补偿量对待上传信息进行频偏补偿，将频偏补偿后的信息按照发送时间提前量提前发送。
4.如权利要求3所述的低轨卫星物联网中物联网信息传输方法，其特征在于，终端基于预置信息向目标卫星发送物联网信息，还包括：
所述物联网信息中包含有与终端一一对应的终端标识；
所述预置信息还包括预置的应用层密钥、预置的网络层密钥和终端标识；
使用预置的应用层密钥对物联网信息中的数据字段进行加密，使用预置的网络层密钥对整条物联网信息进行完整性保护；
将进行了完整性保护的信息作为待上传信息上传至卫星。
5.如权利要求2所述的低轨卫星物联网中物联网信息传输方法，其特征在于，当终端多次发送同一条物联网信息，每次发送时采用不同的频率补偿量对所述物联网信息进行频偏补偿时，终端基于预置信息向目标卫星发送物联网信息，具体包括：
根据预置的星历和当前时间预知目标卫星以及可接入的目标卫星波束，结合预置的终端上行频率资源从预知的可接入目标卫星波束中选择一个接入；
对于同一条物联网信息，根据星历计算不同目标发送时间点的多普勒频偏，以目标发送时间点的多普勒频偏为中心点设置所述目标发送时间点的频偏补偿量；
利用每个目标发送时间点终端与目标卫星的距离计算所述目标发送时间点的发送时间提前量；
对于每个目标发送时间点，基于所述目标发送时间点的频偏补偿量对待上传信息进行频偏补偿，将频偏补偿后的信息按照所述目标发送时间点的发送时间提前量提前发送。
6.如权利要求5所述的低轨卫星物联网中物联网信息传输方法，其特征在于，利用每个目标发送时间点终端与目标卫星的距离基于如下公式计算所述目标发送时间点的发送时间提前量t0：
t0＝L/C，其中，L表示所述目标发送时间点终端与目标卫星的距离，C表示光速；
和/或以目标发送时间点的多普勒频偏为中心点设置所述目标发送时间点的频偏补偿量，具体包括：
获取目标发送时间点的实时多普勒频偏f多、终端晶振频率偏差(-f终,+f终)、卫星晶振频率偏差(-f卫,+f卫)、卫星接收频率容差(-f0,+f0)；
将所述目标发送时间点的频偏补偿量设置为f多或f多±[f0-(f终+f卫)]或
7.如权利要求5所述的低轨卫星物联网中物联网信息传输方法，其特征在于，当所述卫星与地面站连接时，所述卫星将存储的物联网信息经地面站传输给网络侧处理，具体包括：
网络侧对接收的物联网信息进行重复数据过滤处理，根据重复数据过滤处理后的信息中的终端标识获得网络层密钥和应用层密钥，通过所述网络层密钥对重复数据过滤处理后的信息进行完整性校验，完整性校验通过后，通过所述应用层密钥解密出重复数据过滤处理后的信息中的数据字段。
8.一种用于低轨卫星物联网的终端，其特征在于，当卫星与地面站未连接时，所述终端基于存储转发模式向卫星上传物联网信息；
所述终端包括：
预置模块，用于预置星历、终端上行频率资源、与终端一一对应的终端标识、应用层密钥和网络层密钥；
卫星波束选择模块，根据预置的星历和当前时间预知目标卫星以及可接入的目标卫星波束，结合预置的终端上行频率资源从预知的可接入目标卫星波束中选择一个接入；
定位模块，用于获取所述终端的实时位置；
发送时间提前量获取模块，利用终端与目标卫星的距离计算发送时间提前量；
频偏补偿量获取模块，根据星历计算频偏补偿量；
终端发送模块，使用应用层密钥对物联网信息中的数据字段进行加密，使用预置的网络层密钥对整条物联网信息进行完整性保护，所述物联网信息中包含有与终端一一对应的终端标识；基于所述频偏补偿量对添加了终端标识的信息进行频偏补偿，将频偏补偿后的信息按照发送时间提前量提前发送上传至卫星。
9.一种用于低轨卫星物联网的卫星，其特征在于，当所述卫星与地面站未连接时，所述卫星基于存储转发模式存储和转发终端上传的物联网信息；
所述卫星包括：
终端信息接收模块，用于接收终端上传的物联网信息；
存储模块，用于存储卫星与地面站未连接期间终端上传的物联网信息；
卫星发送模块，当所述卫星与地面站从未连接状态变到连接状态时，将存储模块中存储的物联网信息经地面站转发给网络侧。
10.一种低轨卫星物联网***，其特征在于，包括终端、至少一个卫星、地面站、以及网络侧设备，当卫星与地面站未连接时，所述终端、卫星、地面站和网络侧设备采用存储转发模式传输物联网信息；
所述网络侧设备包括网络服务器、应用服务器和用户数据服务器，网络服务器对接收的物联网信息进行重复数据过滤处理，根据重复数据过滤处理后的信息中的终端标识获得网络层密钥，通过所述网络层密钥对重复数据过滤处理后的信息进行完整性校验，完整性校验通过后，将重复数据过滤处理后的信息中的数据字段转发给应用服务器，应用服务器从用户数据服务器获取应用层秘钥，通过所述应用层密钥解密出物联网信息中的数据字段。
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