CN113193907A - 天地一体化融合网络、空间基站和核心网 - 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中的核心网向空间基站发出会话资源建立请求消息，会话资源建立请求消息中包括序列号和服务质量等级标识符，空间基站从会话资源建立请求消息中解析出序列号和服务质量等级标识符，以通用流封装协议封装载荷数据获得数据包，向所述核心网返回所述数据包，其中通用流封装协议的标签区中包括序列号和服务质量等级标识符。本发明通过使用改进的通用流封装协议封装数据包，能够减少核心网通过空间基站查找卫星终端上下文的过程，提高核心网与空间基站之间的会话效率，减少空地传输，有利于节约宝贵的卫星通信资源。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、空间基站和核心网

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、空间基站和核心网。

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。

在天地一体化融合网络中，空间基站与核心网之间的通信相比地面通信受到更多的干扰，同时空间基站的资源也相对有限，因此空间基站与核心网之间的会话相对产生更高的成本，需要设计空间基站与核心网之间的更高效的会话方式。

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、空间基站和核心网。

一方面，实施例中包括一种天地一体化融合网络，包括：

至少一个核心网；所述核心网发出会话资源建立请求消息；所述会话资源建立请求消息中包括序列号和服务质量等级标识符；所述序列号用于标记所述核心网中的用户面功能网元，所述服务质量等级标识符用于标记所述会话资源建立请求消息所请求建立的会话业务的服务质量；

至少一个空间基站；所述空间基站接收所述会话资源建立请求消息，从所述会话资源建立请求消息中解析出所述序列号和所述服务质量等级标识符，以通用流封装协议封装载荷数据获得数据包，所述通用流封装协议的标签区中包括所述序列号和所述服务质量等级标识符，向所述核心网返回所述数据包。

进一步地，所述空间基站还向所述数据包添加包头；所述空间基站向所述核心网返回的所述数据包为添加包头后的所述数据包。

进一步地，所述包头包括IP协议头，所述包头不包括UDP协议头。

进一步地，通用流封装协议的报头中不包括分片ID。

进一步地，所述空间基站还请求所述核心网对所述数据包进行分片处理和重组处理。

进一步地，当所述空间基站接入卫星终端，所述空间基站还向所述卫星终端发送所述数据包，所述空间基站还请求所述卫星终端对所述数据包进行分片处理和重组处理。

进一步地，所述空间基站还请求所述卫星终端返回分片处理和重组处理的结果。

进一步地，当存在多个所述核心网，接收到所述数据包的所述核心网将所述数据包中所包含的所述序列号对应的核心网确定为目的地，将所述数据包转发至所述目的地。

另一方面，实施例中还包括一种空间基站，所述空间基站与至少一个核心网连接；

所述核心网发出会话资源建立请求消息；所述会话资源建立请求消息中包括序列号和服务质量等级标识符；所述序列号用于标记所述核心网中的用户面功能网元，所述服务质量等级标识符用于标记所述会话资源建立请求消息所请求建立的会话业务的服务质量；

所述空间基站接收所述会话资源建立请求消息，从所述会话资源建立请求消息中解析出所述序列号和所述服务质量等级标识符，以通用流封装协议封装载荷数据获得数据包，所述通用流封装协议的标签区中包括所述序列号和所述服务质量等级标识符，向所述核心网返回所述数据包。

另一方面，实施例中还包括一种核心网，所述核心网与至少一个空间基站连接；

所述核心网发出会话资源建立请求消息；所述会话资源建立请求消息中包括序列号和服务质量等级标识符；所述序列号用于标记所述核心网中的用户面功能网元，所述服务质量等级标识符用于标记所述会话资源建立请求消息所请求建立的会话业务的服务质量；

所述空间基站接收所述会话资源建立请求消息，从所述会话资源建立请求消息中解析出所述序列号和所述服务质量等级标识符，以通用流封装协议封装载荷数据获得数据包，所述通用流封装协议的标签区中包括所述序列号和所述服务质量等级标识符，向所述核心网返回所述数据包。

本发明的有益效果是：实施例中的天地一体化融合网络，通过使用改进的通用流封装协议封装数据包，通用流封装协议的标签区中包括核心网中的用户面功能网元序列号和所建立会话的服务质量等级标识符，可以使得空间基站向核心网返回数据包后，核心网能够直接从数据包中提取出服务质量等级标识符，从而识别会话的Qos以及进行Qos控制，避免遵循现有流程那样通过查找卫星终端的上下文Qos等相关数据，然后将相关数据放到对应的优先队列中再做Qos控制，因此实施例中的天地一体化融合网络能够减少核心网通过空间基站查找卫星终端上下文的过程，提高核心网与空间基站之间的会话效率，减少空地传输，有利于节约宝贵的卫星通信资源。

