CN107592151A - 一种核心网系统及基于核心网系统的星座卫星系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种核心网系统及基于核心网系统的星座卫星系统，所述核心网系统包括3G或者4G核心网，所述核心网系统包括：控制中心、调度控制系统和卫星M2M平台；所述控制中心，用于负责实现各种接入用户的基础呼叫处理、移动性管理、会话控制功能、业务触发功能和信令处理功能；所述调度控制系统，用于提供集群调度业务；所述卫星M2M平台，用于负责处理卫星转发的采集数据，从而实现新一代星座卫星移动通信系统核心网，与传统星座卫星移动通信系统核心网不同，它是面向下一代星座卫星移动通信系统的，以高速率、低延迟、数据分组化、支持多种无线接入技术为特征的，具有可移植性的核心网框架结构。

Description

一种核心网系统及基于核心网系统的星座卫星系统

技术领域

本发明实施例涉及通信的技术领域，尤其涉及一种核心网系统及基于核心网系统的星座卫星系统。

背景技术

通信系统核心网的建设需要与相应的无线接入网技术相匹配，自从第二代数字移动通信技术取代第一代模拟移动通信技术以来，移动通信标准的发展经历了2G、2.5G、3G和4G LTE等多个阶段，其核心网的技术和标准也伴随着无线接入技术的发展而不断演进。而传统2G核心网主要的缺点有：

(1)随着通信业务由单纯的语音业务向数据业务、多媒体业务发展，2G电路域核心网已不能满足新的业务和应用，运营商收入对非话音业务的日益倚重推动核心网向更快、更高容量的分组交换/IP兼容网络发展；

(2)核心网网元较多，组网不灵活，并且增加了硬件设备投资成本；

(3)通信时延相对较大，星座卫星移动通信系统天地链路和星间链路的传播时延更是加大了通信时延，而3G核心网和4G核心网优化了语音编解码转换器，改善了网络内部话音包的时延，提高了话音质量；

(4)安全机制方面只有核心网对用户的单向鉴权，没有核心网和用户之间的双向鉴权，并且加密算法易于破解，而3G核心网和4G核心网对这些方面进行了优化。

星座卫星移动通信系统在继续发展，在全球成熟运营的星座卫星移动通信系统主要有Iridium系统和Globalstar系统都已提出下一代系统计划，需要核心网的传输速率更快，业务种类更多，所以传统的2G核心网已不能满足要求，需要进行演进。

发明内容

本发明实施例的目的在于提出一种核心网系统及基于此核心网系统的星座卫星系统，旨在解决如何提供一个面向下一代星座卫星移动通信系统的具有可移植性的核心网的问题。

为达此目的，本发明实施例采用以下技术方案：

第一方面，一种核心网系统，所述核心网系统包括3G或者4G核心网，所述核心网系统包括：控制中心、调度控制系统和卫星M2M平台；

所述控制中心，用于负责实现各种接入用户的基础呼叫处理、移动性管理、会话控制功能、业务触发功能和信令处理功能；

所述调度控制系统，用于提供集群调度业务；

所述卫星M2M平台，用于负责处理卫星转发的采集数据。

优选地，所述核心网系统还包括移动管理实体；

所述移动管理实体，用于负责寻呼消息分发、安全控制、空闲状态移动性管理、承载控制、控制面的协议流程处理、用户终端鉴权、NAS消息加密功能；其中，所述寻呼消息分发包括将所述寻呼消息按照一定的原则分发到对应信关站。

