CN113328783A - 天地一体化信息网络中的数据传输方法、装置和存储介质 - Google Patents

天地一体化信息网络中的数据传输方法、装置和存储介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种天地一体化信息网络中的数据传输方法、计算机装置和存储介质，数据传输方法包括确定地面接入网和卫星接入网的优先级以及数据传输速率上限，根据优先级和数据传输速率上限确定地面接入网和卫星接入网中之一为主用接入网，另一为备用接入网，优先通过主用接入网传输核心网与终端之间的数据流。本发明通过在终端和核心网之间使用地面接入网和卫星接入网，可以形成双数据链路，采用发送数据的优先级和对应链路的数据策略等限制实现数据传输的负载均衡，两个数据链路可以互为备份，当一个数据链路传输数据失败可以采用另外一个数据链路传输数据，保证网络通信的质量。本发明广泛应用于移动通信技术领域。

Description

天地一体化信息网络中的数据传输方法、装置和存储介质
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其是一种天地一体化信息网络中的数据传输方法、计算机装置和存储介质。
背景技术
随着“6G＝5G+低轨卫星”的概念提出，现在各个通信机构和企业开始研究地面移动网络与卫星移动网络融合的天地一体化系统，可以预见地面与卫星移动网络的融合将是未来的一个趋势。以及卫星与地面移动网络融合的话，可以很好的结合卫星与地面接入网的优点，比如卫星接入网的覆盖面广，能够为很多地面移动网络没有覆盖到的地区提供移动网络信号，而地面接入网的网络传输质量好，能够弥补卫星接入网的缺点。但是，现有技术不明确选择地面接入网还是卫星接入网作为数据传输链路的标准，导致无法充分利用两种接入网的优势，甚至出现原本可以只使用一种接入网实现数据传输，实际同时设置了地面接入网以及卫星接入网投入服务，由于利用不佳造成接入网性能闲置的现象。
发明内容
针对上述至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种天地一体化信息网络中的数据传输方法、计算机装置和存储介质。
一方面，本发明实施例包括一种天地一体化信息网络中的数据传输方法，包括：
确定地面接入网和卫星接入网各自的优先级以及作为数据链路时的数据传输速率上限；所述地面接入网和所述卫星接入网中建立了相同的会话任务，所述会话任务用于承载核心网与终端所运行应用程序之间的会话；
根据所述优先级和所述数据传输速率上限，确定所述地面接入网和所述卫星接入网中之一为主用接入网，另一为备用接入网；
优先通过所述主用接入网传输核心网与终端之间的数据流。
进一步地，天地一体化信息网络中的数据传输方法还包括：
当出现异常情况，通过所述备用接入网传输所述数据流。
进一步地，所述异常情况包括：
通过所述主用接入网传输所述数据流失败；
等待所述主用接入网传输所述数据流超时；
或者
所述主用接入网过载。
进一步地，所述确定地面接入网和卫星接入网各自的优先级以及作为数据链路时的数据传输速率上限，包括：
所述核心网获取对所述地面接入网和所述卫星接入网的控制策略，根据所述控制策略确定所述优先级和所述数据传输速率上限；
所述核心网将所述控制策略发送至所述终端；
所述终端根据所述控制策略确定所述优先级和所述数据传输速率上限。
进一步地，所述根据所述优先级和所述数据传输速率上限，确定所述地面接入网和所述卫星接入网中之一为主用接入网，另一为备用接入网，包括：
当所述地面接入网和所述卫星接入网中，优先级较高者的当前数据传输速率不超过所述数据传输速率上限，则以所述优先级较高者作为所述主用接入网，另一为所述备用接入网；反之，以所述优先级较高者作为所述备用接入网，另一为所述主用接入网。
进一步地，天地一体化信息网络中的数据传输方法还包括：
分别通过所述主用接入网和所述备用接入网传输所述数据流的不同部分。
进一步地，所述分别通过所述主用接入网和所述备用接入网传输所述数据流的不同部分，包括：
将所述数据流的不同部分确定为属于较高安全级别或属于较低安全级别；
