CN113825211A - 一种专路信令与业务随路信令一体化方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种专路信令与业务随路信令一体化方法，卫星系统中增加独立的信令波束并在信令波束中设计专路信令；在业务波束中设计随路信令，与信令波束的专路信令配合工作；用户在业务发起之前，处于专路信令模式，系统先通过专路信令信道完成用户的随遇接入和控制信息交互；在业务调度过程中，用户则工作于随路信令模式，通过业务随路信令信道完成随路控制信息交互，通过专路信令信道和业务随路信令信道，共同完成用户的接入管理和资源调度。本发明采用专路信令与业务随路信令一体化设计，通过专路信令来提升系统的灵活性，实现用户随遇接入，降低用户接入响应时间，提升用户服务质量。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种专路信令与业务随路信令一体化方法。
背景技术
随着卫星通信网络的发展，波束覆盖方式也在改变。目前波束覆盖方式包括传统的广域波束覆盖、高通量卫星的跳波束覆盖和相控阵波束的捷变覆盖。无论是广域波束覆盖还是跳波束覆盖，其波束覆盖区域都是相对固定的，用户接入控制与管理等工作在波束内部设计独立的随路信令信道。例如在HTS(High Throughput Satellite,高通量卫星)系统中，卫星波束的指向和覆盖范围都是固定不变的，一般分配给每个波束的功率、时频资源也是恒定的。然而在卫星通信系统中，不同用户的通信服务类型和业务需求多样，时空分布不均，不同区域、不同时间的用户对通信需求千变万化，这些都对卫星通信网络的调度服务能力和资源的全面利用提出了更高的要求。因此，传统固定波束覆盖的方式将会导致资源利用率低，通信应用场景受限，且网络整体不够灵活，不能满足通信业务对灵活性和变异性的要求。
随着相控阵技术的发展，捷变点波束是多波束卫星系统中的一种能够灵活利用卫星资源的技术。其核心思想是：星上资源分配不是固定的，根据用户实际需求按需驱动波束，通过相控阵波束可灵活捷变的特点快速形成覆盖，提供服务。因此，其资源利用更加灵活高效。在多波束卫星系统场景下，使用捷变点波束可以有效匹配用户业务需求与卫星不同波束的资源，从而提升卫星整体使用效能。
对于空间节点配置相控阵载荷，在捷变点波束为用户提供广域非连续可捷变覆盖的场景中，捷变点波束提升了单个空间节点的可达覆盖范围。但给业务用户的接入控制带来了困难。因此，如何设计一种高效的方法完成用户的接入管理和资源调度等工作，成为通信网络中亟待解决的问题。
发明内容
针对现有卫星通信系统中业务用户的接入控制带来的问题，本发明提供一种专路信令与业务随路信令一体化方法，通过专路信令和业务随路信令共同完成用户的接入管理和资源调度等工作。
本发明保护一种专路信令与业务随路信令一体化方法，卫星系统中增加独立的信令波束并在信令波束中设计专路信令；在业务波束中设计随路信令，与信令波束的专路信令配合工作；
用户在业务发起之前，处于专路信令模式，系统先通过专路信令信道完成用户的随遇接入和控制信息交互；在业务调度过程中，用户则工作于随路信令模式，通过业务随路信令信道完成随路控制信息交互；通过专路信令信道和业务随路信令信道，共同完成用户的接入管理和资源调度。
其中，所述专路信令用于用户的接入管理控制和初始业务波束资源调度；所述业务随路信令用于业务通信过程中的信令交互。
进一步地，网络中所有空间节点的专路信令以及业务随路信令均汇总到地面网络控制中心进行统一处理。
进一步地，所述专路信令信道为：利用空间卫星节点上配置捷变信令点波束为用户提供信令信息的传输通道，承载控制信息的传输；所述业务随路信令信道为：利用业务波束提供业务通信过程中的交互信令信息的传输通道，用于承载业务通信过程中业务信息传输。
更进一步地，所述控制信息包括用户的注册、波束调度、用户接入申请与应答；所述业务信息包括时频资源的动态分配、用户位置更新。
进一步地，该方法的具体步骤为：
步骤A1：用户开机后，首先启动专路信令信道，在该信道搜索并接收卫星节点广播信息，在成功接收和解析广播信息后，向网络发起入网申请；
步骤A2：若用户成功接入网络后，当有业务通信需求时，在专路信令通道发送业务通信申请，网络控制中心收到该请求后进行相应决策，向其分配业务波束资源；
步骤A3:用户收到业务波束资源分配指令后，通过业务波束建立连接，相关信令转为业务随路信令模式；
步骤A4:在随路信令模式下，用户通过随路信令信道发送用户位置更新信息、用户同步信息和资源调整申请及响应信息发给用户控制中心；