优选地，所述核心网系统还包括服务网关和PDN网关。

优选地，所述核心网系统还包括归属用户服务器；

所述归属用户服务器，用于负责用户数据、集群组数据的存储和管理功能，并提供用户接入的鉴权、认证功能。

优选地，所述核心网系统还包括短消息中心；

所述短消息中心，用于支持用户的短消息存储、转发，支持与地面移动网络短消息互通。

优选地，所述核心网系统还包括应用服务器；

所述应用服务器，用于负责处理第三方业务应用接口。

优选地，所述核心网系统还包括关口局；

所述关口局，用于负责处理所述核心网与PSTN、PLMN或者Internet网络的接口。

第二方面，一种基于核心网系统的星座卫星系统，所述星座卫星系统包括空间段、用户段和地面段；

所述空间段，包括由多颗覆盖全球的低轨LEO或中轨MEO卫星组成一个星座，完成对地球的无缝覆盖；

所述用户段，包括主载荷通信业务和搭载载荷通信业务的用户终端；

所述地面段，包括由信关站、核心网和测控中心组成；所述地面段的主要功能包括系统控制功能和通信功能；所述系统控制功能主要由所述测控中心提供，所述通信功能主要由所述信关站、所述核心网提供。

优选地，所述星座系统中的每颗星座卫星支持同轨道面和异轨道面的星间链路，构成空间网络，在不经过地面信关站的中继下，实现任意星间的数据端到端转发；所述每颗星座卫星设有路由交换模块，所述路由交换模块中的路由转发策略由所述地面信关站提前计算。

优选地，所述测控中心，用于负责监控全球星座卫星移动通信网络，对所述星座卫星中的每颗卫星进行跟踪、遥测、控制、维护操作。

优选地，所述信关站，用于连接低轨星座卫星和所述核心网，主要功能包括空口接口协议栈的实现、用户通信过程中的控制面和用户面建立、管理和释放，以及部分无线资源管理、部分移动性管理。

优选地，所述核心网，用于负责所述星座卫星系统内的用户与地面通信网络的控制和接续，完成对所述用户的识别、呼叫、计费状态报告、保存所归属的用户资料及与地面网络的互联互通功能。

本发明实施例提供一种核心网系统及基于核心网系统的星座卫星系统，所述核心网系统包括：控制中心、调度控制系统和卫星M2M平台；所述控制中心，用于负责实现各种接入用户的基础呼叫处理、移动性管理、会话控制功能、业务触发功能和信令处理功能；所述调度控制系统，用于提供集群调度业务；所述卫星M2M平台，用于负责处理卫星转发的采集数据，从而实现新一代星座卫星移动通信系统核心网，与传统星座卫星移动通信系统核心网不同，它是面向下一代星座卫星移动通信系统的，以高速率、低延迟、数据分组化、支持多种无线接入技术为特征的，具有可移植性的核心网框架结构。

附图说明

图1是本发明实施例提供一种核心网系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供另一种核心网系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种基于核心网系统的星座卫星系统的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明实施例作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明实施例，而非对本发明实施例的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明实施例相关的部分而非全部结构。

参考图1，图1是本发明实施例提供一种核心网系统的结构示意图。

如图1所示，所述核心网系统包括：控制中心100、调度控制系统101和卫星机器对机器(Machine to Machine，M2M)平台102；

所述控制中心100，用于负责实现各种接入用户的基础呼叫处理、移动性管理、会话控制功能、业务触发功能和信令处理功能；

所述调度控制系统102，用于提供集群调度业务；

所述卫星M2M平台103，用于负责处理卫星转发的采集数据。

本发明实施例提供一种核心网系统及基于核心网系统的星座卫星系统，所述核心网系统包括：控制中心、调度控制系统和卫星M2M平台；所述控制中心，用于负责实现各种接入用户的基础呼叫处理、移动性管理、会话控制功能、业务触发功能和信令处理功能；所述调度控制系统，用于提供集群调度业务；所述卫星M2M平台，用于负责处理卫星转发的采集数据，从而实现新一代星座卫星移动通信系统核心网，与传统星座卫星移动通信系统核心网不同，它是面向下一代星座卫星移动通信系统的，以高速率、低延迟、数据分组化、支持多种无线接入技术为特征的，具有可移植性的核心网框架结构。

