CN114978286A - 一种高低轨卫星星座设计方法及卫星接入功能部署系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高低轨卫星星座设计方法及卫星接入功能部署系统，包括如下步骤：在地球周围分散部署同步轨道卫星，以基于各同步轨道卫星覆盖地面以及低轨卫星；在地球周围的各倾斜轨道部署低轨星座卫星，包括低轨综合节点卫星和低轨辅助节点卫星两类；以低轨综合节点卫星作为主节点，部署卫星接入网集中式单元(S‑CU)和轻量化核心网卫星用户面功能(S‑UPF)，以低轨辅助节点卫星作为辅节点，部署卫星接入网分布式单元(S‑DU)，并基于主节点和辅节点之间的星间链路构成一个S‑CU连接多个S‑DU的接入网分布式的目标网络结构；高轨卫星部署轻量化核心网和管控功能。本申请的设计方法减少了路由复杂度和星间切换次数，低轨星座部署接入功能网元，高轨星座部署轻量化核心网和管控功能，有效提高了网元部署的灵活度。

Description

一种高低轨卫星星座设计方法及卫星接入功能部署系统
技术领域
本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种高低轨卫星星座设计方法及卫星接入功能部署系统。
背景技术
随着以卫星通信为代表的空间网络的快速发展，空间网络与地面网络形成了两大独立的通信网络，为了更高效的实现资源共享，天地一体化是未来通信发展的必然趋势。由于天地一体化网络结合了地面和卫星系统的优势，可以实现网络资源的充分共享和高效利用，国内外纷纷对天地一体的接入网元部署架构开展了讨论和研究。
现有研究以天地一体的接入系统架构初探和标准制定为主。3GPP在2017年底发布了技术报告TS22.822，对卫星接入网架构进行了评估，开始了基于5G的卫星接入架构研究，并提出了星地融合的4种系统架构初步模型。
然而，对接入网元部署策略的研究较少，且现有天地一体接入网架构和部署策略的研究与卫星星座设计相对独立，并没有进行联合的优化，难以实现接入网元的优化部署。
发明内容
本发明实施例提供一种高低轨卫星星座设计方法及卫星接入功能部署系统，提出一种高低轨星座构型设计，通过低轨星座实现对全球的无缝覆盖，并由高轨卫星对低轨星座进行管控，实现业务不落地，帮助克服海外建站难的困难。
本发明实施例提供一种高低轨卫星星座设计方法，包括如下步骤：
在地球周围分散部署同步轨道卫星，以基于各同步轨道卫星覆盖地面以及低轨卫星；
在地球周围的各倾斜轨道部署低轨星座卫星，其中低轨星座卫星至少包括预设比例的综合节点卫星和辅助节点卫星；
以低轨综合节点卫星作为主节点，部署卫星接入网集中式单元(S-CU)，以低轨辅助节点卫星作为辅节点，部署卫星接入网分布式单元(S-DU)，并基于主节点和辅节点之间的星间链路构成一个S-CU连接多个S-DU的接入网分布式的目标网络结构；
在低轨主节点部署轻量化核心网卫星用户面功能(S-UPF)网元，以及根据业务需求在高轨卫星部署轻量化核心网和管控功能。
可选的，低轨星座卫星的综合节点卫星和辅助节点卫星的配置比例为1:2-1:4。
可选的，相邻的综合节点卫星之间以及相邻的辅助节点卫星之间通过星间激光链路连接。
可选的，所述同步轨道卫星的数量为5-10，以实现全球覆盖。
可选的，所述倾斜轨道的数量为10-15，且各倾斜轨道上的综合节点卫星和辅助节点卫星按照预设比例配置。
可选的，在高轨卫星部署的轻量化核心网和管控功能包括轻量化卫星接入管理功能(S-AMF)、卫星会话管理功能(S-SMF)、S-UPF等功能网元，高轨星利用微波链路实现对低轨星管控。
本申请实施例还提出一种高低轨卫星接入功能部署系统，包括：
同步轨道卫星，分散部署于地球周围，以基于各同步轨道卫星覆盖地面以及低轨卫星；
低轨星座卫星，部署于地球周围的各倾斜轨道，其中低轨星座卫星至少包括预设比例的综合节点卫星和辅助节点卫星；
卫星接入网集中式单元(S-CU)，以低轨综合节点卫星作为主节点，进行部署；
卫星接入网分布式单元(S-DU)，以低轨辅助节点卫星作为辅节点，进行部署；
基于主节点和辅节点之间的星间链路构成一个S-CU连接多个S-DU的接入网分布式的目标网络结构；
在低轨主节点部署有轻量化核心网卫星用户面功能(S-UPF)网元，以及根据业务需求在高轨卫星部署有轻量化核心网和管控功能。
本申请实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的高低轨卫星星座设计方法的步骤。
