CN110072264B - 一种低轨卫星系统切换方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种低轨卫星系统切换方法，属于卫星通信领域，包括以下步骤：S1：在卫星信关站中建立Active表；S2：卫星信关站确定用户切换资源预留请求时刻及切换执行时刻；S3：到达资源预留请求时刻，卫星信关站向目标卫星发送资源预留请求消息；S4：目标卫星判断波束信道资源是否空闲；S5：若目标卫星波束信道资源空闲，则为切换用户预留波束信道资源，向信关站发送资源预留成功消息；S6：若目标卫星目标波束中无波束信道资源，但存在其它可用信道资源，为切换用户预留其它可用信道资源，并发送切换通知消息至信关站；S7：若目标卫星目标波束中无可用信道资源，则用户进入资源预留缓冲区。

Description

一种低轨卫星系统切换方法
技术领域
本发明属于卫星通信领域，涉及一种低轨卫星系统的切换方法。
背景技术
近年来，卫星通信技术发展迅速，其中，低轨卫星通信系统因通信时延低，传输功耗小，覆盖范围广等优点，在个人通信领域有着广泛的应用。然而，低轨卫星的高速移动导致用户在通信过程中需面临频繁的切换，如何设计高效的切换方法，以解决用户切换过程中可能出现的传输中断，丢包甚至掉话等问题，实现用户通信性能提升已成为重要的研究课题。
目前，已有研究考虑卫星通信系统中的切换问题，如专利(申请号CN 108964814A)“一种低轨卫星通信系统的信道切换方法”，提供了一种低轨卫星通信系统的信道切换方法，基于切换用户中断概率动态调整所预留切换信道，从而有效降低切换时延，提升切换性能。
现有低轨卫星通信系统的切换方法研究中，已考虑切换信道的预留策略，但未充分考虑低轨卫星的轨道特性及运动规律对切换性能的影响，且较少考虑预留资源可用性对用户切换性能的影响。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种低轨卫星通信系统的切换方法，提出由卫星信关站创建Active表来保存卫星系统中的用户关联信息，根据该关联信息，切换用户目标卫星在目标波束中预留源波束中相同频点的信道资源，以供切换用户使用。通过低轨卫星的运动规律，可以确定卫星切换的资源预留时刻及切换执行时刻。在资源预留时刻，信关站向目标卫星发送资源预留消息；在切换执行时刻，执行卫星间切换。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种低轨卫星通信系统切换方法，包括以下步骤：
S1：在卫星信关站中建立Active表，用于记录各用户当前状态及用户所关联的卫星信息；
S2：卫星信关站根据用户当前位置信息、用户当前关联卫星波束覆盖范围及用户所关联卫星的移动速度，确定切换资源预留请求时刻及切换执行时刻；
S3：到达资源预留请求时刻，卫星信关站向目标卫星发送资源预留请求消息，其中包含切换用户信息，目标波束信道资源信息及切换执行时刻；
S4：目标卫星根据资源预留请求消息中目标波束信道资源，判断波束信道资源是否空闲；
S5：若目标卫星波束信道资源空闲，则为切换用户预留波束信道资源，并向信关站发送资源预留成功消息；切换执行时刻，目标卫星执行透明模式切换，基于波束信道资源与用户进行通信，信关站更新Active表；
S6：若目标卫星目标波束中无波束信道资源，但存在其它可用信道资源，为切换用户预留其它可用信道资源，并发送切换通知消息至信关站；信关站发送切换通知消息至用户；切换执行时刻，切换用户执行波束内切换，目标卫星基于目标波束内信道资源与切换用户进行通信，信关站更新Active表；
S7：若目标卫星目标波束中无可用信道资源，则用户进入资源预留缓冲区；若切换执行时刻到达前，当前波束存在空闲信道资源，则为切换用户预留资源；到达切换执行时刻，若已为切换用户预留切换资源，切换用户执行切换，信关站更新Active表；否则，切换失败。
进一步，步骤S1包括：在所述Active表中，保存各用户当前关联卫星标识、当前关联卫星当前波束信息、用户所关联波束的信道频点信息及用户标识信息，根据卫星星历确定目标卫星标识。
进一步，在步骤S2中，根据全球定位系统GPS装置确定切换用户地理位置；根据卫星星历确定切换用户当前卫星波束的覆盖范围及卫星移动速度，计算切换的资源预留请求时刻；
具体包括：确定当前波束与目标波束覆盖区域的交点，若两个交点的连线与切换用户位置一致，则对应时刻为切换执行时刻；若卫星移动方向向右，则两个交点的连线与重叠覆盖区域的右边界对应时刻为资源预留请求时刻，两个交点的连线与重叠覆盖区域的右边界之间区域为资源预留缓冲区；
