CN113453176B - 一种使卫星终端支持nas信令实现5g核心网管控的方法 - Google Patents

一种使卫星终端支持nas信令实现5g核心网管控的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种使卫星终端支持NAS信令实现5G核心网管控的方法，涉及卫星通信技术领域；该方法包括以下的步骤：S10、NAS协议栈的引入，在卫星终端中引入NAS协议栈；S20、协议转换网元的引入，在卫星通信系统网络控制器与5G核心网模块之间引入协议转换网元；S30、5G核心网模块的控制参数信息的映射；S40、卫星终端的控制参数的映射；S50、NAS信令的交互，在卫星通信系统网络控制器中引入NAS应用协议层，以承接卫星终端发送的NAS信令，实现与协议转换网元之间的NAS信令交互；本发明的有益效果是：实现NAS信令在卫星终端和5G核心网模块传输过程中通信协议及传输方式的转化，进而达到5G核心网模块能识别到卫星终端NAS信令的目的。

Description

一种使卫星终端支持NAS信令实现5G核心网管控的方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，更具体的说，本发明涉及一种使卫星终端支持NAS信令实现5G核心网管控的方法。
背景技术
未来卫星通信与地面移动蜂窝通信走向融合，天地一体化是大势所趋。但是卫星通信系统和地面移动蜂窝通信系统是两种截然不同的体制，两种通信体制的控制信息和业务数据都无法交互流通。那么可将卫星通信系统与5G通信系统中的应用和管理体制有效结合，实现两种通信系统的融合，形成一种能够向全球任意地方提供通信服务的新型网络系统。
从网络协议的角度来看，目前大部分现有卫星通信网络支持协议栈的底层功能，包括物理层(L1)、链路层(L2)和网络层(L3)。其中卫星通信系统直接通过L1和L2在控制层面实现对卫星终端管控。
而5G移动终端通过NAS信令实现5G核心网对终端的管控。由于卫星和5G通信体制及协议不同，目前卫星终端并不支持NAS信令，为了实现5G核心网对5G终端和卫星终端的统一管控，进而达到两种通信系统的融合，可以使卫星终端支持NAS信令，且通过协议改进转换使5G核心网能够识别到卫星终端NAS信令并相应地能与卫星终端进行指令交互，进而达到管控。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种使卫星终端支持NAS信令实现5G核心网管控的方法，实现NAS信令在卫星终端和5G核心网模块传输过程中通信协议及传输方式的转化，进而达到5G核心网模块能与卫星终端进行NAS信令交互的目的。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种使卫星终端支持NAS信令实现5G核心网管控的方法，其改进之处在于，该方法包括以下的步骤：
S10、NAS协议栈的引入，在卫星终端中引入NAS协议栈；
S20、协议转换网元的引入，在卫星通信系统网络控制器与5G核心网模块之间引入协议转换网元，协议转换网元包括与卫星通信系统网络控制器链接的第一模块、与5G核心网模块链接的第二模块以及适应层，适应层包括有卫星终端与协议转换网元之间的私有协议；
S30、5G核心网模块的控制参数信息的映射，协议转换网元将以UPD传输协议传输的NAS信息，转换为以SCTP传输协议传输的NAS信息，完成与5G核心网模块的控制参数信息映射；
S40、卫星终端的控制参数的映射，协议转换网元将其与5G核心网模块之间的接口参数，传递至卫星通信系统网络控制器，完成卫星终端控制参数的映射；
S50、NAS信令的交互，在卫星通信系统网络控制器中引入NAS应用协议层，该层实现卫星通信系统网络控制器与协议转换网元之间的信令交互，协议转换网元需要将N2接口的相关参数通过NA-AP传递给卫星通信系统网络控制器，使卫星通信系统网络控制器完成5G核心网控制参数的映射与配置功能。
