CN113852408A - 实现TtT通信模式的低轨卫星移动通信系统及实现方法 - Google Patents

实现TtT通信模式的低轨卫星移动通信系统及实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及卫星移动通信领域，公开一种实现TtT通信模式的低轨卫星移动通信系统及实现方法。涉及UPF的星地功能部署分配和SIP信令与数据的路径分流。主要通过对I‑UPF进行针对低轨卫星移动通信系统进行适应性修改，修改为S‑UPF(星载UPF)，部署在卫星载荷平台，PSA部署在地面信关站，SIP话音信令与话音数据分流处理，信令经S‑UPF通过馈电链路到地面PSA，出局到IP多媒体子系统(IMS)处理，数据经源S‑UPF通过星间链路到目的S‑UPF，到被叫终端。在本发明的基于5G体制的卫星移动通信系统中，采用5G lan功能架构，在信关站部署5GC控制面、PSA和IMS，增加S‑UPF间N9接口以及SIP话音信令与数据的分流功能，通过S‑UPF的功能实现TtT通信模式。本发明降低了一半通信时延，大大提高用户体验。

Description

实现TtT通信模式的低轨卫星移动通信系统及实现方法
技术领域
本发明涉及卫星移动通信领域，尤其涉及实现TtT通信模式的低轨卫星移动通信系统及实现方法。
背景技术
目前，国内在卫星移动通信系统应用方面，开展了大量的研究，卫星移动通信系统的建设工作迫在眉睫，很多关键技术亟待突破。在通信协议方面，参考地面成熟的移动通信协议体系是降低技术风险，加快开发进度的最佳实现途径。卫星移动通信系统与地面移动通信系统有很大的区别，卫星通信系统空口资源宝贵，传输时延大，如果采取标准的业务数据到核心网数据面集中处理转发，端到端一次数据通信需要星地两跳才能完成，也就是数据从源终端通过空口链路到达卫星基站，S-UPF通过馈电链路转发到地面PSA，PSA对数解析转发，再通过馈电链路发送到目的S-UPF，再由目的卫星基站通过空口链路发送到目的终端，链路时延为4倍空地传输时延，传输时延过大，用户体验不高。
发明内容
本发明的目的在于，为解决低轨卫星移动通信系统中业务通信传输时延长的问题，结合低轨卫星移动通信系统和地面移动通信系统的特点，提出了一种实现TtT通信模式的低轨卫星移动通信系统及实现方法。该系统中主要是改造I-UPF为S-UPF，增加S-UPF间N9接口和TtT业务分流功能，用来实现卫星终端间的单跳数据通信。
本发明采用的技术方案为：
一种实现TtT通信模式的低轨卫星移动通信系统，包括终端、卫星基站、S-UPF、5GC控制面、PSA和IMS；卫星基站和S-UPF部署在星上，5GC控制面、PSA和IMS部署在信关站；
终端，用于通过卫星基站向5GC控制面进行注册，完成入网，并与IMS交互话音信令；
卫星基站，用于建立终端与5GC控制面间的信令承载以及终端与S-UPF间的业务承载；
PSA，用于终端业务数据出局锚点；
S-UPF，用于建立与对端S-UPF间的N9接口隧道以及区分SIP话音信令与SIP话音数据；还用于接收卫星基站的业务数据，将SIP话音信令转发到PSA，将SIP话音数据转发到对端的S-UPF；
IMS，用于与终端交互话音信令；还用于发送主被叫终端信息到5GC控制面，通知5GC控制面建立TtT会话承载；
5GC控制面，用于接收终端的入网注册；还用于根据接收的主被叫终端信息，通知主被叫终端所归属的S-UPF建立N9接口隧道。
一种在低轨卫星移动通信系统中实现TtT通信的方法，包括以下步骤：
(1)终端通过卫星基站向5GC控制面进行注册，完成终端入网；
(2)主叫终端发起TtT话音呼叫，呼叫信令通过主叫终端与源S-UPF间的业务承载到达源S-UPF，源S-UPF通过对应N9接口馈电到PSA，出局到IMS；
(3)IMS重组被叫测呼叫信令，并通过PSA发送被叫测呼叫信令经目的S-UPF与被叫终端间的业务承载发送给被叫终端；
(4)IMS发送主被叫终端信息到5GC控制面，通知5GC控制面建立TtT会话承载；
(5)5GC控制面建立TtT会话承载后通知主叫终端和被叫终端所分别归属的S-UPF，两个S-UPF之间建立N9接口隧道；
(6)被叫终端与主叫终端通过IMS进行标准SIP信令交换，建立通话连接；
(7)主叫终端的SIP话音数据发送到源基站，源基站通过N3接口发送到源S-UPF，源S-UPF根据上下文，将从N3接口中取出的话音数据通过对应的N9接口隧道转发到目的S-UPF；
(8)目的S-UPF根据上下文，将从N9接口中取出的话音数据通过对应的N3接口下发到目标基站，目标基站发送给被叫终端。
本发明的有益效果在于：
1、本发明低轨卫星移动通信系统采用地面最先进的5G lan架构，基于5G移动通信体制，具备可扩展性和演进性，可根据实际需要与地面网络进行双网融合。
2、本发明卫星终端间实现端到端的单跳业务通信，业务数据不在落地处理，而是由星间链路直接转发，降低一半通信时延，大大提高用户体验。
附图说明
图1是本发明的应用场景示意图。
图2是本发明的通信流程示意图。
具体实施方式
