CN113179115B - 卫星通信中移动终端的批量切换方法、卫星和控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种卫星通信中移动终端的批量切换方法、通信卫星和控制装置，包括第一通信卫星根据各卫星标识和各目标通信卫星的可用负载，向目标通信卫星分配一个或多个移动终端，当目标通信卫星确认对移动终端的分配，将移动终端与第一通信卫星之间的连接切换至移动终端与被分配到的目标通信卫星之间的连接等步骤。第一通信卫星通过根据各目标通信卫星的可用负载，向各目标通信卫星分配所要切换的移动终端，可以实现切换的负载均衡，避免在短时间内过多的移动终端涌入少数的目标通信卫星导致目标通信卫星的性能下降甚至崩溃等情况出现。本发明广泛应用于卫星通信技术领域。

Description

卫星通信中移动终端的批量切换方法、卫星和控制装置

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，尤其是一种卫星通信中移动终端的批量切换方法、通信卫星和控制装置。

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系统。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。

卫星通信中经常涉及移动终端的切换问题，即移动终端原本与其中一个通信卫星连接，由于通信卫星移动或者故障等的原因导致通信信号下降，到不足以支持通信的进行时，移动终端与当前所连接的通信卫星断开，转而连接到另一个通信卫星。由于一个通信卫星通常与多个移动终端连接，因此移动终端的切换通常批量的，现有技术中由移动终端来选择其所要切换连接的另一通信卫星，而同一地区的各移动终端通常选择同一通信卫星进行切换连接，这将导致短时间内大量的移动终端切换连接至同一通信卫星，造成通信卫星的负荷瞬间增大甚至导致崩溃。

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卫星通信中移动终端的批量切换方法、通信卫星和控制装置。

一方面，本发明实施例中包括一种卫星通信中移动终端的批量切换方法，包括以下步骤：

第一通信卫星获取多个切换请求；所述切换请求来自与所述第一通信卫星连接的移动终端，所述切换请求中包括卫星标识，所述卫星标识用于表示所述移动终端检测到的可用的目标通信卫星；

