CN114786221B - 面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法和装置 - Google Patents

面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法和装置 Download PDF

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Abstract

本申请提出一种面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法,涉及无线网络移动性管理技术领域,该方法包括:周期性对用户终端进行分簇,之后根据用户簇头位置和卫星星历信息,周期计算当前链路剩余时间;若剩余时间达到阈值,在簇头端通过上行控制信道向当前地面接入基站上报切换事件,在基站端收到事件后从其他链路中筛选出可行链路集合;计算从当前链路切换到可行链路所需的切换时延,筛选出切换时延小于剩余时间的链路构成候选链路集合,并对候选链路进行基于多决策指标的量化评价,选择量化值最大的链路作为目标切换链路;根据目标切换链路执行切换过程。采用上述方案的本申请在尽可能保证用户终端业务连续性的基础上降低切换次数和切换开销。

Description

面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法和装置
技术领域
本申请涉及无线网络移动性管理技术领域,尤其涉及面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法和装置。
背景技术
如图1所示,在3GPP提出的卫星搭载透明载荷的非地面网络中,用户终端和非同步卫星相连(对应的通信链路称为用户链路),卫星与地面信关站相连(对应的通信链路称为馈电链路),信关站与地面基站相连,之后基站再接入核心网。当卫星采用低轨星时,随着卫星相对地面快速运动,其覆盖区域在不断变化。当用户终端离开当前卫星覆盖区域时,需要切换到另一颗卫星获得服务,该操作称为用户链路切换;当卫星所属的地面信关站发生变化时,需要对馈电链路进行切换。然而,无论是服务链路切换还是馈电链路切换,均可能进一步导致用户终端在基站间的切换。鉴于图1网络中切换场景的复杂性,需设计合适的切换机制降低切换开销和切换时延并尽可能保证用户终端的业务连续性。
切换机制的设计包含两方面,一是切换决策的触发条件,二是切换策略。在传统地面移动通信网络中,切换的触发条件以及切换决策的制定均基于用户终端侧的无线测量结果,例如参考信号接收强度,然而,对于通过卫星提供小区覆盖的场景,随着用户终端距离小区中心点距离的改变,基站的信号强度变化趋势不显著,给切换触发条件的设定带来了难度。在切换决策方面,现有研究大多基于最大仰角、最强信号强度以及最长覆盖时间等单一指标进行目标切换卫星的选择,忽略了非地面网络切换场景的复杂性,容易导致大量的基站间切换以及用户群切换,增加了网络信令开销和切换时延。
发明内容
本申请旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此,本申请的第一个目的在于提出一种面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法,解决了现有方法中切换触发条件设定困难,忽略了非地面网络切换场景的复杂性,容易导致大量的基站间切换以及用户群切换,增加了网络信令开销和切换时延的技术问题,实现了在尽可能保证用户终端业务连续性的基础上降低切换次数和切换开销的效果。
本申请的第二个目的在于提出一种面向基于非同步卫星的非地面网络切换装置。
本申请的第三个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
为达上述目的,本申请第一方面实施例提出了一种面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法,包括:周期性对用户终端进行分簇,之后根据用户簇头的位置和卫星星历信息,周期计算当前链路剩余时间,其中,用户簇头指用户簇内距离各用户平均位置最近的用户终端;若当前链路剩余时间达到阈值,在用户簇头端通过上行控制信道(PhysicalUplink Control Channel,PUCCH)向当前地面接入基站上报切换事件,在基站端收到事件信息后从其他链路中筛选出可行链路集合;计算从当前链路切换到可行链路集合中各链路所需的切换时延,筛选出切换时延小于用户簇当前链路剩余时间的链路,构成候选链路集合,若候选链路有多条,则对每条候选链路进行基于多决策指标的量化评价,选择量化值最大的链路作为目标切换链路;根据选择的目标切换链路执行切换过程。