本发明实施例在综合卫星节点(主节点)部署S-CU，辅助卫星节点(辅节点)部署S-DU，减少了路由复杂度和星间切换次数，低轨星座部署接入功能网元，高轨星座部署轻量化核心网和管控功能，有效提高了网元部署的灵活度。并且高低轨星座构型设计，通过低轨星座实现对全球的无缝覆盖，并由高轨卫星对低轨星座进行管控，实现业务不落地，帮助克服海外建站难的困难。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1为本申请实施例的高低轨卫星星座设计方法的基本流程图；
图2为本申请实施例的天地一体接入网络架构示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。
本发明实施例提供一种高低轨卫星星座设计方法，如图1所示，包括如下步骤：
在步骤S101中，在地球周围分散部署同步轨道卫星，以基于各同步轨道卫星覆盖地面以及低轨卫星。在另一些示例中，高低轨卫星通过微波链路相连，联合国土内地面站。
在步骤S102中，在地球周围的各倾斜轨道部署低轨星座卫星，其中低轨星座卫星至少包括预设比例的综合节点卫星和辅助节点卫星。可选的，低轨星座卫星的综合节点卫星和辅助节点卫星的配置比例为1:2-1:4。一些具体的示例中，综合节点卫星和辅助节点卫星的比例可以是1:2。在一些实施例中，相邻的综合节点卫星之间以及相邻的辅助节点卫星之间通过星间激光链路连接，由此支持全球全时无缝一重覆盖。由此构成高低轨地基三层的天地一体接入网络架构。
在高低轨地基三层网络架构下，设计接入网网元部署策略，在步骤S103中，以低轨综合节点卫星作为主节点，部署卫星接入网集中式单元(S-CU)，以低轨辅助节点卫星作为辅节点，部署卫星接入网分布式单元(S-DU)，并基于主节点和辅节点之间的星间链路构成一个S-CU连接多个S-DU的接入网分布式的目标网络结构，通过这样的方式能够有效减少本地业务切换频率。
在高低轨地基三层网络架构下，设计天地一体的核心网网元部署策略，基于数据面传输不落地信关站的需求，在步骤S104中，在低轨主节点部署轻量化核心网卫星用户面功能(S-UPF)网元，以及根据业务需求在高轨卫星部署轻量化核心网和管控功能。在一些实施例中，在高轨卫星部署的轻量化核心网和管控功能包括轻量化卫星接入管理功能(S-AMF)、卫星会话管理功能(S-SMF)、S-UPF等功能网元，高轨星利用微波链路实现对低轨星管控。
在一些实施例中，所述同步轨道卫星的数量为5-10，以实现全球覆盖。
在一些实施例中，所述倾斜轨道的数量为10-15，且各倾斜轨道上的综合节点卫星和辅助节点卫星的按照预设比例配置。
本发明实施例提供一种高低轨卫星星座设计方法的实施案例，包括如下步骤：
1、设计高低轨卫星星座，高轨星座包括6颗同步轨道卫星，分别分布于非洲上空的东经13.5°、印度洋上空的东经73°、中国以南上空的东经109°、太平洋上空的东经158°、美洲上空的西经110°以及大西洋上空的西经18°的位置；实现全球在除两极高纬度地区的全覆盖每颗高轨卫星平均可以看见48颗低轨卫星，并且保证了所有低轨卫星在不高于南北纬70°时至少被1颗高轨卫星可见。
2、设计高低轨卫星星座，低轨星座包括216颗轨道高度为1150km，轨道倾角为86°的低轨卫星，分别分布在12个轨道面上；每个低轨轨道面包括18颗卫星，分别为6颗综合节点卫星与12颗辅助节点卫星，相邻的综合节点卫星之间以及综合节点卫星和相邻的两颗辅助节点卫星之间均通过星间激光链路进行数据传输，支持全球全时无缝一重覆盖。
3、设计高低轨卫星星座，如图2所示，高低轨卫星通过微波链路相连，联合国土内地面站，可以实现高低轨地基三层的天地一体接入网络架构。
4、在高低轨地基三层网络架构下，设计接入网网元部署策略，在低轨综合节点卫星上按需部署卫星接入网集中式单元(S-CU)，其数量视业务情况按需部署；在低轨辅助节点卫星部署卫星接入网分布式单元(S-DU)，其数量视业务情况按需部署，构成一个S-CU连接2个S-DU的接入网分布式灵活部署的结构，有效减少本地业务切换频率。
5、在高低轨地基三层网络架构下，设计天地一体的核心网网元部署策略，基于数据面传输不落地信关站的需求，在低轨主节点部署轻量化核心网卫星用户面功能(S-UPF)网元；高轨卫星根据业务需求部署轻量化核心网和管控功能，包括轻量化卫星接入管理功能(S-AMF)、卫星会话管理功能(S-SMF)、S-UPF等功能网元，高轨星利用微波链路实现对低轨星管控。