所述第一通信卫星获取各所述目标通信卫星的可用负载；

所述第一通信卫星根据各所述卫星标识和各所述可用负载，向所述目标通信卫星分配一个或多个所述移动终端；

所述第一通信卫星向所述目标通信卫星请求确认对所述移动终端的分配；

当所述目标通信卫星确认对所述移动终端的分配，将所述移动终端与所述第一通信卫星之间的连接切换至所述移动终端与被分配到的所述目标通信卫星之间的连接。

进一步地，所述第一通信卫星获取多个切换请求，包括：

当所述第一通信卫星获取到第一个所述切换请求，所述第一通信卫星执行缓冲进程；

在所述缓冲进程内，所述第一通信卫星将接收到的各所述切换请求排成队列，当所述切换请求的数量达到数量阈值或者所述缓冲进程的持续时间达到时间阈值，结束所述缓冲进程。

进一步地，所述第一通信卫星获取各所述目标通信卫星的可用负载，包括：

所述第一通信卫星从所述目标通信卫星获取心跳信息；

所述第一通信卫星从所述心跳信息解析出所述可用负载。

进一步地，所述第一通信卫星根据各所述卫星标识和各所述可用负载，向所述目标通信卫星分配一个或多个所述移动终端，包括：

所述第一通信卫星根据各所述可用负载占各所述可用负载总和的比例，向所述目标通信卫星分配相应比例数量的所述移动终端。

进一步地，所述第一通信卫星根据各所述卫星标识和各所述可用负载，向所述目标通信卫星分配一个或多个所述移动终端，还包括：

设定各所述目标通信卫星对应的分配优先级；

当检测到一个所述卫星标识对应多个所述目标通信卫星，将发出该所述卫星标识的所述移动终端优先分配到其中所述分配优先级高的所述目标通信卫星。

进一步地，所述第一通信卫星根据各所述卫星标识和各所述可用负载，向所述目标通信卫星分配一个或多个所述移动终端，还包括：

设定各所述移动终端对应的业务优先级；

当检测到多个所述卫星标识对应一个所述目标通信卫星，在发出所述卫星标识的所述移动终端中，将所述业务优先级高的所述移动终端优先分配到相应的所述目标通信卫星。

进一步地，所述第一通信卫星向所述目标通信卫星请求确认对所述移动终端的分配，包括：

所述第一通信卫星根据对所述移动终端的分配结果，生成各所述移动终端与各所述目标通信卫星之间的映射关系；

所述第一通信卫星将各所述映射关系合并为一条消息；

所述第一通信卫星将所述消息发送至各所述目标通信卫星。

进一步地，所述将所述移动终端与所述第一通信卫星之间的连接切换至所述移动终端与被分配到的所述目标通信卫星之间的连接，包括：

所述目标通信卫星向核心网发起请求；

所述核心网响应所述目标通信卫星的请求，修改所述移动终端对应的数据链路，将修改结果返回至所述第一通信卫星和所述目标通信卫星；

所述第一通信卫星根据所述修改结果释放与所述移动终端之间的连接；

所述目标通信卫星根据所述修改结果建立与所述移动终端之间的连接。

另一方面，本发明实施例中还包括一种通信卫星，所述通信卫星作为第一通信卫星和/或目标通信卫星执行实施例中的卫星通信中移动终端的批量切换方法。

另一方面，本发明实施例中还包括一种控制装置，所述控制装置用于控制通信卫星，使所述通信卫星作为第一通信卫星和/或目标通信卫星执行实施例中的卫星通信中移动终端的批量切换方法

本发明的有益效果是：第一通信卫星通过根据各目标通信卫星的可用负载，向各目标通信卫星分配所要切换的移动终端，可以实现切换的负载均衡，避免在短时间内过多的移动终端涌入少数的目标通信卫星导致目标通信卫星的性能下降甚至崩溃等情况出现。

附图说明

图1为应用实施例中卫星通信中移动终端的批量切换方法的通信系统的结构示意图；

图2和图3为卫星通信中移动终端的批量切换方法的原理图。

具体实施方式

本实施例中的卫星通信中移动终端的批量切换方法可用于如图1所示的地面移动网络和卫星移动网络结合的卫星通信系统中。参照图1，太空中的一个或多个通信卫星与移动终端连接，这些通信卫星之间可以通过心跳信号等方式进行星间通信。移动终端可以选择与地面的核心网连接，而核心网也可以与各通信卫星连接。这里的核心网可以是5G通信网络或者更先进的通信网络的核心网。每个通信卫星都有其覆盖区域，一些地区有至少两个通信卫星的信号覆盖，当这个地区中的移动终端检测到其当前所连接的通信卫星的信号减弱时，该移动终端可以检测其他通信卫星的信号强度，如果发现其他通信卫星的信号强度适合通信，可以切换至一个通信卫星连接。

参照图1，某地区有第一通信卫星、第二通信卫星、第三通信卫星、第四通信卫星等的通信卫星信号覆盖。其中，第一通信卫星为连接了多个移动终端的通信卫星，并且由于第一通信卫星正在远离该地区，各移动终端通过信号强度检测等方式识别到第二通信卫星和第三通信卫星，第二通信卫星和第三通信卫星是各移动终端希望切换连接的通信卫星，即第二通信卫星和第三通信卫星属于本实施例中所称的目标通信卫星。

各移动终端所检测到的目标通信卫星可能有所不同，例如一个移动终端所检测到的目标通信卫星是第二通信卫星，另一个移动终端所检测到的目标通信卫星是第三通信卫星，第三个移动终端所检测到的目标通信卫星是第二通信卫星和第三通信卫星。移动终端生成卫星标识，用于表示该移动终端所识别到的目标通信卫星具体是哪些通信卫星。移动终端生成切换请求，并将卫星标识封装到切换请求中，将切换请求发送至第一通信卫星。