其中，用户位置更新：用户根据自身运动速率情况，周期性向网络发送其实时位置更新；用户同步信息：用于用户在业务进行过程中的同步保持；资源调整申请及响应：用于业务通信过程中，根据业务量变化，实时动态调整时频资源。
步骤A5:网络控制中心依据用户的资源调整申请等信息进行决策，并通过随路信令通道发送资源调整应答信息给用户终端；
步骤A6：用户终端接收到资源调整应答信息后，在调整的资源策略下进行资源调度；
步骤A7：用户业务传输完成后，用户通过专路信令信道发起业务结束申请，系统释放业务波束资源，同时业务随路信令信道也随之关闭；
步骤A8:用户转入专用信令通道维持网络连接，等待进一步发起新的资源申请和退网申请。
进一步地，该专路信令与业务随路信令一体化方法包括网络注册流程和网络接入流程。
所述网络注册流程包括如下步骤：
步骤B1：开机调整波束指向，搜索卫星广播信号；
步骤B2：接收卫星信令波束下发的系统基本参数表获取系统基本参数，校验卫星时间基准；
步骤B3:接收卫星信息表、终端信息表TIM-B，更新用户本地信息，依据终端地理位置信息和时间基准，调整发送信号时间；
步骤B4:终端发送注册申请消息；
步骤B5:卫星转发终端注册消息，由网控中心完成终端鉴权和参数配置，并向卫星发送终端注册应答消息，卫星利用终端信息表TIM-U发送登陆响应描述符；
步骤B6:终端接收到登陆响应描述符，鉴权成功即完成用户注册，鉴权不成功则停止发送，若定时器超时未收到应答，需要重新发送请求。
更进一步地，所述系统基本参数信息：包括系统基本时间、时间基准偏差、波束基本调度周期、返向信令信道频率速率码率、返向信令信道配置参数信息；
所述卫星信息表：包括卫星的位置和波束指向；
所述终端信息表TIM-B：用于传输终端相关的系统信息及参数的描述；
所述终端信息表TIM-U：用于传输个体终端设备相关的控制和参数信息；
所述登录响应描述符：包括相应用户的注册信息；
所述注册申请消息：用户注册时需要传递的信息，包括终端接入类型、终端接入状态描述、终端MAC地址、安全描述符、位置报告描述符、终端能力描述符。
所述网络接入流程包括如下步骤：
步骤C1:终端通过信令波束发送网络接入申请信息，进行业务建链申请；
步骤C2：卫星转发接收到的网络接入申请信息给网控中心；
步骤C3:网控中心确认网络可用后，进行业务波束和资源分配，分配成功后，并通过终端发送请求肯定应答信息，以及业务波束资源分配结果；否则向终端发送终端请求否定应答，拒绝业务申请；
步骤C4：用户终端接收到接入应答信息，完成网络接入，依据波束和时频资源分配计划在特定的业务波束上进行业务数据传输。
更进一步地，所述网络接入申请信息包括以下信息：
接入控制信息描述符：包含终端标识、终端状态；
资源请求描述符：终端根据自身的业务需求向系统提出的业务资源申请信息，包括资源请求方式和资源请求数量。
本发明采用专路信令与业务随路信令一体化设计，既可以通过专路信令来提升系统的灵活性，实现用户随遇接入，降低用户接入响应时间，提升用户服务质量，又可以通过业务随路信令来降低专路信令的负载压力，降低对专路信令波束载荷的能力需求，提升系统整体效能。
附图说明
图1为专路信令与业务随路信令一体化方法流程图；
图2为实施例1中网络注册流程示意图；
图3为实施例1中网络接入流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的，而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用，并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
实施例1
一种专路信令与业务随路信令一体化方法，作为专路信令和业务随路信令两个独立的承载信道，共同完成用户的接入管理和资源调度等工作。
该体制下，专路信令信道是指利用空间卫星节点上配置捷变信令点波束为用户提供信令信息的传输通道，承载用户的注册、波束调度、用户接入申请与应答等控制信息的传输；业务随路信令信道是指利用业务波束提供业务通信过程中的交互信令信息的传输通道，用于承载业务通信过程中时频资源的动态分配、用户位置更新等信息传输。网络中所有空间节点的专路信令以及业务随路信令信息均汇总到地面网络控制中心进行统一处理。
如图1所示，该一体化方法包括如下步骤：
步骤A1：用户开机后，首先启动专路信令信道，在该信道搜索并接收卫星节点广播信息，在成功接收和解析广播信息后，向网络发起入网申请；
步骤A2：若用户成功接入网络后，当有业务通信需求时，在专路信令通道发送业务通信申请，网络控制中心收到该请求后进行相应决策，向其分配业务波束资源；