参考图2，图2是本发明实施例提供另一种核心网系统的结构示意图。

如图2所示，核心网系统采用4G LTE核心网，由MME(移动管理实体)、服务网关和分组数据网(Packet Data Network，PDN)网关(服务网关和PDN网关(SGW and PGW，S-PGW))、归属用户服务器(Home Subscriber Server，HSS)、控制中心(CC)、调度控制系统(Dispatcher Control System，DCS)、卫星M2M平台、短消息中心(Short Message Center，SMC)、应用服务器(AS)和关口局等网元设备组成，如图2所示。核心网负责所有用户的会话管理、移动性管理、业务媒体管理以及与PSTN/PLMM/Internet的互联互通。

所述核心网系统包括：控制中心、调度控制系统、卫星M2M平台、移动管理实体、服务网关和PDN网关、归属用户服务器、短消息中心、应用服务器和关口局；

所述控制中心，用于负责实现各种接入用户的基础呼叫处理、移动性管理、会话控制功能、业务触发功能和信令处理功能；

所述调度控制系统，用于提供集群调度业务；

所述卫星M2M平台，用于负责处理卫星转发的采集数据；

所述移动管理实体(Mobility Management Entity，MME)，用于负责寻呼消息分发、安全控制、空闲状态移动性管理、承载控制、控制面的协议流程处理、用户终端鉴权、非接入层(Non Access Stratum，NAS)消息加密功能；其中，所述寻呼消息分发包括将所述寻呼消息按照一定的原则分发到对应信关站；

所述服务网关和PDN网关，用于S-GW的主要功能包括会话管理、路由选择和数据转发、服务质量(Quality Of Server，QoS)控制、计费信息搜集和信息存储等。P-GW的主要功能包括IP地址分配、路由选择和数据转发、QoS控制、计费执行等。S-GW和PGW可以合设，统称为S-PGW；

所述归属用户服务器，用于负责用户数据、集群组数据的存储和管理功能，并提供用户接入的鉴权、认证功能；

所述短消息中心，用于支持用户的短消息存储、转发，支持与地面移动网络短消息互通；

所述应用服务器，用于负责处理第三方业务应用接口；

所述关口局，用于负责处理所述核心网与公共交换电话网络(Public SwitchTelephone Network，PSTN)、公共陆地移动网络(Public Land Mobile Network，PLMN)或者Internet网络的接口。

4G核心网特点及优势：

(1)、系统架构全面实现分组化，即全IP化架构。核心网仅提供分组域，而不再存在电路域；

(2)、控制和承载分离，网络结构扁平化。借鉴软交换技术，将处理控制(信令)平面和用户(数据)平面的网元实体相分离，使得操作维护更加简单、灵活；

(3)、IP永远在线，在核心网中，UE(用户终端设备)开机后就分配一个IP地址和一个默认承载，这样能够保证用户的永远在线；

(4)、增强的QoS控制机制，在核心网中QoS控制只能由网络来发起，而不能由UE发起。系统支持端到端的QoS控制，能够对每段承载进行QoS控制；

(5)、增强的计费和策略控制架构，针对计费和QoS的策略管理得到了进一步加强，更加灵活。

测控中心通过两种方式运行：一是国家测控网，二是自建运控中心运营。在卫星发射入轨主动段、前期测控、以及系统应急情况下，使用国家测控系统对星座卫星实施运行控制管理；在系统建成后，通过卫星馈电链路自建测控网络，对星座实施管理，系统的日常运营管理通过自建的测控网络实现。

从政治、安全和现实性出发，初期将信关站设置在我国自主控制的区域内，国外的用户通过星际链路的通信方式进行通信。系统初期设计北京、喀什、漠河(由于星座为极轨类型，漠河站同时可见轨道面最多)三个信关站。北京站的信关站与核心网合设，做为主用信关站；喀什和漠河信关站作为分流信关站，在业务量较小时，只负责接收卫星信号，业务逻辑由地面网络传输到北京站处理。