本申请实施例的面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法,通过基于星历和用户终端位置信息触发预切换流程并利用多属性判决选择最佳链路,在选择最佳链路时联合考虑了用户链路和馈电链路存续时间以及基于Xn和NG接口的基站间切换的信令开销,最终在尽可能保证用户终端业务连续性的基础上降低切换次数和切换开销。
可选地,在本申请的一个实施例中,对用户终端进行分簇,包括:
基于用户终端周期性上报的地理位置信息、根据分簇原则对用户终端进行分簇,其中,分簇原则包括:同一簇内所有用户终端的地理位置的距离在一个预设范围内,且所有用户终端都位于当前服务小区内。
可选地,在本申请的一个实施例中,卫星星历信息由用户簇从卫星周期性广播的基站同步信号块中获取,卫星星历信息包含卫星在不同时间下的位置坐标;
当前链路表示当前时刻下,由用户簇-卫星-信关站-基站构成的完整通信链路;
当前链路剩余时间为当前链路包含的用户簇-卫星-信关站间无线链路的剩余持续时间,根据用户簇和卫星之间的服务链路存续时间、馈电链路存续时间计算得到当前链路剩余时间。
可选地,在本申请的一个实施例中,可行链路集合中的每条链路满足用户簇和信关站同时在同一卫星覆盖范围内,且同时卫星拥有空闲信道的条件。
可选地,在本申请的一个实施例中,计算从当前链路切换到可行链路集合中各链路所需的切换时延,包括:
根据切换流程,计算用户簇、卫星、信关站以及基站和接入和移动性管理功能(Access and Mobility Management Function,AMF)各个实体间的信令交互次数以及对应的交互时延,累加之后得到切换时延。
可选地,在本申请的一个实施例中,基于多决策指标的量化评价,包括:
将符合要求的各链路的属性值分别进行标准化处理,获得属性标准化矩阵,其中,属性值包括:链路剩余时间、用户簇头的卫星仰角、卫星空闲信道数以及链路切换时延;
采用熵值法确定每个属性的权值;
根据属性标准化矩阵和每个属性的权值计算每个链路的量化值。
可选地,在本申请的一个实施例中,根据切换场景的不同,对应不同的切换过程,其中,切换场景包括:
目标切换链路与当前链路的卫星不同;
目标切换链路与当前链路的信关站不同;
目标切换链路与当前链路的卫星、信关站不同;
目标切换链路与当前链路的信关站、基站不同;
目标切换链路与当前链路的卫星、信关站、基站不同。
为达上述目的,本发明第二方面实施例提出了一种面向基于非同步卫星的非地面网络切换装置,包括计算模块、触发模块、第一筛选模块、第二筛选模块、量化模块、切换模块,其中,
计算模块,用于周期性对用户终端进行分簇,之后根据用户簇头的位置和卫星星历信息,周期计算当前链路剩余时间,其中,用户簇头指用户簇内距离各用户终端平均位置最近的用户终端;
触发模块,用于在当前链路剩余时间达到阈值时,在用户簇头端通过上行控制信道向当前地面接入基站上报切换事件;
第一筛选模块,用于在基站端收到事件信息后从其他链路中筛选出可行链路集合;
第二筛选模块,用于计算从当前链路切换到可行链路集合中各链路所需的切换时延,筛选出切换时延小于用户簇当前链路剩余时间的链路,构成候选链路集合,若候选链路有多条,则调用量化模块对每条候选链路进行基于多决策指标的量化评价,选择量化值最大的链路作为目标切换链路;
切换模块,用于根据选择的目标切换链路执行切换过程。
为了实现上述目的,本发明第三方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质,当所述存储介质中的指令由处理器被执行时,能够执行上述面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法。
本申请附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出,部分将从下面的描述中变得明显,或通过本申请的实践了解到。
附图说明
本申请上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,其中:
图1为本申请实施例的系统架构图;
图2为本申请实施例一所提供的一种面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法的流程示意图;
图3为本申请实施例的参考点与星下点的几何关系图;
图4为本申请实施例的参考点位于卫星覆盖区域边界图;
图5为本申请实施例的参考点与星下点轨迹平面的几何关系图;
图6为本申请实施例提供的一种面向基于非同步卫星的非地面网络切换装置的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本申请的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本申请,而不能理解为对本申请的限制。
下面参考附图描述本申请实施例的面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法和装置。
图2为本申请实施例一所提供的一种面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法的流程示意图。