步骤A3:用户收到业务波束资源分配指令后，通过业务波束建立连接，相关信令转为业务随路信令模式；
步骤A4:在随路信令模式下，用户通过随路信令信道发送用户位置更新信息、用户同步信息和资源调整申请及响应信息发给用户控制中心；
步骤A5:网络控制中心依据用户的资源调整申请等信息进行决策，并通过随路信令通道发送资源调整应答信息给用户终端；
步骤A6：用户终端接收到资源调整应答信息后，在调整的资源策略下进行资源调度；
步骤A7：用户业务传输完成后，用户通过专路信令信道发起业务结束申请，系统释放业务波束资源，同时业务随路信令信道也随之关闭。
步骤A8:用户转入专路信令通道维持网络连接，等待进一步发起新的资源申请和退网申请。
其中，业务随路信令信息中位置更新表如下表1所示，包含了终端经纬度信息、高程信息等。业务随路信令信息中资源调整申请表如下表2所示，其中业务类型包含语音、视频、数据，资源请求方式包含数据量、数据速率等，目标ID包含用户终端的MAC地址，资源请求量指本次业务发起所需要传递的信息总数据量。
表1位置更新表
| 内容 | 长度(bit) | 备注 |
| 位置报告描述符类型 | 4 | |
| 终端经度 | 32 | 0.0001° |
| 终端纬度 | 32 | 0.0001° |
| 终端高程 | 16 | 1米 |
表2随路信令资源调整申请表
通过采用专路信令与业务随路信令一体化设计，既可以通过专路信令来提升系统的灵活性，实现用户随遇接入，降低用户接入响应时间，提升用户服务质量，又可以通过业务随路信令来降低专路信令的负载压力，降低对专路信令波束载荷的能力需求，提升系统整体效能。
具体的，在本实施例中，该专路信令与业务随路信令一体化方法包括网络注册流程和网络接入流程。
所述网络注册流程，如图2所示，包括如下步骤：
步骤B1：开机调整波束指向，搜索卫星广播信号；
步骤B2：接收卫星信令波束下发的系统基本参数表获取系统基本参数，校验卫星时间基准；
步骤B3:接收卫星信息表、终端信息表TIM-B，更新用户本地信息，依据终端地理位置信息和时间基准，调整发送信号时间；
步骤B4:终端发送注册申请消息；
步骤B5:卫星转发终端注册消息，由网控中心完成终端鉴权和参数配置，并向卫星发送终端注册应答消息，卫星利用终端信息表TIM-U发送登陆响应描述符；
步骤B6:终端接收到登陆响应描述符，鉴权成功即完成用户注册，鉴权不成功则停止发送，若定时器超时未收到应答，需要重新发送请求。
系统注册信息表如下表3所示，其中终端接入类型用于表明用户终端处于高速、低速、固定、或者移动模式；终端接入状态描述表明终端成功接入系统的次数；终端MAC地址为终端唯一的硬件标识；描述符类型包括安全描述束、位置描述符、终端能力描述符等。
表3用户注册消息表
所述网络接入流程，如图3所示，包括如下步骤：
步骤C1:终端通过专路信令波束发送接入控制消息资源申请描述符，进行业务建链申请；
步骤C2：卫星转发接收到接入控制消息资源申请描述符给网控中心；
步骤C3:网控中心确认网络可用后，进行业务波束和资源分配，分配成功后，并通过终端发送请求肯定应答信息，以及业务波束资源分配结果；否则向终端发送终端请求否定应答，拒绝业务申请；
步骤C4：用户终端接收到接入应答信息，完成网络接入，依据波束和时频资源分配计划在特定的业务波束上进行业务数据传输。
接入控制资源请求表如表4所示，其中业务类型包含语音、视频、数据，资源请求方式包含数据量、数据速率等，目标ID包含用户终端的MAC地址，资源请求量指本次业务发起所需要传递的信息总数据量。
表4接入控制资源请求表
显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都应属于本发明保护的范围。
Claims (10)
1.一种专路信令与业务随路信令一体化方法，其特征在于，卫星系统中增加独立的信令波束并在信令波束中设计专路信令；在业务波束中设计随路信令，与信令波束的专路信令配合工作；
用户在业务发起之前，处于专路信令模式，系统先通过专路信令信道完成用户的随遇接入和控制信息交互；在业务调度过程中，用户则工作于随路信令模式，通过业务随路信令信道完成随路控制信息交互，通过专路信令信道和业务随路信令信道，共同完成用户的接入管理和资源调度；
所述专路信令用于用户的接入管理控制和初始业务波束资源调度；
所述业务随路信令用于业务通信过程中的信令交互。
2.根据权利要求1所述的专路信令与业务随路信令一体化方法，其特征在于，所述专路信令信道为：利用空间卫星节点上配置捷变信令点波束为用户提供信令信息的传输通道，承载控制信息的传输；所述业务随路信令信道为：利用业务波束提供业务通信过程中的交互信令信息的传输通道，用于承载业务通信过程中业务控制信息传输。