参考图3，图3是本发明实施例提供的一种基于核心网系统的星座卫星系统的结构示意图。

如图3所示，所述星座卫星系统包括空间段、用户段和地面段；

所述空间段，包括由多颗覆盖全球的低轨LEO或中轨MEO卫星组成一个星座，完成对地球的无缝覆盖；

所述用户段，包括主载荷通信业务和搭载载荷通信业务的用户终端；

所述地面段，包括由信关站、核心网和测控中心组成；所述地面段的主要功能包括系统控制功能和通信功能；所述系统控制功能主要由所述测控中心提供，所述通信功能主要由所述信关站、所述核心网提供。

所述星座系统中的每颗星座卫星支持同轨道面和异轨道面的星间链路，构成空间网络，在不经过地面信关站的中继下，实现任意星间的数据端到端转发；所述每颗星座卫星设有路由交换模块，所述路由交换模块中的路由转发策略由所述地面信关站提前计算。

所述测控中心，用于负责监控全球星座卫星移动通信网络，对所述星座卫星中的每颗卫星进行跟踪、遥测、控制、维护操作。

所述信关站，用于连接低轨星座卫星和所述核心网，主要功能包括空口接口协议栈的实现、用户通信过程中的控制面和用户面建立、管理和释放，以及部分无线资源管理、部分移动性管理。

所述核心网，用于负责所述星座卫星系统内的用户与地面通信网络的控制和接续，完成对所述用户的识别、呼叫、计费状态报告、保存所归属的用户资料及与地面网络的互联互通功能。

具体的，如图3所示的星座卫星移动通信系统，卫星星座由60颗覆盖全球的低轨卫星组成，星座采用极轨道设计，6个轨道面，每个轨道面10颗卫星，轨道高度约为850Km。轨道面倾角为86°，轨道面升交点经度差为30.6度，轨道面之间相差系数为3(即相位差为18度)。每颗卫星与其同轨道面前后两颗卫星以及左右相邻轨道面两颗卫星建立星间链路，形成空间卫星网络。

建设一个星座卫星移动系统(低轨LEO或中轨MEO)，由空间段、用户段和地面段(包括测控中心/信关站/核心网)组成，其中核心网部分基于3G/4G核心网技术。基于该星座卫星移动通信系统，可以为用户提供语音、短消息、数据、M2M、集群等业务。

空间段由多颗覆盖全球的低轨(LEO)或中轨(MEO)卫星组成一个星座，完成对地球的无缝覆盖；

星座系统中每颗星支持同轨道面和异轨道面的星间链路，构成空间网络，可以在不经过地面信关站中继下，实现任意星间的数据端到端转发，每颗卫星设有路由交换模块，路由转发策略由地面信关站提前计算；

用户段包括主载荷通信业务和搭载载荷通信业务的用户终端。本系统可以提供多种类型的用户终端(如陆地、海事和航空等)，能够在世界上任何地方获得系统提供的语音、短消息、数据、M2M、集群等业务；

地面段主要由信关站演进NodeB(evolved Packet System，eNB)、核心网(CoreNetwork，CN)和跟踪遥测与指令站(Track，Telemetry and Command，TTC)组成，主要功能包括系统控制功能和通信功能。系统控制功能主要由测控中心提供，通信业务功能主要由信关站、核心网提供；

测控中心负责监控全球星座卫星移动通信网络，能够对卫星星座中每颗卫星进行跟踪、遥测、控制、维护等操作；

信关站(eNB)是低轨星座卫星与核心网之间的桥梁，全球可设置多个，主要功能包括空口接口协议栈的实现，用户通信过程中的控制面和用户面建立、管理和释放，以及部分无线资源管理、部分移动性管理；

核心网基于3G核心网或者4G核心网技术，核心网负责本系统内用户与地面通信网络(PSTN、PLMN、Internet等)的控制和接续，完成对用户的识别、呼叫、计费状态报告、保存所归属的用户资料及与地面网络的互联互通等功能。

