CN113328781A - 天地一体化融合网络、寻呼方法和核心网 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种天地一体化融合网络，包括核心网和通信卫星。天地一体化融合网络包括核心网和多个通信卫星，核心网对第一通信卫星组中以及第二通信卫星组所组成的集合进行路由选择，通过路由选择所确定的多个通信卫星向卫星终端发起寻呼，其中，第一通信卫星组和第二通信卫星组中分别包括至少一个通信卫星，第一通信卫星组中的通信卫星相对核心网的仰角最大，第二通信卫星组中的通信卫星相对卫星终端的仰角最大。本发明全局考虑了所有可用的通信卫星的可靠性，一方面能够发挥路由选择算法本身的获得最短拓扑路径等的优点，又能改善路由的信道带宽、平均通信量、通信开销、队列长度和传播时延等特性。本发明广泛应用于卫星通信技术领域。

Description

天地一体化融合网络、寻呼方法和核心网

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其是一种天地一体化融合网络、寻呼方法和核心网。

背景技术

当前出现了“6G＝5G+卫星网络”的技术概念，即通过卫星移动网络和5G移动网络结合来实现6G网络，其技术思想是利用低轨卫星移动网络的优点弥补5G等移动网络的不足，比如让移动通信信号覆盖空中、海洋、森林、沙漠地区及其他地广人稀的区域，实现真正的全球通信。但是，卫星移动网络也存在着一些列的缺点，如通信距离、功率密度、多天线部署等，这使得卫星移动网络通信受到较多限制，卫星通信的频谱效率远低于同期的蜂窝移动通信***。因此，把地面移动网络和卫星移动网络结合起来可以充分利用卫星移动网络的优点，减少卫星移动网络缺点的影响。

在天地一体化融合网络中，卫星终端与通信卫星连接，核心网通过通信卫星向卫星终端发起寻呼，因此涉及通信卫星的路由选择问题。现有的寻呼技术中，仅考虑了核心网、通信卫星、卫星终端之间的局部连接的路径长短，未从全局考虑路径的可靠性，因此容易出现高延迟甚至通信终端等问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种天地一体化融合网络、寻呼方法和核心网。

一方面，实施例中包括一种天地一体化融合网络，包括：

多个通信卫星；

核心网；所述核心网对第一通信卫星组中以及第二通信卫星组所组成的集合进行路由选择，通过所述路由选择所确定的多个所述通信卫星，向卫星终端发起寻呼；

其中，所述第一通信卫星组以及所述第二通信卫星组分别包括至少一个所述通信卫星，所述第一通信卫星组中的各所述通信卫星相对所述核心网的仰角最大，所述第二通信卫星组中的各所述通信卫星相对所述卫星终端的仰角最大。

进一步地，所述核心网还获取各所述通信卫星的实时位置，根据各所述通信卫星的实时位置更新所述第一通信卫星组中的通信卫星。

进一步地，所述根据各所述通信卫星的实时位置更新所述第一通信卫星组中的通信卫星，包括：

根据各所述通信卫星的实时位置，确定各所述通信卫星相对所述核心网的仰角；

筛选出具有最大仰角的多个所述通信卫星；

以筛选出的多个所述通信卫星替换所述第一通信卫星组中的通信卫星。

进一步地，所述核心网还获取各所述通信卫星的实时位置与所述卫星终端的实时位置，根据各所述通信卫星的实时位置与所述卫星终端的实时位置更新所述第二通信卫星组中的通信卫星。

进一步地，所述根据各所述通信卫星的实时位置与所述卫星终端的实时位置更新所述第二通信卫星组中的通信卫星，包括：

根据各所述通信卫星的实时位置与所述卫星终端的实时位置，确定各所述通信卫星相对所述卫星终端的仰角；

筛选出具有最大仰角的多个所述通信卫星；

以筛选出的多个所述通信卫星替换所述第二通信卫星组中的通信卫星。

进一步地，所述向所述卫星终端发起寻呼是由触发条件触发的。

进一步地，所述触发条件包括：所述核心网接收到数据网络发出的下行数据。

另一方面，实施例中还包括一种应用于天地一体化融合网络的寻呼方法，所述天地一体化融合网络包括核心网和多个通信卫星，所述寻呼方法包括：

所述核心网对第一通信卫星组中以及第二通信卫星组中的多个所述通信卫星进行路由选择，通过所述路由选择所确定的多个所述通信卫星，向卫星终端发起寻呼；

其中，所述第一通信卫星组以及所述第二通信卫星组分别包括至少一个所述通信卫星，所述第一通信卫星组中的各所述通信卫星相对所述核心网具有最大仰角，所述第二通信卫星组中的各所述通信卫星相对所述卫星终端具有最大仰角。