使用所述主用接入网和所述备用接入网中的优先级较高者传输所述数据流中属于较高安全级别的部分，使用另一接入网传输所述数据流中属于较低安全级别的部分。
进一步地，所述分别通过所述主用接入网和所述备用接入网传输所述数据流的不同部分，包括：
将所述数据流的不同部分确定为属于较高安全级别或属于较低安全级别；
使用所述主用接入网和所述备用接入网中的当前数据传输速率较高者传输所述数据流中属于较高安全级别的部分，使用另一接入网传输所述数据流中属于较低安全级别的部分。
另一方面，本发明实施例还包括一种计算机装置，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储至少一个程序，所述处理器用于加载所述至少一个程序以执行实施例中的天地一体化信息网络中的数据传输方法。
另一方面，本发明实施例还包括一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于实施例中的天地一体化信息网络中的数据传输方法。
本发明的有益效果是：实施例中的数据传输方法，通过在终端和核心网之间使用地面接入网和卫星接入网，可以形成双数据链路，采用发送数据的优先级和对应链路的数据策略等限制实现数据传输的负载均衡，两个数据链路可以互为备份，当一个数据链路传输数据失败可以采用另外一个数据链路传输数据，保证网络通信的质量；双数据链路架构也能够实现不同安全级别的数据用不同的链路传输，降低数据被截取破解的危险。
附图说明
图1为实施例中天地一体化信息网络的结构示意图；
图2为实施例中地面接入网和卫星接入网之一建立会话任务的原理图；
图3为实施例中终端、地面接入网、卫星接入网以及核心网中各网元之间的工作流程示意图；
图4为实施例中地面接入网和卫星接入网同时建立会话任务的原理图；
图5为实施例中数据传输方法的原理图；
图6和图7为实施例中优先通过主用接入网传输数据流的示意图；
图8为实施例中分别使用主用接入网和备用接入网传输不同安全级别数据流的示意图。
具体实施方式
本实施例中，天地一体化信息网络的架构如图1所示，卫星接入网包括卫星和信关站，地面接入网包括基站，由核心网或者移动终端来执行天地一体化信息网络中的数据传输方法，其中核心网是5G核心网或者更先进的核心网。核心网包括AMF(Access andMobility Management Function，接入和移动性管理功能)网元、UPF(User PlaneFunction，用户面功能)网元、SMF(Session Management Function，会话管理功能)网元、PCF(Policy Control Function，计费与策略控制功能)网元，核心网可以连接到DN(DataNetwork，数据网络)。
具体地，核心网与移动终端之间进行会话时的数据流可以分为从核心网到移动终端的方向以及从移动终端到核心网的方向，当核心网向移动终端发送数据流，可由核心网执行天地一体化信息网络中的数据传输方法，由核心网从地面接入网和卫星接入网中选择合适的接入网来传输数据流；当移动终端向核心网发送数据流，可由移动终端执行天地一体化信息网络中的数据传输方法，由移动终端从地面接入网和卫星接入网中选择合适的接入网来传输数据流。终端与核心网之间建立分别建立地面接入网和卫星接入网的两个信令通信数据链路和两个数据面通信链路，其中两个数据面的数据链路连接到核心网的数据面网元(即图1中的UPF)上，但是该设计不仅限于5G核心网中的数据面网元UPF，也包括4G核心网中的数据面网元或者其他更新型的核心网网络数据面网元。虽然一个终端与数据面网元UPF与接入网相连端有两个对应的数据链路，但是UPF与外部数据网络DN之间只有一个数据链路传输数据，也就是卫星接入网和地面接入网的数据链路都与DN的数据链路对应，终端不管从哪个接入网发送数据都能发送到对应的DN，而DN发送到终端的数据，UPF可以根据用户配置的策略优先选择一个数据链路下发数据。
本实施例中，天地一体化信息网络中的数据传输方法包括以下步骤：
S1.确定地面接入网和卫星接入网各自的优先级以及作为数据链路时的数据传输速率上限；地面接入网和卫星接入网中建立了相同的会话任务，会话任务用于承载核心网与终端所运行应用程序之间的会话；