如图2所示,该面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法包括以下步骤:
步骤201,周期性对用户终端进行分簇,之后根据用户簇头的位置和卫星星历信息,周期计算当前链路剩余时间,其中,用户簇头指用户簇内距离各用户终端平均位置最近的用户终端;
步骤202,若当前链路剩余时间达到阈值,在用户簇头端通过上行控制信道向当前地面接入基站上报切换事件,在基站端收到事件信息后从其他链路中筛选出可行链路集合;
步骤203,计算从当前链路切换到可行链路集合中各链路所需的切换时延,筛选出切换时延小于用户簇当前链路剩余时间的链路,构成候选链路集合,若候选链路有多条,则对每条候选链路进行基于多决策指标的量化评价,选择量化值最大的链路作为目标切换链路;
步骤204,根据选择的目标切换链路执行切换过程。
本申请实施例的面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法,通过基于星历和用户终端位置信息触发预切换流程并利用多属性判决选择最佳链路,在选择最佳链路时联合考虑了用户链路和馈电链路存续时间以及基于Xn和NG接口的基站间切换的信令开销,最终在尽可能保证用户终端业务连续性的基础上降低切换次数和切换开销。
可选地,在本申请的一个实施例中,以周期Γ·τ对用户终端进行分簇,分簇指,网络基于用户终端周期性上报的地理位置信息对用户终端进行分组,分簇方法可采用基于K-means的方法等。分簇原则需使得同一簇内所有用户终端距离相近,且都位于当前服务小区内。其中,用户终端地理位置可通过下行信号频偏进行估计或由全球导航卫星系统(GlobalNavigation Satellite System,GNSS)获得。
可选地,在本申请的一个实施例中,簇头指用户簇内距离各用户终端平均位置最近的用户终端,本申请以用户簇为最小切换单元,同一簇内用户终端的切换触发判断均基于簇头信息,卫星星历信息由用户簇从卫星周期性广播的基站同步信号块(Synchronization Signal Block,SSB)中获取,该信息包含卫星在不同时间下的位置坐标;
链路指由用户簇-卫星-信关站-基站构成的完整通信链路,定义用户簇的集合为卫星的集合为/>信关站的集合为/>基站的集合为/>所有链路集合定义为/> 表示当前时刻,用户簇u通过卫星s0和信关站g0接入基站n0
当前链路剩余时间指包含的用户簇-卫星-信关站间无线链路的剩余持续时间,该时间计算既要考虑用户簇和卫星之间服务链路的存续时间,又要考虑馈电链路的存续时间。服务/馈电链路的存续时间,即卫星对用户簇和信关站的剩余覆盖时间的计算方法可参照基本非同步卫星参数计算方法,卫星对用户簇的剩余覆盖时间近似为卫星对其簇头的剩余覆盖时间。
可选地,在本申请的一个实施例中,若当前链路剩余时间达到阙值δ,用户簇头通过上行控制信道PUCCH向当前服务基站上报切换事件,基站收到事件信息后从其它链路中筛选出可行链路集合/>
上述阙值可由基站灵活配置,可通过物理下行共享信道(Physical DownlinkShared Channel,PDSCH)下发给用户,
其他链路集合定义为
可行链路集合定义为
其中,θu,s表示用户簇头到卫星的仰角,θg,s表示信关站到卫星的仰角,用户簇头和信关站到卫星的仰角的计算方法见基本非同步卫星参数计算方法,θ0为最小可视仰角,cs表示卫星的空闲信道数。该定义表明集合中的每条链路满足用户簇和信关站同时在同一卫星覆盖范围内,同时卫星拥有空闲信道。
可选地,在本申请的一个实施例中,在筛选出可行链路集合的基础上,基站计算从当前链路切换到集合/>中各链路所需的切换时延,筛选出切换总时延小于用户簇当前链路剩余时间的链路,构成候选链路集合/>若包含多条链路,则对每条链路进行基于多决策指标的量化评价,选择量化值最大的链路作为目标切换链路/>
上述切换时延需根据具体的切换流程,计算用户簇、卫星、信关站以及基站和AMF各个实体间的信令交互次数以及对应的交互时延,累加之后得到切换总时延D:
其中,表示从源链路/>切换到链路/>(用户簇u通过目标卫星s′和信关站g′接入基站n′)所需的切换时延。du,s,du,s′,ds,g,ds′,g′,dg,n,dg,g′,dg′,n′,dn,n′,dnn′,AMF分别代表用户簇-源卫星,用户簇-目标卫星,源卫星-源信关站,目标卫星-目标信关站,源信关站-源基站,源信关站-目标信关站,目标信关站到目标基站,源基站-目标基站,基站-核心网之间的信令交互时延。相应的,Λn(n=1,2,…,9)分别对应上述实体之间的信令交互次数。
可选地,在本申请的一个实施例中,基于多决策指标的量化评价方法,包括F种判决属性,包括但不限于链路剩余时间、用户簇头的卫星仰角、卫星空闲信道数以及链路切换时延。所述多决策指标量化,可通过如下步骤完成:
1)标准化处理