另一方面，实施例中还包括一种核心网，所述核心网与多个通信卫星连接；所述核心网对第一通信卫星组中以及第二通信卫星组所组成的集合进行路由选择，通过所述路由选择所确定的多个所述通信卫星，向卫星终端发起寻呼；其中，所述第一通信卫星组以及所述第二通信卫星组分别包括至少一个所述通信卫星，所述第一通信卫星组中的各所述通信卫星相对所述核心网的仰角最大，所述第二通信卫星组中的各所述通信卫星相对所述卫星终端的仰角最大。

本发明的有益效果是：实施例中的天地一体化融合网络中，第一通信卫星组中的各通信卫星与卫星终端之间具有更短的物理路径，一般也具有更大的信道带宽、更大的平均通信量、更小的通信开销、更小的队列长度、更低的传播时延，同理，第二通信卫星组中的各通信卫星与卫星终端之间具有更短的物理路径，一般也具有更大的信道带宽、更大的平均通信量、更小的通信开销、更小的队列长度、更低的传播时延。对第一通信卫星组和第二通信卫星组中的通信卫星进行路由选择，相当于全局考虑了所有可用的通信卫星的可靠性，一方面能够发挥路由选择算法本身的获得最短拓扑路径等的优点，又能改善路由的信道带宽、平均通信量、通信开销、队列长度和传播时延等特性。

附图说明

图1为实施例中天地一体化融合网络的结构示意图；

图2为实施例中确定通信卫星相对于卫星终端的仰角的原理图；

图3为实施例中核心网寻呼卫星终端的流程图。

具体实施方式

本实施例中的天地一体化融合网络的结构如图1所示。参照图1，太空中的一个或多个通信卫星(空间基站)与卫星终端连接，相同或另外的一个或多个空间基站通过信关站(卫星信号地面接收站)与核心网(Core Network，CN)连接，这些空间基站之间可以进行星间通信，这里的核心网可以是4G、5G通信网络或者更先进的通信网络的核心网。其中，卫星终端可以是手机、车载仪器、船载仪器、飞机通信设备、地面基站等。参照图1，核心网还可以与数据网络(Data Network，DN)连接。

本实施例中，卫星终端通过GPS定位、北斗定位等定位技术，周期性地确定自己的实时位置，并将自己的实时位置实时上传至核心网。具体过程包括：卫星终端周期性的把位置信息发送到与卫星终端直接连接的通信卫星，通信卫星将卫星终端的位置信息转发给地面站，地面站把卫星终端的位置信息发给核心网。这样，核心网可以周期性地收集和更新卫星终端的实时位置。

本实施例中，核心网也在周期性地收集和更新各通信卫星的实时位置。具体过程包括：核心网获取各通信卫星的星历数据，根据星历数据可以计算出通信卫星的实时位置，例如，对于两行星历数据，可以采用SGP4模型计算通信卫星的实时位置，也可以使用卫星轨道六根数的历书来计算通信卫星的实时位置。

本实施例中，核心网通过核心网中的AMF单元获取自身位置。对于上述获得的卫星终端的实时位置、通信卫星的实时位置以及核心网的自身位置，可以转换成为地心地固坐标系(ECEF)形式，以方便统一计算。

本实施例中，核心网和卫星终端在地面，各通信卫星在太空中，核心网可以根据ECEF形式的卫星终端的实时位置、通信卫星的实时位置以及核心网的自身位置，计算出各通信卫星相对于卫星终端的仰角，以及各通信卫星相对于核心网的仰角。其中，通信卫星相对于卫星终端的仰角，可以指通信卫星与卫星终端的连线与卫星终端所在地点的地平面的所成夹角；通信卫星相对于核心网的仰角，可以指通信卫星与核心网的连线与核心网所在地点的地平面的所成夹角。

例如，图2中，卫星终端位于地面上的O点，直线MN为在O点与地球表面相切的直线，三个通信卫星分别位于太空中的A点、B点、C点，那么这三个通信卫星相对于卫星终端的仰角分别为∠AOM、∠BON、∠CON。

本实施例中，核心网对各通信卫星相对于卫星终端的仰角进行由大到小的排序，并且筛选出其中仰角最大的M个通信卫星，这M个通信卫星被编入第一通信卫星组。由于通信卫星和卫星终端都是相对地面移动的，因此通信卫星相对于卫星终端的仰角也在变化，而核心网在周期性地计算通信卫星相对于卫星终端的仰角，因此每次筛选出的M个通信卫星可能都不同。每次筛选出M个通信卫星之后，以这M个通信卫星代替第一通信卫星组中原先的各通信卫星，从而实现对第一通信卫星组的更新。