信关站根据目标卫星发送的资源预留失败率对资源预留时刻进行动态调整，若资源预留失败率增加，则提前启动资源预留，即资源预留请求时刻提前单位时间；若资源预留失败率减少，则推迟资源预留，即资源预留请求时刻推后单位时间。
进一步，步骤S5中所述透明模式切换为：切换用户由当前卫星切换至目标卫星的过程中，由于目标卫星在目标波束目标信道与切换用户进行信息交互，切换用户对于所关联的卫星状态的更改无感知，切换用户无需进行同步操作。
进一步，步骤S6中所述波束内切换为：目标卫星在目标波束目标信道与切换用户进行信息交互，在此过程中，切换用户感知所关联的信道发生变化，切换用户进行同步操作。
进一步，步骤S5，S6，S7中，切换用户完成切换后，信关站更新Active表中所存储的用户关联卫星信息、用户关联波束信息及用户关联波束的信道信息。
本发明的有益效果在于：本发明通过资源预留的方法，减少了卫星切换时延，提升了用户体验。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书来实现和获得。
附图说明
为了使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作优选的详细描述，其中：
图1为本发明所述当前波束与目标波束覆盖区域示意图；
图2为本发明所述低轨卫星系统场景示意图；
图3为本发明所述本发明所述切换方法流程图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本发明的限制；为了更好地说明本发明的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。
本发明实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本发明的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”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，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本发明的限制，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。
本发明提供一种低轨卫星系统切换方法，考虑到低轨卫星的高速移动，因此，地面终端用户的移动可以忽略不计。信关站有足够存储与计算能力，能够存储包含用户信息的Active表，且通过低轨卫星的运动规律能计算出信道资源预留时刻与切换执行时刻。在资源预留时刻与切换执行时刻分别进行信道资源预留与切换执行，降低了切换过程中的时延。
图2为低轨卫星系统场景图。如图所示，信关站关联两个卫星，用户处于相邻卫星的相邻波束重叠区，通过所述切换方法，用户从源卫星切换至目标卫星。
图3为本发明所述切换方法流程图，如图所示，本发明所述方法具体包括以下步骤：
S1：在卫星信关站中建立Active表，用于记录各用户当前状态及用户所关联的卫星信息；
在所述Active表中，保存各用户当前关联卫星标识、当前关联卫星当前波束信息、用户所关联波束的信道频点信息及用户标识信息，根据卫星星历确定目标卫星标识。
S2：卫星信关站根据用户当前位置信息、用户当前关联卫星波束覆盖范围及用户所关联卫星的移动速度，确定切换资源预留请求时刻及切换执行时刻；
根据全球定位系统GPS装置确定切换用户地理位置；根据卫星星历确定切换用户当前卫星波束的覆盖范围及卫星移动速度，计算切换的资源预留请求时刻；
具体包括：确定当前波束与目标波束覆盖区域的交点，若两个交点的连线与切换用户位置一致，则对应时刻为切换执行时刻；若卫星移动方向向右，则两个交点的连线与重叠覆盖区域的右边界对应时刻为资源预留请求时刻，两个交点的连线与重叠覆盖区域的右边界之间区域为资源预留缓冲区；当前波束与目标波束覆盖区域如图1所示。
信关站根据目标卫星发送的资源预留失败率对资源预留时刻进行动态调整，若资源预留失败率增加，则提前启动资源预留，即资源预留请求时刻提前单位时间；若资源预留失败率减少，则推迟资源预留，即资源预留请求时刻推后单位时间。
S3：到达资源预留请求时刻，卫星信关站向目标卫星发送资源预留请求消息，其中包含切换用户信息，目标波束信道资源信息及切换执行时刻；
S4：目标卫星根据资源预留请求消息中目标波束信道资源，判断波束信道资源是否空闲；