将符合要求的各链路的F个属性值分别进行标准化处理,对于第f个属性值:
其中,K为候选链路集合中链路的数量,/>表示第k条链路的第f个属性值。
通过标准化处理方法可获得属性标准化矩阵:
2)计算属性权值
设第f个属性的权值为εf,采用熵值法确定指标权值,首先根据标准化决策矩阵计算第f个属性的熵值:
其中
接着计算第f个属性的差异系数:
最后确定第f个属性的权值为权值向量为ε=(ε12,…,εF)T
3)计算链路综合量化值
第k条链路的综合量化值为:
4)确定目标切换链路
选取Q值最大的链路——第k*条链路为目标切换链路。
可选地,在本申请的一个实施例中,基站确定目标切换链路后,执行切换过程。根据切换场景的不同,对应不同的切换过程,将切换场景定义为/>指从源链路/>切换到目标链路/>根据源卫星、源信关站和源基站与目标卫星、目标信关站和目标基站的异同,对应的切换流程设计如下:
1)场景目标切换链路与当前链路的卫星不同;
切换场景:当用户簇离开源卫星s覆盖区域时,用户簇与源卫星之间的用户链路断开,并与目标卫星s*建立新的用户链路。源卫星和目标卫星连接相同信关站,接入同一基站。
切换流程:基站n通过卫星s下发切换命令给用户簇u中的所有用户终端,下发信息包含目标小区的随机接入资源配置和目标小区无线网络临时标识。用户簇内的用户终端收到切换命令后,根据切换命令中的配置信息向卫星s*发起随机接入。
2)场景目标切换链路与当前链路的信关站不同;
切换场景:用户簇u由卫星s服务,卫星接入的信关站发生改变,但源信关站g和目标信关站g*接入同一基站。
切换流程:基站向源信关站下发切换命令,其中包含目标信关站的信息。源信关站收到后,与目标信关站进行移动应用部分(Mobile Application Part,MAP)消息的交互,完成卫星与信关站之间馈电链路的无缝软切换,具体可参照现有卫星通信系统中馈电链路切换流程。同时,基站改变数据路径至目标信关站g*
3)场景目标切换链路与当前链路的卫星、信关站不同;
切换场景:用户簇u接入的卫星发生改变,且源卫星s和目标卫星s*接入的信关站不同,但卫星s接入的信关站g和卫星s*接入的信关站g*均与同一基站相连。
切换流程:若用户簇所在区域已存在基站n通过卫星s*创建的小区,则基站n通过信关站g和卫星s向用户簇u下发切换命令,告知该小区接入信息,否则通过卫星s*创建新的小区,并将小区接入信息下发。用户簇内用户终端收到信息后向目标小区发起随机接入,接入成功后,基站将用户簇内用户终端的数据转发路径切换至信关站g*
4)场景目标切换链路与当前链路的信关站、基站不同;
切换场景:用户簇u由卫星s服务,卫星接入的信关站发生改变,且源信关站g和目标信关站g*连接的基站不同。
切换流程:若源基站n和目标基站n*间可直接交互信令,则源基站n通过Xn接口向目标基站n*发送切换请求,目标基站n*进行接纳控制。若用户簇所在区域已存在基站n*通过卫星s创建的小区,则基站n*向基站n发送切换请求应答消息(ACK),包含目标小区接入信息,否则基站n*通过卫星s创建新的小区,并将小区接入信息反馈给基站n。源基站收到反馈后,通过源信关站g和卫星s向用户簇下发切换命令,告知其目标小区的接入信息。用户簇内用户终端收到信息后向目标小区发起随机接入,接入成功后,目标基站n*向AMF发送路径转换请求,AMF向用户面功能(User Plane Function,UPF)发送用户平面更新请求消息,随后UPF将下行数据路径切换到目标基站。UPF向源基站发送“结束标识”使其释放资源。UPF向AMF发送用户平面更新响应消息,AMF向基站n*发送路径转换应答消息(ACK)。目标基站收到AMF反馈的路径转换ACK消息后,向源基站发送终端上下文释放消息,使其释放终端上下文。
5)场景目标切换链路与当前链路的卫星、信关站、基站不同;
切换场景:用户簇接入的卫星发生改变,源卫星s和目标卫星s*接入的信关站不同,且源信关站和目标信关站g*连接的基站不同。
切换流程:若源基站n和目标基站n*之间没有Xn连接,无法直接交互信令,基站间切换为NG切换。源基站n通过NG接口向AMF发起切换准备,AMF向目标基站n*发送切换请求,目标基站n*进行接纳控制。若用户簇所在区域已存在基站n*通过卫星s*创建的小区,则基站n*向AMF发送ACK,包含目标小区接入信息,否则基站n*通过卫星s*创建新的小区,并将小区信息反馈给AMF。AMF收到反馈后,向源基站n发送切换命令,基站n再通过信关站g和卫星s向用户簇下发切换命令,告知其目标小区的接入信息。用户簇内用户终端收到信息后向目标小区发起随机接入,接入成功后,目标基站n*向AMF发送路径转换请求,AMF向UPF发送用户平面更新请求消息,然后UPF转换下行数据路径到基站n*。UPF向AMF发送用户平面更新响应消息,AMF向基站n*发送路径转换应答消息(ACK)。同时,AMF向源基站发送终端上下文释放消息,使其释放终端上下文。
为了方便表示卫星对用户簇或信关站的剩余覆盖时间以及链路剩余时间,设置参考点来表示地面用户簇头或信关站。本申请所需的基本非同步卫星参数计算方法:
(1)地心角α
α=cos-1(sinσssinσu+cosσscosσucos(ρus))
σs、ρs分别代表星下点位置的纬度和经度,σu、ρu分别代表参考点所在位置的纬度和经度。
(2)卫星仰角θ
h为卫星轨道高度。Re为地球半径,取值6378km。
(3)卫星速度
在地心地固坐标系中有:
ω≈ωse·cosi
其中,ωs和ωE分别是卫星和地球在地心惯性坐标系中的角速度,ωe≈7.29×10-5(rad/s)。
开普勒常量μ=398,600km3/s2、R=Re+h。
(4)卫星覆盖时间
卫星在地面的覆盖区域是球冠形状,在球冠覆盖区域的边界是最小可视仰角对应的边界。卫星星下点在地面的轨迹是覆盖区域的最长弧长,即星下点轨迹。相对于卫星的运动,参考点在卫星覆盖区域内的轨迹,称为参考点轨迹。
在卫星覆盖区域内,当卫星仰角大于等于最小可视仰角θ0,参考点与卫星处于可建立通信连接的状态。t=0时,参考点U处于与卫星S的第一次最小可视仰角;t=T时,参考点R处于与卫星的第二次最小仰角,T是卫星最长覆盖时间。
如图3所示,X是卫星星下点,R是参考点,H是星下点轨迹上距离参考点最近的点。
假定参考点处于卫星覆盖区域的边界。β0指的是t=0时,参考点在卫星最小可视仰角处XR之间的地表距离弧度。γt表示HX之间的地表距离弧度,2·γt表示参考点轨迹的距离弧度大小,对应最长覆盖时间。βmin表示星下点轨迹与参考点轨迹之间的地表距离弧度。由球面直角三角形和球面余弦定理可得:
cosγt=cosβ0/cosβmin
当参考点处于卫星最小可视仰角,如图4,N是SR线上距离地心O最近的点。卫星覆盖区域半径对应的弧度为:
为了获得星下点轨迹与参考点轨迹之间的地表距离弧度βmin,如图5,可借助星下点轨迹平面与参考点的几何关系。
1)数组记录卫星的经纬度和高度信息,获得卫星星下点的经纬度和高度坐标X(σss,0)和参考点的经纬度R(σuu,hu)。
2)在空间直角坐标系中三点可确定一个平面。选择三个卫星星下点坐标数据以及参考点的坐标数据R(σuu,hu),并将其经纬度和高度坐标数据转化为地心地固坐标系,得到卫星星下点的坐标Xi(xi,yi,zi){i=1,2,3}和参考点坐标R(xu,yu,zu)。
其中地球半长轴长a=63781370,偏心率e=8.1819190842622×10-2
3)根据三点确定平面方程,有如下关系式:
Ax+By+Cz=D
由此可以获得星下点轨迹的平面方程。
4)如图5,根据点到面的距离公式以及参考点坐标R(xu,yu,zu),可求出最短距离:
由此得出
通过β0和βmin,可知:
γt=cos-1(cosβ0/cosβmin)
卫星最长覆盖时间为:
若此刻(t=tn)参考点在卫星覆盖区域内,而不处于卫星覆盖区域的边界,则其剩余覆盖时间为:
tr=T-tn
(5)链路剩余时间
由(4)可计算出,卫星s对用户簇头u的最长覆盖时间用户簇头u第一次进入卫星s覆盖区的时间为/>若当前时刻(t=tn)用户簇头u在卫星s覆盖区域内,则卫星s与用户簇头u之间服务链路剩余时间为:
同理,卫星s与信关站g之间馈电链路剩余时间为:
因此,当前时刻卫星s与用户簇头u和信关站g联合链路剩余时间为:
为了实现上述实施例,本申请还提出一种面向基于非同步卫星的非地面网络切换装置。
图6为本申请实施例提供的一种面向基于非同步卫星的非地面网络切换装置的结构示意图。
如图6所示,该面向基于非同步卫星的非地面网络切换装置包括:计算模块、触发模块、第一筛选模块、第二筛选模块、量化模块、切换模块,其中,
计算模块,用于周期性对用户终端进行分簇,之后根据用户簇头的位置和卫星星历信息,周期计算当前链路剩余时间,其中,用户簇头指用户簇内距离各用户终端平均位置最近的用户终端;
触发模块,用于在当前链路剩余时间达到阈值时,在用户簇头端通过上行控制信道PUCCH向当前服务基站基站上报切换事件;
第一筛选模块,用于在基站端收到事件信息后从其他链路中筛选出可行链路集合;
第二筛选模块,用于计算从当前链路切换到可行链路集合中各链路所需的切换时延,筛选出切换时延小于用户簇当前链路剩余时间的链路,构成候选链路集合,若候选链路有多条,则调用量化模块对每条候选链路进行基于多决策指标的量化评价,选择量化值最大的链路作为目标切换链路;
切换模块,用于根据选择的目标切换链路执行切换过程。
需要说明的是,前述对面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法实施例的解释说明也适用于该实施例的面向基于非同步卫星的非地面网络切换装置,此处不再赘述。
为了实现上述实施例,本发明还提出了一种非临时性计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,计算机程序被处理器执行时实现上述实施例的方法。