进一步的，所述协议转换网元的第一模块从底层开始依次包括L1层、L2层IP层、UPD层以及NAS应用协议层；
所述卫星通信系统网络控制器包括与第一模块依次相对接的L1层、L2层、IP层、UPD层以及NAS应用协议层。
进一步的，所述协议转换网元的第二模块从底层开始依次包括L1层、L2层、IP层、SCTP层以及NG-AP层；
所述5G核心网模块包括有AMF用户接入和移动管理功能模块，且AMF用户接入和移动管理功能模块包括与第二模块依次相对接的L1层、L2层、IP层、SCTP层以及NG-AP层。
进一步的，所述的AMF用户接入和移动管理功能模块还包括有NAS-MM层，卫星终端具有相对接的NAS-MM层；
所述的AMF用户接入和移动管理功能模块通过N11接口与SMF会话管理功能模块相对接，SMF会话管理功能模块包括有NAS-SM层，卫星终端具有相对接的NAS-SM层。
进一步的，所述步骤S50之后，还包括有NAS信令转发方法，NAS信令转发方法包括以下的步骤：
S501、卫星终端将待发送的NAS信令封装到卫星通讯网络分配到网关IP中，封装后的NAS信令采用UDP传输协议，经过卫星终端的L1层和L2层到达卫星通信系统网络控制器；
S502、卫星通信系统网络控制器将收到的NAS信令封装到卫星通信系统网络控制器的NAS应用协议层中，经过UPD传输协议传输到协议转换网元；
S503、协议转换网元接收并解析出NAS信令，并将其封装到协议转换网元的NG-AP层中，并进行网关IP到协议转换网元与5G核心网模块之间接口IP的映射转换；
S504、协议转换网元将封装到NG-AP中的NAS信令采用SCTP传输协议进行传输，并到达5G核心网，此时5G核心网模块接收到的消息即为可识别的NAS消息，协议转换网元实现了协议转换的功能。
进一步的，所述的步骤S504之后，还包括以下的步骤：
S505、NAS信令通过协议转换网元与5G核心网模块之间接口到达5G核心网模块的AMF用户接入和移动管理功能模块，AMF用户接入和移动管理功能模块解析出NAS信令，完成对卫星终端接入和移动管理的功能；
5G核心网模块的SMF会话管理功能模块通过接口N11从AMF用户接入和移动管理功能模块接收NAS信令，完成对卫星终端的会话管理功能。
进一步的，步骤S40中，协议转换网元通过N2接口与5G核心网模块相连接。
本发明的有益效果是：本方法使卫星终端引入NAS协议栈，提出了一种实现NAS信令在卫星终端和5G核心网模块传输过程中通信协议及传输方式的转化，进而达到5G核心网能与卫星终端进行NAS信令交互的目的，完成用户注册、鉴权认证、移动性管理、会话管理等过程。
附图说明
图1为本发明的一种使卫星终端支持NAS信令实现5G核心网管控的方法的流程示意图。
图2为本发明的一种使卫星终端支持NAS信令实现5G核心网管控的方法的框架结构示意图。
图3为前向NAS信令封装的示意图。
图4为回传NAS信令封装的示意图。
图5为协议转换网元与5G核心网模块的接口示意图。
图6为本发明的终端入网及注册流程的示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
以下将结合实施例和附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果进行清楚、完整地描述，以充分地理解本发明的目的、特征和效果。显然，所描述的实施例只是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例，基于本发明的实施例，本领域的技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的其他实施例，均属于本发明保护的范围。另外，专利中涉及到的所有联接/连接关系，并非单指构件直接相接，而是指可根据具体实施情况，通过添加或减少联接辅件，来组成更优的联接结构。本发明创造中的各个技术特征，在不互相矛盾冲突的前提下可以交互组合。