本实施例中，卫星通信中移动终端的批量切换方法包括以下步骤：

S1.第一通信卫星获取多个切换请求；

S2.第一通信卫星获取各目标通信卫星的可用负载；

S3.第一通信卫星根据各卫星标识和各可用负载，向目标通信卫星分配一个或多个移动终端；

S4.第一通信卫星向目标通信卫星请求确认对移动终端的分配；

S5.当目标通信卫星确认对移动终端的分配，将移动终端与第一通信卫星之间的连接切换至移动终端与被分配到的目标通信卫星之间的连接。

步骤S1中，第一通信卫星可以在获取到第一个切换请求后执行缓冲进程。在缓冲进程内，第一通信卫星将接收到的各切换请求按照接收时间或者发出时间排成队列缓冲起来，当接收到的切换请求的数量达到数量阈值，或者缓冲进程的持续时间达到时间阈值后，第一通信卫星结束缓冲进程，读出缓冲区中的多个切换请求。

步骤S2中，第一通信卫星获取第二通信卫星和第三通信卫星等各目标通信卫星的可用负载，其中可用负载是指目标通信卫星能够用于提供给新的移动终端接入的硬件资源和/或软件资源。一般地，可以使用负载百分比L来表示一个目标通信卫星的当前负载，那么该目标通信卫星的可用负载可以表示为1-L，当存在n个目标通信卫星时这些目标通信卫星的可用负载可以分别表示为1-L₁、1-L₂、……、1-L_n。第一通信卫星可以在与各目标通信卫星进行心跳连接时，从各目标通信卫星发送的心跳信息中解析出其负载百分比L，从而计算出相应的可用负载1-L。

步骤S3中，第一通信卫星首先根据各可用负载占各可用负载总和的比例，向目标通信卫星分配相应比例数量的移动终端。各可用负载总和为所有目标通信卫星的可用负载之和，当存在n个目标通信卫星时各可用负载总和为(1-L₁)+(1-L₂)+…+(1-L_n)。对于编号为1的通信卫星，其可用负载为1-L₁，其可用负载占各可用负载总和的比例为

如果存在N个移动终端，那么编号为1的通信卫星将被分配到

个移动终端，同理，编号为n的通信卫星将被分配到

个移动终端。

存在不同的移动终端所检测到的目标通信卫星的卫星标识和数量不同的情况，例如，存在N₁个移动终端只检测到编号为1的通信卫星，存在N₂个移动终端只检测到编号为2的通信卫星……存在N_1,2个移动终端同时检测到并只检测到编号为1和2的通信卫星，存在N_2,3个移动终端同时检测到并只检测到编号为2和3的通信卫星……，存在N_{1,2，…，n}个移动终端同时检测到编号为1,2，…,n的通信卫星，那么会有N<N₁+N₂+…+N_1,2+N_2,3+…+N_{1,2，…，n}，根据各可用负载占各可用负载总和的比例向目标通信卫星分配相应比例数量的移动终端实际上是确定了各目标通信卫星所被分配到的移动终端的数量上限，因此需要在此基础上考虑如何具体分配移动终端。

步骤S3中，第一通信卫星可以设定各目标通信卫星对应的分配优先级，例如可以用目标通信卫星的编号来表示分配优先级，目标通信卫星的编号越大则其分配优先级越高，编号为5的通信卫星的分配优先级比编号为1的通信卫星的分配优先级高。对于一个移动终端，假设其发送的切换请求中包含的卫星标识表明其识别到编号为1、2、3、4、5的通信卫星，那么可以首先尝试将该移动终端分配给编号为5的通信卫星，如果由于编号为5的通信卫星在之前已被分配了足够多的移动终端，导致其被分配的移动终端的数量达到了上限值

而不能继续被分配移动终端，那么可以接着尝试将该移动终端分配给编号为4的通信卫星，以此类推，直到该移动终端被分配至编号为1、2、3、4、5的通信卫星中的任一个，产生了分配成功的处理结果。如果出现了编号为1、2、3、4、5的通信卫星都不能被分配移动终端的情况，那么产生了分配失败的结果。