为了实现本发明，提供了一个低轨卫星移动通信系统，包括卫星终端(UE)、卫星基站、S-UPF、PSA、5GC控制面、IP多媒体子系统(IMS)等设备。
UE是业务触发的起点和接收的终点；卫星基站可以实现卫星移动通信系统无线接入网部分的协议处理功能，在核心网和终端用户之间传输业务、信令和测试验证数据；S-UPF为星载中间UPF，为数据路由的处理中心；PSA为PDU会话转发锚点，为业务数据出局点；5GC控制面为UE入退网管理中心；IMS是用户面的呼叫会话处理中心和与PSTN的互通网关。以下结合附图1、2对本发明做进一步说明。
图1是本发明的应用场景示意图，图中示意了一种低轨卫星移动通信系统中基于5G lan的TtT通信模式实现方法。S-UPF实现业务数据的转发与TtT业务的分流，S-UPF将源终端的SIP话音信令馈电到地面PSA，然后出局到IMS进行解析，重组，重组后的目的测信令再经PSA，目的S-UPF，目的基站到达目的终端；将源终端的话音数据经星间链路路由到目的S-UPF，再经目的基站到达目的终端。
设计思路如下：
会话中的SIP话音信令与数据，在空口承载在不同的DRB中，在N3中对应不同的QoS流，S-UPF对不同QoS的业务数据进行分流转发，对于话音信令，则通过馈电链路转发到地面PSA；对于话音数据则通过星间链路转发到目的S-UPF。
具体实现为：
终端，用于通过卫星基站向5GC控制面进行注册，完成入网，并与IMS交互话音信令；
卫星基站，用于建立终端与5GC控制面间的信令承载以及终端与S-UPF间的业务承载；
PSA，用于终端业务数据出局锚点；
S-UPF，用于建立与对端S-UPF间的N9接口隧道以及区分SIP话音信令与SIP话音数据；还用于接收卫星基站的业务数据，将SIP话音信令转发到PSA，将SIP话音数据转发到对端的S-UPF；
IMS，用于与终端交互话音信令；还用于发送主被叫终端信息到5GC控制面，通知5GC控制面建立TtT会话承载；
5GC控制面，用于接收终端的入网注册；还用于根据接收的主被叫终端信息，通知主被叫终端所归属的S-UPF建立N9接口隧道。
图2是本发明的通信流程示意图。主要示意了话音TtT通信模式建立过程中，各网元(子系统)间的信令交互流程。
其主要步骤如下：
(1)终端通过卫星基站到信关站的5GC控制面通过5G标准流程进行注册，完成终端入网；
(2)如果终端处于空闲态，通过服务请求消息，发起会话建立流程，跳到步骤(3)；如果终端处于连接态，通过会话建立消息，发起会话建立流程，跳到步骤(5)；
(3)终端通过空口消息向卫星基站发送服务请求消息，卫星基站将服务请求消息封装在N2消息中，发送到信关站的5GC控制面；
(4)5GC控制面收到服务请求消息后，与终端进行双向鉴权和安全模式，并更新PDU会话的安全模式上下文，跳到步骤(7)；
(5)终端通过空口消息向卫星基站发送会话建立请求消息，卫星基站将会话建立请求消息封装在N2消息中，发送到信关站的5GC控制面；
(6)5GC控制面收到服务请求消息后，与终端进行双向鉴权和安全模式，并更新PDU会话的安全模式上下文；
(7)5GC控制面与PSA和S-UPF建立N4接口，通知用户面创建用户面上下文，卫星基站与S-UPF建立N3接口，S-UPF与PSA之间建立对应N9接口；
(8)主叫终端发起TtT话音呼叫，呼叫信令通过N3接口到达源S-UPF，源S-UPF通过对应N9接口，馈电到地面信关站的PSA，出局到IMS服务；
(9)IMS重组被叫测呼叫信令，并通过PSA发送被叫测呼叫信令经目的S-UPF与被叫终端间的业务承载发送给被叫终端；
(10)如果被叫不在线，IMS通知5GC控制面对其发起寻呼，跳到步骤(11)；如果被叫在线可达，IMS重组被叫测呼叫信令，跳到步骤(12)；
(11)如果寻呼到终端，终端通过网络侧发起的服务请求流程入网注册，建立会话，跳到步骤(13)；
(12)如果被叫未建立相应会话，终端通过网络侧发起的服务请求流程建立会话；
(13)IMS通过PSA发送被叫测呼叫信令到被叫；
(14)IMS发送主被叫终端信息到5GC控制面，通知5GC控制面建立TtT会话承载；
(15)5GC控制面建立TtT会话承载后通知主叫终端和被叫终端所分别归属的S-UPF，两个S-UPF之间建立N9接口隧道；
(16)被叫终端与主叫终端通过IMS进行标准SIP信令交换，建立通话连接；
(17)主叫终端的SIP话音数据发送到源基站，源基站通过N3接口发送到源S-UPF，源S-UPF根据上下文，将从N3接口中取出的话音数据通过对应的N9接口隧道转发到目的S-UPF；
(18)目的S-UPF根据上下文，将从N9接口中取出的话音数据通过对应的N3接口下发到目标基站，目标基站发送给被叫终端；
(19)反向被叫终端的SIP话音数据，由目的S-UPF通过相同路径发送到源S-UPF，再下发到源基站，发送给主叫终端；
(20)终端实现TtT话音通信模式。
本发明的上述各实例，独创了一种基于5G lan实现TtT通信模式的低轨卫星移动通信系统及TtT通信的方法，通信中话音信令与话音数据进行分流转发，借以实现卫星终端间的单跳TtT话音通信，降低了通信时延，提高了用户体验。