本申请的高低轨卫星星座设计方法面向高低轨地基协同接入与传输的需求，开展高低轨星座构型设计，充分发挥不同轨道高度的优势，低轨卫星星座对地形成了无缝一重覆盖，高轨星座则对低轨星座进行管控，高低轨既可独立提供服务，也可视业务需求互联。
本申请的方法提出了一种灵活分布式的接入网元部署方案，低轨星座部署接入功能网元，高轨星座部署轻量化核心网和管控功能，联合地基构成高低轨地基三层协同网络架构。本申请的方法在综合卫星节点(主节点)部署S-CU，辅助卫星节点(辅节点)部署S-DU，极大减少路由复杂度和星间切换次数。
本申请实施例还提出一种高低轨卫星接入功能部署系统，包括：
同步轨道卫星，分散部署于地球周围，以基于各同步轨道卫星覆盖地面以及低轨卫星；
低轨星座卫星，部署于地球周围的各倾斜轨道，其中低轨星座卫星至少包括预设比例的综合节点卫星和辅助节点卫星；
卫星接入网集中式单元(S-CU)，以低轨综合节点卫星作为主节点，进行部署；
卫星接入网分布式单元(S-DU)，以低轨辅助节点卫星作为辅节点，进行部署；
基于主节点和辅节点之间的星间链路构成一个S-CU连接多个S-DU的接入网分布式的目标网络结构；
在低轨主节点部署有轻量化核心网卫星用户面功能(S-UPF)网元，以及根据业务需求在高轨卫星部署有轻量化核心网和管控功能。
本申请实施例还提出一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现前述的高低轨卫星星座设计方法的步骤。
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器，空调器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (8)

1.一种高低轨卫星星座设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
在地球周围分散部署同步轨道卫星，以基于各同步轨道卫星覆盖地面以及低轨卫星；
在地球周围的各倾斜轨道部署低轨星座卫星，其中低轨星座卫星至少包括预设比例的综合节点卫星和辅助节点卫星；
以低轨综合节点卫星作为主节点，部署卫星接入网集中式单元(S-CU)，以低轨辅助节点卫星作为辅节点，部署卫星接入网分布式单元(S-DU)，并基于主节点和辅节点之间的星间链路构成一个S-CU连接多个S-DU的接入网分布式的目标网络结构；
在低轨主节点部署轻量化核心网卫星用户面功能(S-UPF)网元，以及根据业务需求在高轨卫星部署轻量化核心网和管控功能。
2.如权利要求1所述的高低轨卫星星座设计方法，其特征在于，低轨星座卫星的综合节点卫星和辅助节点卫星的配置比例为1:2-1:4。
3.如权利要求1所述的高低轨卫星星座设计方法，其特征在于，相邻的综合节点卫星之间以及相邻的辅助节点卫星之间通过星间激光链路连接。
4.如权利要求1所述的高低轨卫星星座设计方法，其特征在于，所述同步轨道卫星的数量为5-10，以实现全球覆盖。
5.如权利要求4所述的高低轨卫星星座设计方法，其特征在于，所述倾斜轨道的数量为10-15，且各倾斜轨道上的综合节点卫星和辅助节点卫星按照预设比例配置。
6.如权利要求1所述的高低轨卫星星座设计方法，其特征在于，在高轨卫星部署的轻量化核心网和管控功能包括轻量化卫星接入管理功能(S-AMF)、卫星会话管理功能(S-SMF)、S-UPF功能网元，高轨星利用微波链路实现对低轨星管控。
7.一种高低轨卫星接入功能部署系统，其特征在于，包括：
同步轨道卫星，分散部署于地球周围，以基于各同步轨道卫星覆盖地面以及低轨卫星；
低轨星座卫星，部署于地球周围的各倾斜轨道，其中低轨星座卫星至少包括预设比例的综合节点卫星和辅助节点卫星；
卫星接入网集中式单元(S-CU)，以低轨综合节点卫星作为主节点，进行部署；
卫星接入网分布式单元(S-DU)，以低轨辅助节点卫星作为辅节点，进行部署；
基于主节点和辅节点之间的星间链路构成一个S-CU连接多个S-DU的接入网分布式的目标网络结构；
在低轨主节点部署有轻量化核心网卫星用户面功能(S-UPF)网元，以及根据业务需求在高轨卫星部署有轻量化核心网和管控功能。
8.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至6中任一项所述的高低轨卫星星座设计方法的步骤。
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