步骤S3中，第一通信卫星可以设定各移动终端对应的业务优先级，例如可以用移动终端的编号来表示业务优先级，或者根据移动终端当前执行的任务来确定业务优先级。当第一通信卫星检测到多个卫星标识对应一个目标通信卫星，例如存在N₂个移动终端只检测到编号为2的通信卫星，存在N_1,2个移动终端同时检测到并只检测到编号为1和2的通信卫星，那么将至少有N₂+N_1,2个移动终端检测到编号为2的通信卫星，这些移动终端所生成的卫星标识都对应编号为2的通信卫星，此时可以首先将其中业务优先级最高的移动终端分配至编号为2的通信卫星，接着将其中业务优先级次高的移动终端分配至编号为2的通信卫星，直至编号为2的通信卫星被分配的移动终端的数量达到了上限值

而不能继续被分配移动终端后，停止将这些移动终端分配至编号为2的通信卫星。如果这些移动终端在不能分配至编号为2的通信卫星后，还能分配至编号为1、3……等的其他通信卫星，那么产生了分配成功的处理结果，如果都不能分配至其他通信卫星，那么产生了分配失败的结果。

步骤S4中，第一通信卫星向目标通信卫星请求确认对移动终端的分配。步骤S5中，当目标通信卫星确认对移动终端的分配，将移动终端与第一通信卫星之间的连接切换至移动终端与被分配到的目标通信卫星之间的连接。

步骤S1-S5的原理如图2和图3所示，其中示出了目标通信卫星包括第二通信卫星和第三通信卫星的情况。参照图2和图3，各移动终端向第一通信卫星发出切换请求，第一通信卫星通过与第二通信卫星和第三通信卫星进行心跳连接确认它们的当前负载和可用负载。图2所示是存在移动终端不能分配到相应的目标通信卫星，即产生了分配失败的处理结果的情况，在此情况下目标通信卫星通过切换失败应答向第一通信卫星返回拒绝被分配移动终端的原因(包括当前被分配的移动终端数量已达上限等)，第一通信卫星向相应的移动终端返回切换失败消息，移动终端可以通过现有技术等常规方式单独向第二通信卫星和第三通信卫星发起注册请求。

图3所示是各移动终端被分配到相应的目标通信卫星，即产生了分配成功的处理结果的情况。在此情况下，第一通信卫星根据对移动终端的分配结果，生成各移动终端与各目标通信卫星之间的映射关系，并将各映射关系合并为一条消息发送至各目标通信卫星，各目标通信卫星接收到的消息是相同的，可以遍历所有映射关系，从中读取出与自身相关的各条映射关系，这样可以降低第一通信卫星和各目标通信卫星之间的数据处理和通信产生的负荷，避免降低通信效率。

目标通信卫星读取出与自身相关的各条映射关系后，确认其自身将被分配到哪些移动终端，向核心网发起请求。核心网响应目标通信卫星的请求，修改移动终端对应的数据链路，将修改结果返回至第一通信卫星和目标通信卫星。第一通信卫星根据修改结果释放与移动终端之间的连接，目标通信卫星根据修改结果建立与移动终端之间的连接，从而完成了移动终端的批量切换。

本实施例中，第一通信卫星通过根据各目标通信卫星的可用负载，向各目标通信卫星分配所要切换的移动终端，可以实现切换的负载均衡，避免在短时间内过多的移动终端涌入少数的目标通信卫星导致目标通信卫星的性能下降甚至崩溃等情况出现。

本实施例中，第一通信卫星、第二通信卫星中的“第一”、“第二”等只是用于区分特定场景下的不同通信卫星，实际上任一通信卫星视其任务都有可能成为第一通信卫星、第二通信卫星等。

可以由作为第一通信卫星的通信卫星运行其集成的计算机程序来执行实施例中的卫星通信中移动终端的批量切换方法。也可以设置专门的控制装置，由控制装置来将多个特定的通信卫星分别设置为第一通信卫星、第二通信卫星等，并且控制这些通信卫星执行实施例中的卫星通信中移动终端的批量切换方法。

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系统通信。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系统的控制下执行，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系统、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)

1.一种卫星通信中移动终端的批量切换方法，其特征在于，包括：

第一通信卫星获取多个切换请求；所述切换请求来自与所述第一通信卫星连接的移动终端，所述切换请求中包括卫星标识，所述卫星标识用于表示所述移动终端检测到的可用的目标通信卫星；