同理，核心网对各通信卫星相对于核心网的仰角进行由大到小的排序，并且筛选出其中仰角最大的N个通信卫星，这N个通信卫星被编入第二通信卫星组。由于通信卫星相对地面移动，因此通信卫星相对于核心网的仰角也在变化，而核心网在周期性地计算通信卫星相对于核心网的仰角，因此每次筛选出的N个通信卫星可能都不同。每次筛选出N个通信卫星之后，以这N个通信卫星代替第二通信卫星组中原先的各通信卫星，从而实现对第二通信卫星组的更新。

本实施例中，核心网可以建立一张数据表，数据表中记录各通信卫星的编号以及各通信卫星属于第一通信卫星组、属于第二通信卫星组还是既不属于第一通信卫星组也不属于第二通信卫星组，通过对数据表中各通信卫星的种类划分的更新，从而实现对第一通信卫星组和第二通信卫星组中的通信卫星的更新。

通过上述过程可以确定，第一通信卫星组中的各通信卫星，其相对卫星终端的仰角是所有通信卫星相对卫星终端的仰角当中最大的；第二通信卫星组中的各通信卫星，其相对核心网的仰角是所有通信卫星相对核心网的仰角当中最大的。在这些通信卫星都是相同类型的通信卫星，例如都是低轨卫星的情况下，由于仰角最大，因此对比其他通信卫星来说，第一通信卫星组中的各通信卫星与卫星终端之间具有更短的物理路径，一般也具有更大的信道带宽、更大的平均通信量、更小的通信开销、更小的队列长度、更低的传播时延。同理，对比其他通信卫星来说，第二通信卫星组中的各通信卫星与核心网之间具有更短的物理路径，一般也具有更大的信道带宽、更大的平均通信量、更小的通信开销、更小的队列长度、更低的传播时延。由于核心网还通过持续地通过测量位置而更新第一通信卫星组和第二通信卫星组，可以在通信卫星以及卫星终端不断移动的情况下，第一通信卫星组和第二通信卫星组中的各通信卫星能够被不断更新，继续保持更短的物理路径、更大的信道带宽、更大的平均通信量、更小的通信开销、更小的队列长度、更低的传播时延等特性。

本实施例中，核心网在检测到触发条件后，对第一通信卫星组中以及第二通信卫星组所组成的集合进行最短路由选择，通过最短路由选择所确定的多个通信卫星，向卫星终端发起寻呼。具体地，触发条件可以是核心网接收到数据网络发出的下行数据。其过程如图3所示。

参照图3，其中的UE表示卫星终端(User Equipment)，gNb表示应用5G技术的通信卫星，DB表示数据库(Database)，AMF表示接入和移动性管理功能网元(Access andMobility Management Function)，SMF表示会话管理功能网元(Session ManagementFunction)，UPF表示用户面功能网元(User Plane Function)，DN表示数据网络(DataNetwork)。其中，DB、AMF、SMF和UPF属于核心网的组成部分。图3所示的流程如下：

1、数据网络有下行数据到达核心网中的UPF，该下行数据需要转发给卫星终端。

2、第一个下行数据到达UPF之后，就会成为触发条件，触发UPF向SMF发送有数据到达的报告消息Downlink Data Report。UPF会对其他下行数据进行缓存，直到会话恢复后，将数据转发给卫星终端。

3、SMF在收到UPF发来的数据报告之后，会返回给UPF相应的会话报告响应。

4、SMF会携带需要恢复的PDU Session ID、UE表示、SUPI、SM、NAS消息以及N3接口隧道信息等内容，将上述内容通过AMF下发给通信卫星和卫星终端来恢复PDU Session。

5、AMF向SMF返回尝试寻呼的响应。

6、AMF向用户签约的数据库发送卫星终端位置请求

7、数据库向AMF返回卫星终端位置请求的响应。

8、AMF从相应的数据库取出卫星终端的位置，具体地，AMF读取出第一通信卫星组和第二通信卫星组中的通信卫星的编号等信息，通过最短路由选择算法计算，选择其中的多个通信卫星组成传输链路，通过传输链路向卫星终端发起寻呼。相应地，图3中的gNB可以看做是一个通信链路，这个通信链路由第一通信卫星组和第二通信卫星组中被最短路由选择算法选择出来的多个通信卫星组成。

步骤8中，所使用的最短路由选择算法可以是迪克斯特拉算法，其计算路由时，可以通过第一通信卫星组和第二通信卫星组中的通信卫星的信道带宽、平均通信量、通信开销、队列长度、传播时延等参数计算出各通信卫星之间的物理距离，从而应用最短路由选择算法。