以上结合具体实施例描述了本发明实施例的技术原理。这些描述只是为了解释本发明实施例的原理，而不能以任何方式解释为对本发明实施例保护范围的限制。基于此处的解释，本领域的技术人员不需要付出创造性的劳动即可联想到本发明实施例的其它具体实施方式，这些方式都将落入本发明实施例的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种核心网系统，其特征在于，所述核心网系统包括3G或者4G核心网，所述核心网系统包括控制中心、调度控制系统和卫星M2M平台；

所述控制中心，用于负责实现各种接入用户的基础呼叫处理、移动性管理、会话控制功能、业务触发功能和信令处理功能；

所述调度控制系统，用于提供集群调度业务；

所述卫星M2M平台，用于负责处理卫星转发的采集数据。

2.根据权利要求1所述的核心网系统，其特征在于，所述核心网系统还包括移动管理实体；

所述移动管理实体，用于负责寻呼消息分发、安全控制、空闲状态移动性管理、承载控制、控制面的协议流程处理、用户终端鉴权、NAS消息加密功能；其中，所述寻呼消息分发包括将所述寻呼消息按照一定的原则分发到对应信关站。

3.根据权利要求1所述的核心网系统，其特征在于，所述核心网系统还包括服务网关和PDN网关。

4.根据权利要求1所述的核心网系统，其特征在于，所述核心网系统还包括归属用户服务器；

所述归属用户服务器，用于负责用户数据、集群组数据的存储和管理功能，并提供用户接入的鉴权、认证功能。

5.根据权利要求1所述的核心网系统，其特征在于，所述核心网系统还包括短消息中心；

所述短消息中心，用于支持用户的短消息存储、转发，支持与地面移动网络短消息互通。

6.根据权利要求1所述的核心网系统，其特征在于，所述核心网系统还包括应用服务器；

所述应用服务器，用于负责处理第三方业务应用接口。

7.根据权利要求1所述的核心网系统，其特征在于，所述核心网系统还包括关口局；

所述关口局，用于负责处理所述核心网与PSTN、PLMN或者Internet网络的接口。

8.一种基于核心网系统的星座卫星系统，其特征在于，所述星座卫星系统包括空间段、用户段和地面段；

所述空间段，包括由多颗覆盖全球的低轨LEO或中轨MEO卫星组成一个星座，完成对地球的无缝覆盖；

所述用户段，包括主载荷通信业务和搭载载荷通信业务的用户终端；

所述地面段，包括由信关站、核心网和测控中心组成；所述地面段的主要功能包括系统控制功能和通信功能；所述系统控制功能主要由所述测控中心提供，所述通信功能主要由所述信关站、所述核心网提供。

9.根据权利要求8所述的星座卫星系统，其特征在于，所述星座系统中的每颗星座卫星支持同轨道面和异轨道面的星间链路，构成空间网络，在不经过地面信关站的中继下，实现任意星间的数据端到端转发；所述每颗星座卫星设有路由交换模块，所述路由交换模块中的路由转发策略由所述地面信关站提前计算。

10.根据权利要求8所述的星座卫星系统，其特征在于，所述测控中心，用于负责监控全球星座卫星移动通信网络，对所述星座卫星中的每颗卫星进行跟踪、遥测、控制、维护操作。

11.根据权利要求8所述的星座卫星系统，其特征在于，所述信关站，用于连接低轨星座卫星和所述核心网，主要功能包括空口接口协议栈的实现、用户通信过程中的控制面和用户面建立、管理和释放，以及部分无线资源管理、部分移动性管理。

12.根据权利要求8所述的星座卫星系统，其特征在于，所述核心网，用于负责所述星座卫星系统内的用户与地面通信网络的控制和接续，完成对所述用户的识别、呼叫、计费状态报告、保存所归属的用户资料及与地面网络的互联互通功能。