所述第一通信卫星获取各所述目标通信卫星的可用负载；

所述第一通信卫星根据各所述卫星标识和各所述可用负载，向所述目标通信卫星分配一个或多个所述移动终端；

所述第一通信卫星向所述目标通信卫星请求确认对所述移动终端的分配；

当所述目标通信卫星确认对所述移动终端的分配，将所述移动终端与所述第一通信卫星之间的连接切换至所述移动终端与被分配到的所述目标通信卫星之间的连接；

所述第一通信卫星根据各所述卫星标识和各所述可用负载，向所述目标通信卫星分配一个或多个所述移动终端，包括：

所述第一通信卫星根据各所述可用负载占各所述可用负载总和的比例，向所述目标通信卫星分配相应比例数量的所述移动终端。

2.根据权利要求1所述的卫星通信中移动终端的批量切换方法，其特征在于，所述第一通信卫星获取多个切换请求，包括：

当所述第一通信卫星获取到第一个所述切换请求，所述第一通信卫星执行缓冲进程；

在所述缓冲进程内，所述第一通信卫星将接收到的各所述切换请求排成队列，当所述切换请求的数量达到数量阈值或者所述缓冲进程的持续时间达到时间阈值，结束所述缓冲进程。

3.根据权利要求1所述的卫星通信中移动终端的批量切换方法，其特征在于，所述第一通信卫星获取各所述目标通信卫星的可用负载，包括：

所述第一通信卫星从所述目标通信卫星获取心跳信息；

所述第一通信卫星从所述心跳信息解析出所述可用负载。

4.根据权利要求1所述的卫星通信中移动终端的批量切换方法，其特征在于，所述第一通信卫星根据各所述卫星标识和各所述可用负载，向所述目标通信卫星分配一个或多个所述移动终端，还包括：

设定各所述目标通信卫星对应的分配优先级；

当检测到一个所述卫星标识对应多个所述目标通信卫星，将发出该所述卫星标识的所述移动终端优先分配到其中所述分配优先级高的所述目标通信卫星。

5.根据权利要求4所述的卫星通信中移动终端的批量切换方法，其特征在于，所述第一通信卫星根据各所述卫星标识和各所述可用负载，向所述目标通信卫星分配一个或多个所述移动终端，还包括：

设定各所述移动终端对应的业务优先级；

当检测到多个所述卫星标识对应一个所述目标通信卫星，在发出所述卫星标识的所述移动终端中，将所述业务优先级高的所述移动终端优先分配到相应的所述目标通信卫星。

6.根据权利要求1所述的卫星通信中移动终端的批量切换方法，其特征在于，所述第一通信卫星向所述目标通信卫星请求确认对所述移动终端的分配，包括：

所述第一通信卫星根据对所述移动终端的分配结果，生成各所述移动终端与各所述目标通信卫星之间的映射关系；

所述第一通信卫星将各所述映射关系合并为一条消息；

所述第一通信卫星将所述消息发送至各所述目标通信卫星。

7.根据权利要求1所述的卫星通信中移动终端的批量切换方法，其特征在于，所述将所述移动终端与所述第一通信卫星之间的连接切换至所述移动终端与被分配到的所述目标通信卫星之间的连接，包括：

所述目标通信卫星向核心网发起请求；

所述核心网响应所述目标通信卫星的请求，修改所述移动终端对应的数据链路，将修改结果返回至所述第一通信卫星和所述目标通信卫星；

所述第一通信卫星根据所述修改结果释放与所述移动终端之间的连接；

所述目标通信卫星根据所述修改结果建立与所述移动终端之间的连接。

8.一种通信卫星，其特征在于，所述通信卫星作为第一通信卫星和/或目标通信卫星执行如权利要求1-7任一项所述的卫星通信中移动终端的批量切换方法。

9.一种控制装置，其特征在于，所述控制装置用于控制通信卫星，使所述通信卫星作为第一通信卫星和/或目标通信卫星执行如权利要求1-7任一项所述的卫星通信中移动终端的批量切换方法。

Images