S2.根据优先级和数据传输速率上限，确定地面接入网和卫星接入网中之一为主用接入网，另一为备用接入网；
S3.优先通过主用接入网传输核心网与终端之间的数据流；
S4.当出现异常情况，通过备用接入网传输数据流；
S5.分别通过主用接入网和备用接入网传输数据流的不同部分。
地面接入网或卫星接入网建立的会话任务的原理如图2所示。参照图2，当只有一个接入网络RAN(地面接入网)或者SAT(卫星接入网)建立数据链路时，数据链路建立情况与传统的5G数据链路一致，都是建立对应的传输数据PDU Session会话，然后再在PDUSession中建立传输对应应用数据的QoS Flow数据链路传输数据。具体地，每个PDUSession便是本实施例中的会话任务，每个PDU Session可以包括一个或多个Qos Flow，每个PDU Session可以服务一个终端(UE)，PDU Session中的每个Qos Flow可以服务同一终端中的多个应用程序。
执行步骤S1时，终端、地面接入网(地面基站)、卫星接入网(卫星基站)以及核心网中各网元之间的工作流程如图3所示。当单链路建立成功后，如果终端也通过另外一个接入网注册到了核心网上，也能在另外一个核心网中建立对应的PDU会话，流程与上述流程一样，只是SMF会控制终端和UPF建立与另外一个接入网一一对应的PDU Session和QoS Flow，并把对应的PDU Session ID(唯一标识终端的一个PDU Session)和QoS Flow ID(唯一标识终端的一个QoS Flow)绑定。
执行步骤S1之后，地面接入和卫星接入网的状态如图4所示，地面接入网(RAN)和卫星接入网(SAT)中都建立了相同的PDU Session，PDU Session中的QoS Flow也一一对应地相同，使得地面接入网和卫星接入网可以为相同的终端以及该终端中所运行的相同应用程序提供会话服务，也就是使用地面接入网和或卫星接入网在终端和核心网之间建立数据链路，以进行从终端到核心网以及从核心网到终端的数据流传输。参照图4，当终端与和核心网数据面网元之间的接入网同时建立数据链路时，会同时建立对应的PDU Session，并在对应的PDU Session里面建立了对应的一一对应的QoS Flow，也就是当终端的应用不管从哪个接入网对应的PDU Session中对应的QoS Flow中发送数据，都能传输到DN中对应的应用端。其中，PDU Session可以为多个，但是如果是双链路，对应的另一个接入网也有一个对应该PDU Session的PDU Session数据通道，同样的QoS Flow也是一一对应。
步骤S2中，当终端注册到核心网后，如果终端想要与核心网的UPF建立对应的数据链路，终端先从通过一个接入网发出PDU会话建立请求消息，当AMF时候收到该消息后，转发给对应的SMF网元，SMF先到UDM或者PCF中获得该用户在该接入网类型上的策略与计费控制策略(其中包括本实施例中定义的优先传输数据的接入网类型和对应接入网类型中限制的最大数据传输速率)，然后SMF控制在UPF和基站之间建立对应的数据链路，并把该策略在PDU资源建立请求消息中携带下发到终端，终端之后发送数据也能根据该下发的策略决定数据优先发送接入网类型和限制对应接入网类型的数据传输速率，并建立对应的PDU资源管理。也就是说，可由核心网中的SMF从核心网中的PCF获取对地面接入网和卫星接入网的控制策略，SMF根据控制策略确定优先级和数据传输速率上限，因此核心网可以确定地面接入网的优先级和数据传输速率上限以及卫星接入网的优先级和数据传输速率上限；核心网将控制策略发送至终端，使得终端也能根据控制策略确定地面接入网的优先级和数据传输速率上限以及卫星接入网的优先级和数据传输速率上限。
本实施例中，如果是终端向核心网发送数据流，则由终端来执行步骤S2，从地面接入网和卫星接入网中选择一个作为主用接入网，另一个作为备用接入网；如果是核心网向终端发送数据流，则由核心网来执行步骤S2，从地面接入网和卫星接入网中选择一个作为主用接入网，另一个作为备用接入网。