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为实施例中空间基站与核心网之间建立会话的流程图；

图3为常规的通用流封装协议的封装格式示意图；

图4为实施例中对通用流封装协议所得标签区部分字节的分配示意图；

图5为现有技术中封装所得的数据包的结构与实施例中封装所得的数据包的结构对比示意图。

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空间基站(通信卫星)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、车载仪器或者地面基站等。

参照图2，空间基站向核心网发出Up Link NAS Transport，UL NAS transport，PDU session establishment request等消息，核心网相应地向空间基站发出一系列消息，其中包括会话资源建立请求消息(PDU session resource setup request)。会话资源建立请求消息中，携带核心网中的用户面功能网元(User Plane Function，UPF)的序列号和服务质量等级标识符(QoS Class Identifier，QCI)。其中，序列号是核心网中的用户面功能网元在全网中的唯一序列号，其位长是5bits，能够区别32个不同的用户面功能网元。服务质量等级标识符QCI用来表示核心网所要通过会话资源建立请求消息所请求建立的会话业务的服务质量。

空间基站接收到核心网发出的会话资源建立请求消息后，从会话资源建立请求消息中解析出序列号和服务质量等级标识符QCI。空间基站准备好与核心网进行会话所要发送给核心网的消息，作为载荷数据Payload，空间基站以通用流封装协议(Generic StreamEncapsulation，GSE)封装载荷数据，从而获得数据包。

本实施例中，空间基站所使用的流封装协议是在常规的通用流封装协议的基础上改进得到的。常规的通用流封装协议的封装格式如图3所示，其封装后所得的数据报文中，报头部分包括分片ID(Fragment ID)和标签区(Label)，其中，标签区的长度为6个字节，可以扩展为8个字节。

本实施例中，所使用的通用流封装协议经过改进后，其封装后所得的数据报文中，报头部分不再包括分片ID，标签区的部分字节的分配如图4所示，其中，5bit用于写入核心网中的用户面功能网元的序列号即UPF ID，3bit用于写入服务质量等级标识符QCI，3字节由空间基站自由分配写入其他功能位。

参照图5，空间基站使用经过改进的通用流封装协议GSE封装载荷数据Payload，然后在封装获得的数据包的基础上添加包头。图5左侧是一些现有技术中包头的结构，其包括UDP协议头和IP协议头。本实施例中，使用图5右侧所示的包头的结构，其仅包括IP协议头而不包括UDP协议头。

最终经过改进的通用流封装协议GSE封装和添加包头后所得的数据包如图5右侧所示。空间基站将该数据包返回至核心网。其中，空间基站所返回数据包的核心网，可以是向空间基站发出会话资源建立请求消息的核心网，在面对空间基站与发出会话资源建立请求消息的核心网的信号质量较差等不利因素时，空间基站所返回数据包的核心网，也可以是除了向空间基站发出会话资源建立请求消息的核心网之外的其他核心网。

本实施例中，通过使用改进的通用流封装协议封装数据包，通用流封装协议的标签区中包括核心网中的用户面功能网元序列号和所建立会话的服务质量等级标识符，可以使得空间基站向核心网返回数据包后，核心网能够直接从数据包中提取出服务质量等级标识符，从而识别会话的Qos以及进行Qos控制，避免遵循现有流程那样通过查找卫星终端的上下文Qos等相关数据，然后将相关数据放到对应的优先队列中再做Qos控制，因此本实施例中的技术方案能够减少核心网通过空间基站查找卫星终端上下文的过程，提高核心网与空间基站之间的会话效率，减少空地传输，有利于节约宝贵的卫星通信资源。

为了满足通用流封装协议GSE的最大传输单元(Maximum Transmission Unit，MTU)要求，一般需要对数据包进行分片处理和重组处理。现有技术中，对数据包的分片处理和重组处理是由空间基站完成的，这对空间基站产生了较大的星上数据处理负担。

本实施例中，通用流封装协议的报头中不包括分片ID，因此空间基站不再对数据包进行分片处理和重组处理，空间基站可以请求核心网对数据包进行分片处理和重组处理，当空间基站接入卫星终端时，空间基站还可以向卫星终端发送数据包，请求卫星终端对数据包进行分片处理和重组处理，并且请求卫星终端返回分片处理和重组处理的结果。由于核心网一般不受资源、功耗等限制，具有更强大的数据处理能力，因此可以承担分片处理和重组处理任务。而卫星终端只需要处理数据面层面的分片处理和重组处理任务，对性能要求不高，因此也能够较好地完成分片处理和重组处理任务。通过将对数据包的分片处理和重组处理任务分流给核心网和/或卫星终端，可以减轻空间基站的负担，有利于节约宝贵的卫星通信资源。