在本说明书的描述中,参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且,描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外,在不相互矛盾的情况下,本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本申请的描述中,“多个”的含义是至少两个,例如两个,三个等,除非另有明确具体的限定。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为,表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分,并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现,其中可以不按所示出或讨论的顺序,包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序,来执行功能,这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤,例如,可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表,可以具体实现在任何计算机可读介质中,以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用,或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言,"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下:具有一个或多个布线的电连接部(电子装置),便携式计算机盘盒(磁装置),随机存取存储器(RAM),只读存储器(ROM),可擦除可编辑只读存储器(EPROM或闪速存储器),光纤装置,以及便携式光盘只读存储器(CDROM)。另外,计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质,因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描,接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序,然后将其存储在计算机存储器中。
应当理解,本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中,多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如,如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样,可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现:具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路,具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路,可编程门阵列(PGA),现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成,所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中,该程序在执行时,包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外,在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中,也可以是各个单元单独物理存在,也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现,也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时,也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器,磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例,可以理解的是,上述实施例是示例性的,不能理解为对本申请的限制,本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (9)

1.一种面向基于非同步卫星的非地面网络切换方法,其特征在于,包括以下步骤:
周期性对用户终端进行分簇,之后根据用户簇头的位置和卫星星历信息,周期计算当前链路剩余时间,其中,所述用户簇头指用户簇内距离各用户平均位置最近的用户终端;
若所述当前链路剩余时间达到阈值,在用户簇头端通过上行控制信道向当前地面接入基站上报切换事件,在基站端收到事件信息后从其他链路中筛选出可行链路集合;