Claims (2)

1.一种实现TtT通信模式的低轨卫星移动通信系统，其特征在于，包括终端、卫星基站、S-UPF、5GC控制面、PSA和IMS；卫星基站和S-UPF部署在星上，5GC控制面、PSA和IMS部署在信关站；
终端，用于通过卫星基站向5GC控制面进行注册，完成入网，并与IMS交互话音信令；
卫星基站，用于建立终端与5GC控制面间的信令承载以及终端与S-UPF间的业务承载；
PSA，用于终端业务数据出局锚点；
S-UPF，用于建立与对端S-UPF间的N9接口隧道以及区分SIP话音信令与SIP话音数据；还用于接收卫星基站的业务数据，将SIP话音信令转发到PSA，将SIP话音数据转发到对端的S-UPF；
IMS，用于与终端交互话音信令；还用于发送主被叫终端信息到5GC控制面，通知5GC控制面建立TtT会话承载；
5GC控制面，用于接收终端的入网注册；还用于根据接收的主被叫终端信息，通知主被叫终端所归属的S-UPF建立N9接口隧道。
2.一种在低轨卫星移动通信系统中实现TtT通信的方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)终端通过卫星基站向5GC控制面进行注册，完成终端入网；
(2)主叫终端发起TtT话音呼叫，呼叫信令通过主叫终端与源S-UPF间的业务承载到达源S-UPF，源S-UPF通过对应N9接口馈电到PSA，出局到IMS；
(3)IMS重组被叫测呼叫信令，并通过PSA发送被叫测呼叫信令经目的S-UPF与被叫终端间的业务承载发送给被叫终端；
(4)IMS发送主被叫终端信息到5GC控制面，通知5GC控制面建立TtT会话承载；
(5)5GC控制面建立TtT会话承载后通知主叫终端和被叫终端所分别归属的S-UPF，两个S-UPF之间建立N9接口隧道；
(6)被叫终端与主叫终端通过IMS进行标准SIP信令交换，建立通话连接；
(7)主叫终端的SIP话音数据发送到源基站，源基站通过N3接口发送到源S-UPF，源S-UPF根据上下文，将从N3接口中取出的话音数据通过对应的N9接口隧道转发到目的S-UPF；
(8)目的S-UPF根据上下文，将从N9接口中取出的话音数据通过对应的N3接口下发到目标基站，目标基站发送给被叫终端。
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