CN114025399B - 低轨卫星切换控制方法、核心网设备、装置和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法、核心网、计算机装置和存储介质。在同一时间段，用户终端连接低轨卫星网络和地面网络融合的5G核心网，所述低轨卫星网络和所述地面网络中的一个网络作为用户终端连接的服务网络，用户终端可以在低轨卫星网络和地面网络之间进行切换。本发明通过获取用户终端发出的业务请求信息，所述业务请求携带地面基站的空口资源和卫星终端位置，根据卫星终端位置得到卫星终端覆盖范围内的低轨卫星，根据用户需求和实际情况对地面网络和低轨卫星网络进行合理切换，能够保证通信链路的稳定，使得资源得到合理化利用。本发明广泛应用于移动通信技术领域。

Description

低轨卫星切换控制方法、核心网设备、装置和存储介质

技术领域

本发明涉及移动通信技术领域，尤其是一种基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法、核心网、计算机装置和存储介质。

背景技术

随着5G通信技术的发展和低轨卫星网络的成熟，现在已经不再满足于单一使用地面网络和低轨卫星网络，地面网络和卫星网络基于5G核心网的融合网络系统提出建设，但由于低轨卫星系统的高速运动，会出现频繁的切换，如果切换不到合适的链路会导致通信中断或者通信延迟的大大增加，目前并没有对于低轨卫星切换的控制方法。

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基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法、核心网、计算机装置和存储介质。

一方面，本发明实施例包括一种基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法，在同一时间段，用户终端连接低轨卫星网络和地面网络融合的5G核心网，所述低轨卫星网络和所述地面网络中的一个网络作为用户终端连接的服务网络，用户终端可以在低轨卫星网络和地面网络之间进行切换，其特征在于，所述基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法包括：