计算从当前链路切换到所述可行链路集合中各链路所需的切换时延,筛选出所述切换时延小于用户簇当前链路剩余时间的链路,构成候选链路集合,若候选链路有多条,则对每条所述候选链路进行基于多决策指标的量化评价,选择量化值最大的链路作为目标切换链路;
根据选择的所述目标切换链路执行切换过程。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述对用户终端进行分簇,包括:
基于用户终端周期性上报的地理位置信息、根据分簇原则对用户终端进行分簇,其中,所述分簇原则包括:同一簇内所有用户终端的地理位置的距离在一个预设范围内,且所有用户终端都位于当前服务小区内。
3.如权利要求2所述的方法,其特征在于,所述卫星星历信息由用户簇从卫星周期性广播的基站同步信号块中获取,所述卫星星历信息包含卫星在不同时间下的位置坐标;
所述当前链路表示当前时刻下,由用户簇-卫星-信关站-基站构成的完整通信链路;
所述当前链路剩余时间为当前链路包含的用户簇-卫星-信关站间无线链路的剩余持续时间,根据用户簇和卫星之间的服务链路存续时间、馈电链路存续时间计算得到所述当前链路剩余时间。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述可行链路集合中的每条链路满足用户簇和信关站同时在同一卫星覆盖范围内,且同时卫星拥有空闲信道的条件。
5.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述计算从当前链路切换到可行链路集合中各链路所需的切换时延,包括:
根据切换流程,计算用户簇、卫星、信关站以及基站和接入和移动性管理功能各个实体间的信令交互次数以及对应的交互时延,累加之后得到所述切换时延。
6.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于多决策指标的量化评价,包括:
将符合要求的各链路的属性值分别进行标准化处理,获得属性标准化矩阵,其中,所述属性值包括:链路剩余时间、用户簇头的卫星仰角、卫星空闲信道数以及链路切换时延;
采用熵值法确定每个属性的权值;
根据属性标准化矩阵和每个属性的权值计算每个链路的量化值。
7.如权利要求1所述的方法,其特征在于,根据切换场景的不同,对应不同的切换过程,其中,所述切换场景包括:
所述目标切换链路与所述当前链路的卫星不同;
所述目标切换链路与所述当前链路的信关站不同;
所述目标切换链路与所述当前链路的卫星、信关站不同;
所述目标切换链路与所述当前链路的信关站、基站不同;
所述目标切换链路与所述当前链路的卫星、信关站、基站不同。
8.一种面向基于非同步卫星的非地面网络切换装置,其特征在于,包括计算模块、触发模块、第一筛选模块、第二筛选模块、量化模块、切换模块,其中,
所述计算模块,用于周期性对用户终端进行分簇,之后根据用户簇头的位置和卫星星历信息,周期计算当前链路剩余时间,其中,所述用户簇头指用户簇内距离各用户平均位置最近的用户终端;
所述触发模块,用于在所述当前链路剩余时间达到阈值时,在用户簇头端通过上行控制信道向当前地面接入基站上报切换事件;
所述第一筛选模块,用于在基站端收到事件信息后从其他链路中筛选出可行链路集合;
所述第二筛选模块,用于计算从当前链路切换到所述可行链路集合中各链路所需的切换时延,筛选出所述切换时延小于用户簇当前链路剩余时间的链路,构成候选链路集合,若候选链路有多条,则调用所述量化模块对每条所述候选链路进行基于多决策指标的量化评价,选择量化值最大的链路作为目标切换链路;
所述切换模块,用于根据选择的所述目标切换链路执行切换过程。
9.一种非临时性计算机可读存储介质,其上存储有计算机程序,其特征在于,所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一所述的方法。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115494531B (zh) * 2022-11-16 2023-04-07 湖南警察学院 基于星链的用户位置跟踪方法及装置
CN118139135A (zh) * 2022-12-02 2024-06-04 中国移动通信有限公司研究院 数据传输方法、装置、设备及存储介质

Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108174421A (zh) * 2018-03-05 2018-06-15 重庆邮电大学 一种5g网络中基于mec辅助的数据分流方法
CN108989223A (zh) * 2018-06-13 2018-12-11 昆宇蓝程(北京)科技有限责任公司 一种强链路约束条件下的卫星路由算法
CN111147120A (zh) * 2019-12-03 2020-05-12 南京中科晶上通信技术有限公司 卫星间切换路径的确定方法、装置、终端及存储介质