根据5G通信标准，5G NAS信令的传输利用的是SCTP传输协议，必须经过NG-AP层和SCTP层，经过这两层的封装5G核心网才能成功识别和解析NAS信令。但因为卫星通信系统和5G通信系统的信号传输体制、协议、信令等均不兼容，卫星通信系统信号传输利用的是UDP传输协议，卫星通信系统的传输协议栈中并不支持NG-AP层和SCTP层。那么为了引入NAS协议栈之后，5G核心网能与卫星终端进行NAS信令交互，实现对卫星终端的管控。
参照图1和图2所示，本发明揭示了一种使卫星终端支持NAS信令实现5G核心网管控的方法，达到5G核心网能与卫星终端进行NAS信令交互的目的。具体的，在本实施例中，该方法包括以下的步骤：
S10、NAS协议栈的引入，在卫星终端10中引入NAS协议栈；
同时新增加适应层，该层包含传输卫星终端10到协议转换网元20之间的私有协议；
S20、协议转换网元20的引入，在卫星通信系统网络控制器30(简称NCC)与5G核心网模块40之间引入协议转换网元20，协议转换网元20包括与卫星通信系统网络控制器30链接的第一模块301、与5G核心网模块40链接的第二模块302以及适应层，适应层即为Adapter层，适应层包括有卫星终端10与协议转换网元20之间的私有协议；
结合图2所示，所述协议转换网元20的第一模块301从底层开始依次包括L1层、L2层IP层、UPD层以及NAS应用协议层，其中NAS应用协议层即为图2中的NA-AP层；所述卫星通信系统网络控制器30包括与第一模块301依次相对接的L1层、L2层、IP层、UPD层以及NAS应用协议层，NAS应用协议层即为NA-AP层，通过在NCC转换模块中引入NAS应用协议层，以承接卫星终端10传输的NAS信令，实现与协议转换网元20之间的NAS信令交互；
进一步的，所述协议转换网元20的第二模块302从底层开始依次包括L1层、L2层、IP层、SCTP层以及NG-AP层；所述5G核心网模块40包括有AMF用户接入和移动管理功能模块，且AMF用户接入和移动管理功能模块包括与第二模块302依次相对接的L1层、L2层、IP层、SCTP层以及NG-AP层；
另外，所述的AMF用户接入和移动管理功能模块还包括有NAS-MM层，卫星终端10具有相对接的NAS-MM层；所述的AMF用户接入和移动管理功能模块通过N11接口与SMF会话管理功能模块相对接，SMF会话管理功能模块包括有NAS-SM层，卫星终端10具有相对接的NAS-SM层；
S30、5G核心网模块40的控制参数信息的映射，协议转换网元20将以UPD传输协议传输的NAS信息，转换为以SCTP传输协议传输的NAS信息，完成与5G核心网模块40的控制参数信息映射；
S40、卫星终端10的控制参数的映射，协议转换网元20将其与5G核心网模块40之间的接口参数，传递至卫星通信系统网络控制器30，完成卫星终端10控制参数的映射；本实施例中，如图2所示，协议转换网元20通过N2接口与5G核心网模块40相连接；
S50、NAS信令的交互，在卫星通信系统网络控制器30中引入NAS应用协议层，以承接卫星终端10发送的NAS信令，实现与协议转换网元20之间的NAS信令交互。
对于NAS信令转发的方法，本发明提供了一具体实施例，该实施例中，NAS信令转发方法包括以下的步骤：
S501、卫星终端10将待发送的NAS信令封装到卫星通讯网络分配到网关IP中，封装后的NAS信令采用UDP传输协议，经过卫星终端10的L1层和L2层到达卫星通信系统网络控制器30；
S502、卫星通信系统网络控制器30将收到的NAS信令封装到卫星通信系统网络控制器30的NAS应用协议层中，经过UPD传输协议传输到协议转换网元20；
S503、协议转换网元20接收并解析出NAS信令，并将其封装到协议转换网元20的NG-AP层中，并进行网关IP到协议转换网元20与5G核心网模块40之间接口IP的映射转换；
S504、协议转换网元20将封装到NG-AP中的NAS信令采用SCTP传输协议进行传输，并到达5G核心网，此时5G核心网模块40接收到的消息即为可识别的NAS消息，协议转换网元20实现了协议转换的功能。