获取用户终端发出的业务请求，所述业务请求携带地面基站的空口资源和卫星终端位置信息；

根据所述地面基站的空口资源和卫星终端位置信息，得到卫星终端覆盖范围内的至少一颗低轨卫星以及所述低轨卫星的位置；

根据所述地面基站和低轨卫星确定连接的服务网络。

进一步地，所述根据所述地面基站和低轨卫星确定连接的服务网络这一步骤包括：

识别第一时刻用户终端连接的网络类型；

根据所述地面基站和低轨卫星的情况，得到第一时刻用户终端连接低轨卫星网络的信号质量和第一时刻用户终端连接地面网络的信号质量；

当第一时刻用户终端连接的网络为地面网络，且用户终端连接地面网络的信号质量大于连接低轨卫星网络的信号质量，继续连接地面网络进行通信；

当第一时刻用户终端连接的网络为地面网络，且用户终端连接地面网络的信号质量小于连接低轨卫星网络的信号质量，切换成低轨卫星网络进行通信；

当第一时刻用户终端连接的网络为低轨卫星网络，且用户终端连接地面网络的信号质量大于连接低轨卫星网络的信号质量，切换成地面网络进行通信；

当第一时刻用户终端连接的网络为低轨卫星网络，且用户终端连接地面网络的信号质量小于连接低轨卫星网络的信号质量，继续连接低轨卫星网络进行通信。

进一步地，所述的一种基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法还包括：

获取地面基站信息，所述地面基站信息包括基站ID、用户数和信道占用率；

获取所述计算出卫星终端覆盖范围内的至少一颗低轨卫星的卫星信息，所述卫星信息包括卫星ID、卫星时间戳、卫星位置和卫星速度；

根据所述地面基站信息和所述卫星信息，对所述地面基站以及低轨卫星第二时刻的忙闲状态进行预测；

根据预测得到的第二时刻所述地面基站以及低轨卫星的忙闲状态，确定第二时刻接入的服务网络。

进一步地，所述的一种基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法还包括：

根据所述第二时刻接入的服务网络，对第二时刻用户终端接入的服务网络进行切片信息匹配；

当第二时刻接入的服务网络与第一时刻连接的服务网络相同时，保持通信；

当第二时刻接入的服务网络与第一时刻连接的服务网络不同时，向5G核心网发送NAS 消息，发起Xn切换，切换成所述第二时刻接入的服务网络。

进一步地，所述的一种基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法还包括：

当接入服务网络为低轨卫星网络时，在卫星终端覆盖范围内的多颗低轨卫星内搜索出目标卫星；所述目标卫星是能与所述用户终端保持有效通信的低轨卫星；

将所述用户终端接入所述目标卫星。

进一步地，所述根据预测得到的第二时刻所述地面基站以及低轨卫星的忙闲状态，确定第二时刻接入的服务网络这一步骤包括：

当所述第二时刻地面基站的业务量到达饱和状态时，接入低轨卫星网络；

当所述第二时刻低轨卫星的业务量到达饱和状态时，接入地面网络。

进一步地，由5G移动接入管理网元AMF执行所述服务网络的接入和切换。

另一方面，本发明实施例还包括一种5G核心网，其特征在于，所述核心网用于执行实施例中的低轨卫星切换控制方法。

另一方面，本发明实施例还包括一种计算机装置，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实施例中的低轨卫星切换控制方法。

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，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实施例中的低轨卫星切换控制方法。

本发明的有益效果是：实施例中的低轨卫星切换控制方法，通过获取业务请求信息，计算出低轨卫星位置，根据低轨卫星和地面基站对地面网络和低轨卫星网络进行切换，保证了通信链路的稳定性，在用户通信时可以选择信号质量最好的网络进行接入，大大降低了时延，增加了通信质量。

附图说明

图1为基于5G核心网的地面网络和低轨卫星网络融合的系统示意图；

图2为基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法的流程图。

具体实施方式

本实施例中，基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法应用于如图1所示的地面网络和低轨卫星网络融合的通信网络系统。参照图1，通信网络系统包括地面网络、低轨卫星网络、 5G核心网、卫星终端和用户终端。为保持图1的简洁性，只显示出了地面网络中的各个基站，未示出地面移动网络中的服务器和光纤网络等其他组成部分，同理图1中只示出了低轨卫星网络的低轨卫星和卫星终端，未显示出低轨卫星网络的其他组成部分。5G核心网主要包括接入管理网元,接入管理网元可以是AMF网元。用户终端不局限于手机终端，还可以是电脑、平板电子终端。在同一时间端，用户终端可以接入地面网络，也可以接入低轨卫星网络，用户终端可以在低轨卫星网络和地面网络之间进行切换。

本实施例提供一种基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法，由于低轨卫星系统高速运动需要频繁的切换，所以需要对地面网络和低轨卫星网络进行合理的切换保障通信链路，提高信号质量，降低延迟。如图2所示的基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法的流程图包括：

S101.获取用户终端发出的业务请求，所述业务请求携带地面基站的空口资源和卫星终端位置信息。用户终端在连接入地面网络和低轨卫星网络融合的通信网络系统后，为保证通信质量，在每次用户终端发送业务请求后，5G核心网都需要对该业务请求进行处理，这样可以实时的根据每次业务请求的数据对模型进行更新。在整个通信网络系统中，虽然为了保证通信质量，需要在低轨卫星网络和地面网络之间进行切换，但当接入低轨卫星网络和地面网络时，信息和资源的传递并不是完全独立的，用户终端可以获取到低轨卫星网络和地面网络的共享资源，比如整个网络中地面基站的空口资源和卫星终端的位置信息。地面基站与卫星终端之间存在着资源和数据的流通，当用户终端连接地面网络时，用户终端不仅可以获取地面基站的数据，还可以获取与地面基站连接的卫星终端的数据；当用户终端连接低轨卫星网络时，用户终端不仅可以获取卫星终端的数据，还可以获取与卫星终端连接的地面基站的数据。地面基站、低轨卫星和卫星终端在5G核心网中实现着一定数据资源的相互流通。当用户终端每次发出请求时，其业务请求携带有地面基站的空口资源和卫星终端的位置。

S102.根据所述地面基站的空口资源和卫星终端位置信息，得到卫星终端覆盖范围内至少一颗低轨卫星以及所述低轨卫星的位置。业务请求到达5G核心网接入管理网元，AMF会根据卫星终端的位置计算出卫星终端覆盖范围内的低轨卫星，其数量至少为一个，也可以为多个。可以根据得到的低轨卫星的星历数据计算出卫星的相关信息，其中包括卫星ID、时间戳、卫星位置和速度。根据地面基站的资源得到地面基站的ID、用户数以及各个信道的占用率。