本实施例中天地一体化融合网络的原理在于：第一通信卫星组中的各通信卫星与卫星终端之间具有更短的物理路径，一般也具有更大的信道带宽、更大的平均通信量、更小的通信开销、更小的队列长度、更低的传播时延，同理，第二通信卫星组中的各通信卫星与卫星终端之间具有更短的物理路径，一般也具有更大的信道带宽、更大的平均通信量、更小的通信开销、更小的队列长度、更低的传播时延。对第一通信卫星组和第二通信卫星组中的通信卫星进行路由选择，相当于全局考虑了所有可用的通信卫星的可靠性，一方面能够发挥路由选择算法本身的获得最短拓扑路径等的优点，又能改善路由的信道带宽、平均通信量、通信开销、队列长度和传播时延等特性。

需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本实施例所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实施例说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本实施例所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。

应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本实施例所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。

应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用标准编程技术-包括配置有计算机程序的非暂时性计算机可读介质在计算机程序中实现，其中如此配置的介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机***通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路上运行。

此外，可按任何合适的顺序来执行本实施例描述的过程的操作，除非本实施例另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本实施例描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机***的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。

进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像***、装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本实施例所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。

计算机程序能够应用于输入数据以执行本实施例所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。

以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (9)

1.一种天地一体化融合网络，其特征在于，包括：

多个通信卫星；

核心网；所述核心网对第一通信卫星组中以及第二通信卫星组所组成的集合进行路由选择，通过所述路由选择所确定的多个所述通信卫星，向卫星终端发起寻呼；

其中，所述第一通信卫星组以及所述第二通信卫星组分别包括至少一个所述通信卫星，所述第一通信卫星组中的各所述通信卫星相对所述核心网的仰角最大，所述第二通信卫星组中的各所述通信卫星相对所述卫星终端的仰角最大。

2.根据权利要求1所述的天地一体化融合网络，其特征在于，所述核心网还获取各所述通信卫星的实时位置，根据各所述通信卫星的实时位置更新所述第一通信卫星组中的通信卫星。

3.根据权利要求2所述的天地一体化融合网络，其特征在于，所述根据各所述通信卫星的实时位置更新所述第一通信卫星组中的通信卫星，包括：

根据各所述通信卫星的实时位置，确定各所述通信卫星相对所述核心网的仰角；

筛选出具有最大仰角的多个所述通信卫星；

以筛选出的多个所述通信卫星替换所述第一通信卫星组中的通信卫星。

4.根据权利要求1-3任一项所述的天地一体化融合网络，其特征在于，所述核心网还获取各所述通信卫星的实时位置与所述卫星终端的实时位置，根据各所述通信卫星的实时位置与所述卫星终端的实时位置更新所述第二通信卫星组中的通信卫星。

5.根据权利要求4所述的天地一体化融合网络，其特征在于，所述根据各所述通信卫星的实时位置与所述卫星终端的实时位置更新所述第二通信卫星组中的通信卫星，包括：

根据各所述通信卫星的实时位置与所述卫星终端的实时位置，确定各所述通信卫星相对所述卫星终端的仰角；

筛选出具有最大仰角的多个所述通信卫星；

以筛选出的多个所述通信卫星替换所述第二通信卫星组中的通信卫星。

6.根据权利要求1所述的天地一体化融合网络，其特征在于，所述向所述卫星终端发起寻呼是由触发条件触发的。

7.根据权利要求6所述的天地一体化融合网络，其特征在于，所述触发条件包括：所述核心网接收到数据网络发出的下行数据。

8.一种应用于天地一体化融合网络的寻呼方法，所述天地一体化融合网络包括核心网和多个通信卫星，其特征在于，所述寻呼方法包括：

所述核心网对第一通信卫星组中以及第二通信卫星组中的多个所述通信卫星进行路由选择，通过所述路由选择所确定的多个所述通信卫星，向卫星终端发起寻呼；

其中，所述第一通信卫星组以及所述第二通信卫星组分别包括至少一个所述通信卫星，所述第一通信卫星组中的各所述通信卫星相对所述核心网具有最大仰角，所述第二通信卫星组中的各所述通信卫星相对所述卫星终端具有最大仰角。

9.一种核心网，其特征在于，所述核心网与多个通信卫星连接；所述核心网对第一通信卫星组中以及第二通信卫星组所组成的集合进行路由选择，通过所述路由选择所确定的多个所述通信卫星，向卫星终端发起寻呼；其中，所述第一通信卫星组以及所述第二通信卫星组分别包括至少一个所述通信卫星，所述第一通信卫星组中的各所述通信卫星相对所述核心网的仰角最大，所述第二通信卫星组中的各所述通信卫星相对所述卫星终端的仰角最大。

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