本实施例中，通过删除常规通用流封装协议的报头中的分片ID，还可以与使用不包含UDP协议头的包头进行封装这一技术手段结合在一起，能够减少核心网与空间基站会话过程中所需传输的数据量。例如，现有技术中，核心网与空间基站之间经常进行的移动通信业务中一个数据包的长度通常为600字节，本实施例相当于去掉了其中的UDP协议头以及GSE协议分片ID，能够为数据包长度减少8字节，相当于传输效率增长8/600≈1.3％。

空间基站所返回数据包的核心网，可以是向空间基站发出会话资源建立请求消息的核心网，在面对空间基站与发出会话资源建立请求消息的核心网的信号质量较差等不利因素时，空间基站所返回数据包的核心网，也可以是除了向空间基站发出会话资源建立请求消息的核心网之外的其他核心网。

本实施例中，当天地一体化融合网络中存在多个核心网，而由于天气环境等原因，某一空间基站与其直接连接的核心网之间的信号质量较差，那么该空间基站可以选择另一核心网作为转发节点，借助被选择的核心网来进行消息转发。例如，核心网A向空间基站发出的会话资源建立请求消息中，携带核心网A中的用户面功能网元的序列号和服务质量等级标识符(QoS Class Identifier，QCI)；空间基站在根据核心网A中的用户面功能网元的序列号和服务质量等级标识符进行数据包封装等处理后，检测到空间基站与核心网A之间的信号质量较差，难以直接与核心网A之间建立会话；空间基站可以将数据包发送至与核心网A连接的核心网B，核心网B接收到数据包后，从数据包中所包含的序列号检测到其对应的用户面功能网元属于核心网A，核心网B将核心网A确定为目的地，核心网B将将数据包转发至目的地核心网A，从而实现空间基站与核心网A之间的间接会话，能够在一定程度克服不利通信条件的负面影响。

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 (10)

1.一种天地一体化融合网络，其特征在于，包括：

至少一个核心网；所述核心网发出会话资源建立请求消息；所述会话资源建立请求消息中包括序列号和服务质量等级标识符；所述序列号用于标记所述核心网中的用户面功能网元，所述服务质量等级标识符用于标记所述会话资源建立请求消息所请求建立的会话业务的服务质量；

至少一个空间基站；所述空间基站接收所述会话资源建立请求消息，从所述会话资源建立请求消息中解析出所述序列号和所述服务质量等级标识符，以通用流封装协议封装载荷数据获得数据包，所述通用流封装协议的标签区中包括所述序列号和所述服务质量等级标识符，向所述核心网返回所述数据包。

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，所述空间基站还向所述数据包添加包头；所述空间基站向所述核心网返回的所述数据包为添加包头后的所述数据包。

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，所述包头包括IP协议头，所述包头不包括UDP协议头。

4.根据权利要求1所述的天地一体化融合网络，其特征在于，通用流封装协议的报头中不包括分片ID。

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，所述空间基站还请求所述核心网对所述数据包进行分片处理和重组处理。

6.根据权利要求4或5所述的天地一体化融合网络，其特征在于，当所述空间基站接入卫星终端，所述空间基站还向所述卫星终端发送所述数据包，所述空间基站还请求所述卫星终端对所述数据包进行分片处理和重组处理。

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，所述空间基站还请求所述卫星终端返回分片处理和重组处理的结果。

8.根据权利要求1所述的天地一体化融合网络，其特征在于，当存在多个所述核心网，接收到所述数据包的所述核心网将所述数据包中所包含的所述序列号对应的核心网确定为目的地，将所述数据包转发至所述目的地。

9.一种空间基站，其特征在于：

所述空间基站与至少一个核心网连接；

所述核心网发出会话资源建立请求消息；所述会话资源建立请求消息中包括序列号和服务质量等级标识符；所述序列号用于标记所述核心网中的用户面功能网元，所述服务质量等级标识符用于标记所述会话资源建立请求消息所请求建立的会话业务的服务质量；

所述空间基站接收所述会话资源建立请求消息，从所述会话资源建立请求消息中解析出所述序列号和所述服务质量等级标识符，以通用流封装协议封装载荷数据获得数据包，所述通用流封装协议的标签区中包括所述序列号和所述服务质量等级标识符，向所述核心网返回所述数据包。

10.一种核心网，其特征在于：

所述核心网与至少一个空间基站连接；

所述核心网发出会话资源建立请求消息；所述会话资源建立请求消息中包括序列号和服务质量等级标识符；所述序列号用于标记所述核心网中的用户面功能网元，所述服务质量等级标识符用于标记所述会话资源建立请求消息所请求建立的会话业务的服务质量；

所述空间基站接收所述会话资源建立请求消息，从所述会话资源建立请求消息中解析出所述序列号和所述服务质量等级标识符，以通用流封装协议封装载荷数据获得数据包，所述通用流封装协议的标签区中包括所述序列号和所述服务质量等级标识符，向所述核心网返回所述数据包。

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