S103.根据所述地面基站和低轨卫星确定连接的服务网络。5G核心网可以对用户终端连接低轨卫星网络和地面网络进行判断，识别第一时刻用户终端连接的网络类型；根据所述地面基站和低轨卫星的情况，得到第一时刻用户终端连接低轨卫星网络的信号质量和第一时刻用户终端连接地面网络的信号质量；当第一时刻用户终端连接的网络为地面网络，且用户终端连接地面网络的信号质量大于连接低轨卫星网络的信号质量，继续连接地面网络进行通信；当第一时刻用户终端连接的网络为地面网络，且用户终端连接地面网络的信号质量小于连接低轨卫星网络的信号质量，切换成低轨卫星网络进行通信；当第一时刻用户终端连接的网络为低轨卫星网络，且用户终端连接地面网络的信号质量大于连接低轨卫星网络的信号质量，切换成地面网络进行通信。当用户首次接入到此融合网络时，AMF对其连接服务网络的信号质量进行计算，当低轨卫星网络信号质量大于地面卫星信号质量时，将用户终端连接入低轨卫星网络，否则连接入地面网络。信号质量包括很多因素，如传输速度、信号时延等，可以根据具体情况去选择接入的服务网络，比如用户终端发出的业务请求对时延的要求不高，可以选择低轨卫星网络进行接入，或者所在基站的业务量到达饱和状态，需要接入低轨卫星网络。其目的是保证稳定的链路通信，提高资源传输效率。

在本实施例中的低轨卫星切换分成两个方面，一方面是在低轨卫星网络和地面网络之间进行切换，根据地面基站信息和低轨卫星信息，对地面基站以及低轨卫星第二时刻的忙闲状态进行预测，根据预测得到的第二时刻所述地面基站以及低轨卫星的忙闲状态，确定第二时刻接入服务网络，当第二时刻地面基站的业务量到达饱和状态，且在第二时刻地面基站的信号质量小于第二时刻低轨卫星的信号质量时，确定第二时刻接入低轨卫星网络；当第二时低轨卫星的业务量到达饱和状态，且在第二时刻地面基站的信号质量大于第二时刻低轨卫星的信号质量时，确定第二时刻接入地面网络。对第二时刻用户终端接入的服务网络进行切片信息匹配，当第二时刻接入的服务网络与第一时刻连接的服务网络相同时保持通信；当第二时刻接入的服务网络与第一时刻连接的服务网络不同时，向5G核心网发送NAS消息，发起 Xn切换，将此时的服务网络切换为第二时刻确定连接的服务网络，这时在低轨卫星网络和地面网络之间进行切换的。地面网络具有信号稳定，时延性低的特点，但需要依靠地面基站，在一些情况下不能保证信号质量，比如沙漠、停电等情况；低轨卫星网络具有覆盖范围大的特定，但时延性高，而且由于低轨卫星的高速移动需要进行频繁的切换，所以为了保障稳定的链路通信，应该在低轨卫星网络和地面网络之间进行切换，产生互补的效果，提高链路的稳定性。

另一方面，在低轨卫星网络和地面网络中确定服务网络之后，可以分两种情况对网络进行切换管理。当连接低轨卫星网络时，此时的低轨卫星网络是卫星终端覆盖范围内的多颗低轨卫星构成的网络，由于低轨卫星信息包括卫星ID、时间戳、卫星位置和卫星速度，为了保证信号质量应该在这些低轨卫星中搜索出能够和用户终端保持有效通信的低轨卫星，将用户接入该低轨卫星中，向选择好的低轨卫星发送UPF用户面的IP地址和TEID，对低轨卫星进行合理分配，提高信号质量；当连接地面网络时，目前存在地面网络中保持稳定通信的地面基站的切换方法，属于现有技术，因此在此并不做详细的说明。

本实施例中，通过在图1所述的低轨卫星网络和地面网络融合的通信网络系统中，执行图2所述的低轨卫星的切换控制方法，5G核心网实现了对地面基站和低轨卫星之间的切换，提供最好的传输链路来达到访问数据网络的目的，使得通信资源得到合理化利用。避免了盲目的进行拥塞控制，可以应用于卫星移动通信领域和下行数据转发过程的寻呼移动性管理。

可以根据本实施例中的低轨卫星切换控制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低轨卫星切换控制方法，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 (9)