S5：若目标卫星波束信道资源空闲，则为切换用户预留波束信道资源，并向信关站发送资源预留成功消息；切换执行时刻，目标卫星执行透明模式切换，基于波束信道资源与用户进行通信，信关站更新Active表；切换用户由当前卫星切换至目标卫星的过程中，由于目标卫星在目标波束目标信道与切换用户进行信息交互，切换用户对于所关联的卫星状态的更改无感知，切换用户无需进行同步操作。
S6：若目标卫星目标波束中无波束信道资源，但存在其它可用信道资源，为切换用户预留其它可用信道资源，并发送切换通知消息至信关站；信关站发送切换通知消息至用户；切换执行时刻，切换用户执行波束内切换，目标卫星基于目标波束内信道资源与切换用户进行通信，信关站更新Active表；目标卫星在目标波束目标信道与切换用户进行信息交互，在此过程中，切换用户感知所关联的信道发生变化，切换用户进行同步操作。
S7：若目标卫星目标波束中无可用信道资源，则用户进入资源预留缓冲区；若切换执行时刻到达前，当前波束存在空闲信道资源，则为切换用户预留资源；到达切换执行时刻，若已为切换用户预留切换资源，切换用户执行切换，信关站更新Active表；否则，切换失败。
用户完成切换后，向所述信关站发送切换完成消息，所述信关站更新其所存储的所述Active表。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (4)

1.一种低轨卫星通信系统切换方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：在卫星信关站中建立Active表，用于记录各用户当前状态及用户所关联的卫星信息；在所述Active表中，保存各用户当前关联卫星标识、当前关联卫星当前波束信息、用户所关联波束的信道频点信息及用户标识信息，根据卫星星历确定目标卫星标识；
S2：卫星信关站根据用户当前位置信息、用户当前关联卫星波束覆盖范围及用户所关联卫星的移动速度，确定切换资源预留请求时刻及切换执行时刻；根据全球定位系统GPS装置确定切换用户地理位置；根据卫星星历确定切换用户当前卫星波束的覆盖范围及卫星移动速度，计算切换的资源预留请求时刻；
具体包括：确定当前波束与目标波束覆盖区域的交点，若两个交点的连线与切换用户位置一致，则对应时刻为切换执行时刻；若卫星移动方向向右，则两个交点的连线与重叠覆盖区域的右边界对应时刻为资源预留请求时刻，两个交点的连线与重叠覆盖区域的右边界之间区域为资源预留缓冲区；
信关站根据目标卫星发送的资源预留失败率对资源预留时刻进行动态调整，若资源预留失败率增加，则提前启动资源预留，即资源预留请求时刻提前单位时间；若资源预留失败率减少，则推迟资源预留，即资源预留请求时刻推后单位时间；
S3：到达资源预留请求时刻，卫星信关站向目标卫星发送资源预留请求消息，其中包含切换用户信息，目标波束信道资源信息及切换执行时刻；
S4：目标卫星根据资源预留请求消息中目标波束信道资源，判断波束信道资源是否空闲；
S5：若目标卫星波束信道资源空闲，则为切换用户预留波束信道资源，并向信关站发送资源预留成功消息；切换执行时刻，目标卫星执行透明模式切换，基于波束信道资源与用户进行通信，信关站更新Active表；
S6：若目标卫星目标波束中无波束信道资源，但存在其它可用信道资源，为切换用户预留其它可用信道资源，并发送切换通知消息至信关站；信关站发送切换通知消息至用户；切换执行时刻，切换用户执行波束内切换，目标卫星基于目标波束内信道资源与切换用户进行通信，信关站更新Active表；
S7：若目标卫星目标波束中无可用信道资源，则用户进入资源预留缓冲区；若切换执行时刻到达前，当前波束存在空闲信道资源，则为切换用户预留资源；到达切换执行时刻，若已为切换用户预留切换资源，切换用户执行切换，信关站更新Active表；否则，切换失败。
2.根据权利要求1所述的低轨卫星通信系统切换方法，其特征在于：步骤S5中所述透明模式切换为：切换用户由当前卫星切换至目标卫星的过程中，由于目标卫星在目标波束目标信道与切换用户进行信息交互，切换用户对于所关联的卫星状态的更改无感知，切换用户无需进行同步操作。
3.根据权利要求1所述的低轨卫星通信系统切换方法，其特征在于：步骤S6中所述波束内切换为：目标卫星在目标波束目标信道与切换用户进行信息交互，在此过程中，切换用户感知所关联的信道发生变化，切换用户进行同步操作。
4.根据权利要求1所述的低轨卫星通信系统切换方法，其特征在于：所述步骤S5，S6，S7中，切换用户完成切换后，信关站更新Active表中所存储的用户关联卫星信息、用户关联波束信息及用户关联波束的信道信息。
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