3.根据权利要求2所述的专路信令与业务随路信令一体化方法，其特征在于，所述控制信息包括用户的注册、波束调度、用户接入申请与应答；
所述业务信息包括时频资源的动态分配、用户位置更新。
4.根据权利要求3所述的专路信令与业务随路信令一体化方法，其特征在于，该方法的具体步骤为：
步骤A1：用户开机后，首先启动专路信令信道，在该信道搜索并接收卫星节点广播信息，在成功接收和解析广播信息后，向网络发起入网申请；
步骤A2：若用户成功接入网络后，当有业务通信需求时，在专路信令通道发送业务通信申请，网络控制中心收到该请求后进行相应决策，向其分配业务波束资源；
步骤A3:用户收到业务波束资源分配指令后，通过业务波束建立连接，相关信令转为业务随路信令模式；
步骤A4:在随路信令模式下，用户通过随路信令信道发送用户位置更新信息、用户同步信息和资源调整申请及响应信息发给用户控制中心；
其中，用户位置更新：用户根据自身运动速率情况，周期性向网络发送其实时位置更新；用户同步信息：用于用户在业务进行过程中的同步保持；资源调整申请及响应：用于业务通信过程中，根据业务量变化，实时动态调整时频资源；
步骤A5:网络控制中心依据用户的资源调整申请等信息进行决策，并通过随路信令通道发送资源调整应答信息给用户终端；
步骤A6：用户终端接收到资源调整应答信息后，在调整的资源策略下进行资源调度；
步骤A7：用户业务传输完成后，用户通过专用信令信道发起业务结束申请，系统释放业务波束资源，同时业务随路信令信道也随之关闭；
步骤A8:用户转入专用信令通道维持网络连接，等待发起新的资源申请和退网申请。
5.根据权利要求1所述的专路信令与业务随路信令一体化方法，其特征在于，包括网络注册流程和网络接入流程。
6.根据权利要求5所述的专路信令与业务随路信令一体化方法，其特征在于，所述网络注册流程包括如下步骤：
步骤B1：开机调整波束指向，搜索卫星广播信号；
步骤B2：接收卫星信令波束下发的系统基本参数表获取系统基本参数，校验卫星时间基准；
步骤B3:接收卫星信息表、终端信息表TIM-B，更新用户本地信息，依据终端地理位置信息和时间基准，调整发送信号时间；
步骤B4:终端发送注册申请消息；
步骤B5:卫星转发终端注册消息，由网控中心完成终端鉴权和参数配置，并向卫星发送终端注册应答消息，卫星利用终端信息表TIM-U发送登陆响应描述符；
步骤B6:终端接收到登陆响应描述符，鉴权成功即完成用户注册，鉴权不成功则停止发送，若定时器超时未收到应答，需要重新发送请求。
7.根据权利要求6所述的专路信令与业务随路信令一体化方法，其特征在于，所述系统基本参数信息：包括系统基本时间、时间基准偏差、波束基本调度周期、返向信令信道频率速率码率、返向信令信道配置参数信息；
所述卫星信息表：包括卫星的位置和波束指向；
所述终端信息表TIM-B：用于传输终端相关的系统信息及参数的描述；
所述终端信息表TIM-U：用于传输个体终端设备相关的控制和参数信息；
所述登录响应描述符：包括相应用户的注册信息；
所述注册申请消息：用户注册时需要传递的信息，包括终端接入类型、终端接入状态描述、终端MAC地址、安全描述符、位置报告描述符、终端能力描述符。
8.根据权利要求5所述的专路信令与业务随路信令一体化方法，其特征在于，所述网络接入流程包括如下步骤：
步骤C1:终端通过信令波束发送网络接入申请信息，进行业务建链申请；
步骤C2：卫星转发接收到的网络接入申请信息给网控中心；
步骤C3:网控中心确认网络可用后，进行业务波束和资源分配，分配成功后，并通过终端发送请求肯定应答信息，以及业务波束资源分配结果；否则向终端发送终端请求否定应答，拒绝业务申请；
步骤C4：用户终端接收到接入应答信息，完成网络接入，依据波束和时频资源分配计划在特定的业务波束上进行业务数据传输。
9.根据权利要求8所述的专路信令与业务随路信令一体化方法，其特征在于，所述网络接入申请信息包括以下信息：
接入控制信息描述符：包含终端标识、终端状态；
资源请求描述符：终端根据自身的业务需求向系统提出的业务资源申请信息，包括资源请求方式和资源请求数量。
10.根据上述任意一项权利要求所述的专路信令与业务随路信令一体化方法，其特征在于，网络中所有空间节点的专路信令以及业务随路信令均汇总到地面网络控制中心进行统一处理。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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