S505、NAS信令通过协议转换网元20与5G核心网模块40之间接口到达5G核心网模块40的AMF用户接入和移动管理功能模块，AMF用户接入和移动管理功能模块解析出NAS信令，完成对卫星终端10接入和移动管理的功能；
5G核心网模块40的SMF会话管理功能模块通过接口N11从AMF用户接入和移动管理功能模块接收NAS信令，完成对卫星终端10的会话管理功能。
上述NAS信令转发的方法中，协议转换网元20需要维护RAN UE NGAP ID(RAN UENGAP ID指逻辑NG接口唯一UE标识)与每个卫星终端10的WAN IP(网络IP)地址的关系，从5G核心网模块40发送过来的NAS消息，协议转换网元20需封装成目的IP地址为对应终端WANIP、源IP地址为协议转换网元20的UDP数据包，加校验后发送给对应的卫星通信系统网络控制器30，其原理图如图3所示，为前向NAS信令封装的示意图。从卫星通信系统网络控制器30发过来的含NAS消息的UDP数据包(源IP地址为终端WAN IP，目的IP地址为协议转换网元20IP)，如图4所示，协议转换网元20按照RAN UE NGAP ID与每个终端的WAN IP地址对应关系，转换成N2接口IP发送给5G核心网40的AMF用户接入和移动管理功能模块，如图5所示。
基于此，本发明的一种使卫星终端10支持NAS信令实现5G核心网管控的方法，协议转换网元20将以UDP传输协议传输的NAS信息转换为以SCTP传输协议传输的NAS信息，完成与5G核心网模块40的控制参数信息映射；相对应的，协议转换网元20需要将N2接口的相关参数通过NA-AP传递给卫星通信系统网络控制器30，完成卫星终端10控制参数的映射与配置功能。
在上述实施例的基础上，本发明的一种使卫星终端10支持NAS信令实现5G核心网管控的方法，达到5G核心网能识别到卫星终端10NAS信令的方法，可以实现5G核心网对卫星终端10的管理和控制，完成用户注册、鉴权认证、移动性管理和会话管理等过程。
参照图6所示，下面介绍终端入网及注册流程：
1、卫星终端10引入NAS协议栈，NAS层功能在终端应用层实现，卫星终端10首先接入卫星接入网中，实现物理链路联通，然后NAS信令在卫星终端10的业务信道中发送，且具有最高的调度优先级；卫星终端10上线NCC并达到sync状态后，触发卫星终端10发起5GC注册流程，如图6所示。
2、卫星终端10将包含用户身份信息的NAS信令封装到卫星通信网分配的网关IP中，封装后的NAS信令采用UDP传输协议发送到卫星通信系统网络控制器30；
3、卫星通信系统网络控制器30将收到的包含用户身份信息的NAS信令封装到NA-AP中，经过UDP传输协议传输到协议转换网元20。
4、从卫星通信系统网络控制器30发过来的含NAS消息的UDP数据包(源IP地址为终端WAN IP，目的IP地址为协议转换网元20IP)，协议转换网元20按照RAN UE NGAP ID与每个终端的WAN IP地址对应关系，转换成N2接口IP，并按照SCTP传输协议发送给核心网。
5、该含NAS消息的SCTP数据包通过N2接口到达5G核心网模块40的AMF用户接入和移动管理功能模块，AMF用户接入和移动管理功能模块解析出包含用户身份信息的NAS信令，接下来在与卫星终端10交互过程中完成用户注册和鉴权认证流程。
6、5G核心网模块40对用户身份进行认证和鉴权后，对于合法用户注册其NAS信息，并授权接入通信服务，对于非法用户拒绝接入。
本方法使卫星终端10引入NAS协议栈，提出了一种实现NAS信令在卫星终端10和5G核心网模块40传输过程中通信协议及传输方式的转化，进而达到5G核心网能识别到卫星终端10NAS信令的目的，完成用户注册、鉴权认证、移动性管理、会话管理等过程。