1.一种基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法，在同一时间段，用户终端连接低轨卫星网络和地面网络融合的5G核心网，所述低轨卫星网络和所述地面网络中的一个网络作为用户终端连接的服务网络，用户终端可以在低轨卫星网络和地面网络之间进行切换，其特征在于，所述基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法包括：

获取用户终端发出的业务请求，所述业务请求携带地面基站的空口资源和卫星终端位置信息；

根据所述地面基站的空口资源和卫星终端位置信息，得到卫星终端覆盖范围内的至少一颗低轨卫星以及所述低轨卫星的位置；

根据所述地面基站和低轨卫星确定连接的服务网络；

所述根据所述地面基站和低轨卫星确定连接的服务网络这一步骤包括：

获取地面基站信息，所述地面基站信息包括基站ID、用户数和信道占用率；

获取所述得到卫星终端覆盖范围内的至少一颗低轨卫星的卫星信息，所述卫星信息包括卫星ID、卫星时间戳、卫星位置和卫星速度；

根据所述地面基站信息和所述卫星信息，对所述地面基站以及低轨卫星第二时刻的忙闲状态进行预测；

根据预测得到的第二时刻所述地面基站以及低轨卫星的忙闲状态，确定第二时刻接入的服务网络；

当第二时刻地面基站的业务量到达饱和状态，且在第二时刻地面基站的信号质量小于第二时刻低轨卫星的信号质量时，确定第二时刻接入低轨卫星网络；

当第二时低轨卫星的业务量到达饱和状态，且在第二时刻地面基站的信号质量大于第二时刻低轨卫星的信号质量时，确定第二时刻接入地面网络。

2.根据权利要求1所述的一种基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法，其特征在于，所述根据所述地面基站和低轨卫星确定连接的服务网络这一步骤还包括：

识别第一时刻用户终端连接的网络类型；

根据所述地面基站和低轨卫星的情况，得到第一时刻用户终端连接低轨卫星网络的信号质量和第一时刻用户终端连接地面网络的信号质量；

当第一时刻用户终端连接的网络为地面网络，且用户终端连接地面网络的信号质量大于连接低轨卫星网络的信号质量，继续连接地面网络进行通信；

当第一时刻用户终端连接的网络为地面网络，且用户终端连接地面网络的信号质量小于连接低轨卫星网络的信号质量，切换成低轨卫星网络进行通信；

当第一时刻用户终端连接的网络为低轨卫星网络，且用户终端连接地面网络的信号质量大于连接低轨卫星网络的信号质量，切换成地面网络进行通信；

当第一时刻用户终端连接的网络为低轨卫星网络，且用户终端连接地面网络的信号质量小于连接低轨卫星网络的信号质量，继续连接低轨卫星网络进行通信。

3.根据权利要求1所述的一种基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法，其特征在于，还包括：

根据所述第二时刻接入的服务网络，对第二时刻用户终端接入的服务网络进行切片信息匹配；

当第二时刻接入的服务网络与第一时刻连接的服务网络相同时，保持通信；

当第二时刻接入的服务网络与第一时刻连接的服务网络不同时，向5G核心网发送NAS消息，发起Xn切换，切换成所述第二时刻接入的服务网络。

4.根据权利要求3所述的一种基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法，其特征在于，还包括：

当接入服务网络为低轨卫星网络时，在卫星终端覆盖范围内的多颗低轨卫星内搜索出目标卫星；所述目标卫星是能与所述用户终端保持有效通信的低轨卫星；

将所述用户终端接入所述目标卫星。

5.根据权利要求1所述的一种基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法，其特征在于，所述根据预测得到的第二时刻所述地面基站以及低轨卫星的忙闲状态，确定第二时刻接入的服务网络这一步骤包括：

当所述第二时刻地面基站的业务量到达饱和状态时，接入低轨卫星网络；

当所述第二时刻低轨卫星的业务量到达饱和状态时，接入地面网络。

6.根据权利要求1至5中任意一项所述的一种基于5G核心网的低轨卫星切换控制方法，其特征在于，由5G移动接入管理网元AMF执行所述服务网络的接入和切换。

7.一种5G核心网设备，其特征在于，所述核心网设备用于执行如权利要求1-5任一项所述的低轨卫星切换控制方法。

8.一种计算机装置，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1-5任一项所述方法。

9.一种计算机可读存储介质，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1-5任一项所述方法。

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