本实施例中，步骤S2、S3和S4的原理如图5所示。首先。判断地面接入网和卫星接入网各自的优先级孰高，确定其中的优先级较高者和优先级较低者。如果优先级较高者的当前数据传输速率不超过PCF下发的数据传输速率上限，则以优先级较高者作为主用接入网，优先级较低者作为备用接入网。反之，以优先级较高者作为备用接入网，优先级较低者作为主用接入网。执行步骤S3和S4时，优先通过主用接入网传输核心网与终端之间的数据流，当出现异常情况，才通过备用接入网传输数据流。
例如，如果地面接入网的优先级高于卫星接入网的优先级，那么地面接入网便是优先级较高者，相对地卫星接入网便是优先级较低者；进一步，确定作为优先级较高者的地面接入网的当前数据传输速率是否超过PCF下发的数据传输速率上限，如果地面接入网的当前数据传输速率不超过数据传输速率上限，那么可以将地面接入网确定为主用接入网，将卫星接入网确定为备用接入网，参照图6和图7，执行步骤S3和S4时，优先通过主用接入网即地面接入网传输核心网与终端之间的数据流，当出现通过主用接入网传输数据流失败等异常情况，才通过备用接入网即卫星接入网传输数据流。如果作为优先级较高者的地面接入网的当前数据传输速率超过PCF下发的数据传输速率上限，那么可以将地面接入网确定为备用接入网，将卫星接入网确定为主用接入网，参照图6和图7，执行步骤S3和S4时，优先通过主用接入网即卫星接入网传输核心网与终端之间的数据流，当出现通过主用接入网传输数据流失败等异常情况，才通过备用接入网即地面接入网传输数据流。
步骤S4中的异常情况，还可以是指执行步骤S3时等待主用接入网传输数据流超时、执行步骤S3时主用接入网过载等情况。
步骤S3和S4是在同一时间内选择主用接入网和备用接入网中的一个传输数据流，步骤S5是在同一时间内同时选择主用接入网和备用接入网，分别传输数据流的不同部分。具体地，核心网或者终端可以通过数据流中各部分的安全级别标记来识别数据流中各部分的安全级别，或者通过自身的安全识别机制来识别数据流中各部分的安全级别。本实施例中，安全级别可以区分数据流中各部分的安全敏感程度，例如，在传输加密数据流时，通常涉及密文的传输和密钥的传输，根据传输任务，可以认为密文在被截获后被破译的可能性较小，而密钥被截获后可能会危害加密机制的安全性，因此可以认为密钥属于较高安全级别，密文属于较低安全级别，因此可以使用主用接入网和备用接入网分别传输密钥或密文。
本实施例中，可以先确定主用接入网和备用接入网中哪一个的当前数据传输速率较高，使用当前数据传输速率较高者传输密钥，即数据流中属于较高安全级别的部分，使用当前数据传输速率较低者传输密文，数据流中属于较低安全级别的部分。例如，如果主用接入网的当前数据传输速率比备用接入网的当前数据传输速率高，则使用主用接入网传输密钥，使用备用接入网传输密文，由于主用接入网的当前数据传输速率更高，可以用更少的时间完成密钥的传输，降低属于较高安全级别的密钥被截获的风险。
本实施例中，可以先确定主用接入网和备用接入网中哪一个的优先级较高，使用优先级较高者传输密钥，即数据流中属于较高安全级别的部分，使用优先级较低者传输密文，数据流中属于较低安全级别的部分。例如，如果备用接入网的优先级比主用接入网的优先级高，使用备用接入网传输密钥，使用主用接入网传输密文，由于主用接入网和备用接入网的优先级是根据控制策略确定的，能够综合考虑主用接入网和备用接入网的各种性能参数，备用接入网的优先级更高，备用接入网传输密钥可以在传输时间、稳定性、抗攻击能力等各方面取得平衡，提高传输属于较高安全级别的密钥的安全性。
可以根据本实施例中的天地一体化信息网络中的数据传输方法编写计算机程序，将计算机程序写入计算机装置的存储器或者独立的存储介质中，当计算机程序被读取出来后可以指令处理器执行实施例中的天地一体化信息网络中的数据传输方法，从而实现与方法实施例相同的技术效果。