本发明兼容并沿用了现有卫星通信技术体制，对卫星无改动量，仅使在卫星模块引入新的协议栈以及增加协议转换网元20，不会引起卫星制造成本提升。同时，通过该设计方式能够实现控制信息在卫星通信系统和5G通信系统内的统一，5G核心网从卫星网络管理层级上实现对卫星终端10的管控。另外，通过NAS信令5G核心网可对终端实现高效的QoS管理，所以卫星终端10支持NAS信令后，可利用5G QoS管理策略更细更高效地管理卫星终端10及空口资源。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (5)

1.一种使卫星终端支持NAS信令实现5G核心网管控的方法，其特征在于，该方法包括以下的步骤：
S10、NAS协议栈的引入，在卫星终端中引入NAS协议栈；
S30、5G核心网模块的控制参数信息的映射，协议转换网元将以UPD传输协议传输的NAS信息，转换为以SCTP传输协议传输的NAS信息，完成与5G核心网模块的控制参数信息映射；
所述协议转换网元的第二模块从底层开始依次包括L1层、L2层、IP层、SCTP层以及NG-AP层；所述5G核心网模块包括有AMF用户接入和移动管理功能模块，且AMF用户接入和移动管理功能模块包括与第二模块依次相对接的L1层、L2层、IP层、SCTP层以及NG-AP层；
S40、卫星终端的控制参数的映射，协议转换网元将其与5G核心网模块之间的接口参数，传递至卫星通信系统网络控制器，完成卫星终端控制参数的映射；
所述协议转换网元的第一模块从底层开始依次包括L1层、L2层IP层、UPD层以及NAS应用协议层；所述卫星通信系统网络控制器包括与第一模块依次相对接的L1层、L2层、IP层、UPD层以及NAS应用协议层，通过在NCC转换模块中引入NAS应用协议层，以承接卫星终端传输的NAS信令，实现与协议转换网元之间的NAS信令交互；
S50、NAS信令的交互，在卫星通信系统网络控制器中引入NAS应用协议层，以承接卫星终端发送的NAS信令，实现与协议转换网元之间的NAS信令交互。
2.根据权利要求1所述的一种使卫星终端支持NAS信令实现5G核心网管控的方法，其特征在于，所述的AMF用户接入和移动管理功能模块还包括有NAS-MM层，卫星终端具有相对接的NAS-MM层；
所述的AMF用户接入和移动管理功能模块通过N11接口与SMF会话管理功能模块相对接，SMF会话管理功能模块包括有NAS-SM层，卫星终端具有相对接的NAS-SM层。
3.根据权利要求1所述的一种使卫星终端支持NAS信令实现5G核心网管控的方法，其特征在于，所述步骤S50之后，还包括有NAS信令转发方法，NAS信令转发方法包括以下的步骤：
S501、卫星终端将待发送的NAS信令封装到卫星通讯网络分配到网关IP中，封装后的NAS信令采用UDP传输协议，经过卫星终端的L1层和L2层到达卫星通信系统网络控制器；
S502、卫星通信系统网络控制器将收到的NAS信令封装到卫星通信系统网络控制器的NAS应用协议层中，经过UPD传输协议传输到协议转换网元；
S503、协议转换网元接收并解析出NAS信令，并将其封装到协议转换网元的NG-AP层中，并进行网关IP到协议转换网元与5G核心网模块之间接口IP的映射转换；
S504、协议转换网元将封装到NG-AP中的NAS信令采用SCTP传输协议进行传输，并到达5G核心网，此时5G核心网模块接收到的消息即为可识别的NAS消息，协议转换网元实现了协议转换的功能。
4.根据权利要求3所述的一种使卫星终端支持NAS信令实现5G核心网管控的方法，其特征在于，所述的步骤S504之后，还包括以下的步骤：
S505、NAS信令通过协议转换网元与5G核心网模块之间接口到达5G核心网模块的AMF用户接入和移动管理功能模块，AMF用户接入和移动管理功能模块解析出NAS信令，完成对卫星终端接入和移动管理的功能；
5G核心网模块的SMF会话管理功能模块通过接口N11从AMF用户接入和移动管理功能模块接收NAS信令，完成对卫星终端的会话管理功能。
5.根据权利要求1所述的一种使卫星终端支持NAS信令实现5G核心网管控的方法，其特征在于，步骤S40中，协议转换网元通过N2接口与5G核心网模块相连接。
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