CN111314981A (zh) * 2020-02-20 2020-06-19 北京华力创通科技股份有限公司 用于馈电链路切换的终端重选方法及装置
CN112423252A (zh) * 2020-11-20 2021-02-26 上海微波技术研究所(中国电子科技集团公司第五十研究所) 馈电链路硬切换触发的非地面网络切换方法及系统
CN113395104A (zh) * 2021-06-15 2021-09-14 中国科学院微小卫星创新研究院 基于全局业务分布的馈电链路切换方法
GB2594264A (en) * 2020-04-20 2021-10-27 Res & Innovation Uk Satellite communications system
CN113660679A (zh) * 2021-07-30 2021-11-16 南京邮电大学 基于跳波束场景下卫星移动终端的切换方法
WO2022011510A1 (zh) * 2020-07-13 2022-01-20 北京小米移动软件有限公司 一种通信方法、通信装置及存储介质
CN114268387A (zh) * 2019-03-26 2022-04-01 华为技术有限公司 卫星通信中的切换方法和装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10630410B2 (en) * 2016-05-13 2020-04-21 Telefonaktiebolaget Lm Ericsson (Publ) Network architecture, methods, and devices for a wireless communications network
CN111182658B (zh) * 2018-11-12 2023-04-07 华为技术有限公司 一种卫星通信的方法、装置及系统
US11082903B2 (en) * 2018-12-03 2021-08-03 Electronics And Telecommunications Research Institute Method for handover in non-terrestrial network, and apparatus for the same

Patent Citations (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108174421A (zh) * 2018-03-05 2018-06-15 重庆邮电大学 一种5g网络中基于mec辅助的数据分流方法
CN108989223A (zh) * 2018-06-13 2018-12-11 昆宇蓝程(北京)科技有限责任公司 一种强链路约束条件下的卫星路由算法
CN114268387A (zh) * 2019-03-26 2022-04-01 华为技术有限公司 卫星通信中的切换方法和装置
CN111147120A (zh) * 2019-12-03 2020-05-12 南京中科晶上通信技术有限公司 卫星间切换路径的确定方法、装置、终端及存储介质
CN111314981A (zh) * 2020-02-20 2020-06-19 北京华力创通科技股份有限公司 用于馈电链路切换的终端重选方法及装置
GB2594264A (en) * 2020-04-20 2021-10-27 Res & Innovation Uk Satellite communications system
WO2022011510A1 (zh) * 2020-07-13 2022-01-20 北京小米移动软件有限公司 一种通信方法、通信装置及存储介质
CN112423252A (zh) * 2020-11-20 2021-02-26 上海微波技术研究所(中国电子科技集团公司第五十研究所) 馈电链路硬切换触发的非地面网络切换方法及系统
CN113395104A (zh) * 2021-06-15 2021-09-14 中国科学院微小卫星创新研究院 基于全局业务分布的馈电链路切换方法
CN113660679A (zh) * 2021-07-30 2021-11-16 南京邮电大学 基于跳波束场景下卫星移动终端的切换方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Flexible and Distributed Mobility Management for Integrated Terrestrial-Satellite Networks:Changes,Architectures,and Approaches;SiJing Li等;IEEE Network;第35卷(第4期);全文 *

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