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存储介质在计算机程序中实现，其中如此配置的存储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装置通信等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储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/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储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存储介质。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)

1.一种天地一体化信息网络中的数据传输方法，其特征在于，包括：
确定地面接入网和卫星接入网各自的优先级以及作为数据链路时的数据传输速率上限；所述地面接入网和所述卫星接入网中建立了相同的会话任务，所述会话任务用于承载核心网与终端所运行应用程序之间的会话；
根据所述优先级和所述数据传输速率上限，确定所述地面接入网和所述卫星接入网中之一为主用接入网，另一为备用接入网；
优先通过所述主用接入网传输核心网与终端之间的数据流。
2.根据权利要求1所述的天地一体化信息网络中的数据传输方法，其特征在于，还包括：
当出现异常情况，通过所述备用接入网传输所述数据流。
3.根据权利要求2所述的天地一体化信息网络中的数据传输方法，其特征在于，所述异常情况包括：
通过所述主用接入网传输所述数据流失败；
等待所述主用接入网传输所述数据流超时；
或者
所述主用接入网过载。
4.根据权利要求1所述的天地一体化信息网络中的数据传输方法，其特征在于，所述确定地面接入网和卫星接入网各自的优先级以及作为数据链路时的数据传输速率上限，包括：
所述核心网获取对所述地面接入网和所述卫星接入网的控制策略，根据所述控制策略确定所述优先级和所述数据传输速率上限；
所述核心网将所述控制策略发送至所述终端；
所述终端根据所述控制策略确定所述优先级和所述数据传输速率上限。
5.根据权利要求1所述的天地一体化信息网络中的数据传输方法，其特征在于，所述根据所述优先级和所述数据传输速率上限，确定所述地面接入网和所述卫星接入网中之一为主用接入网，另一为备用接入网，包括：
当所述地面接入网和所述卫星接入网中，优先级较高者的当前数据传输速率不超过所述数据传输速率上限，则以所述优先级较高者作为所述主用接入网，另一为所述备用接入网；反之，以所述优先级较高者作为所述备用接入网，另一为所述主用接入网。
6.根据权利要求5所述的天地一体化信息网络中的数据传输方法，其特征在于，还包括：
分别通过所述主用接入网和所述备用接入网传输所述数据流的不同部分。
7.根据权利要求6所述的天地一体化信息网络中的数据传输方法，其特征在于，所述分别通过所述主用接入网和所述备用接入网传输所述数据流的不同部分，包括：
将所述数据流的不同部分确定为属于较高安全级别或属于较低安全级别；
使用所述主用接入网和所述备用接入网中的优先级较高者传输所述数据流中属于较高安全级别的部分，使用另一接入网传输所述数据流中属于较低安全级别的部分。
8.根据权利要求6所述的天地一体化信息网络中的数据传输方法，其特征在于，所述分别通过所述主用接入网和所述备用接入网传输所述数据流的不同部分，包括：
将所述数据流的不同部分确定为属于较高安全级别或属于较低安全级别；
使用所述主用接入网和所述备用接入网中的当前数据传输速率较高者传输所述数据流中属于较高安全级别的部分，使用另一接入网传输所述数据流中属于较低安全级别的部分。
9.一种计算机装置，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储至少一个程序，所述处理器用于加载所述至少一个程序以执行权利要求1-8任一项所述方法。
10.一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行如权利要求1-8任一项所述方法。
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