CN115209446B - 基于卫星的核心网云服务通信方法、系统、装置及介质 - Google Patents

基于卫星的核心网云服务通信方法、系统、装置及介质 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于卫星的核心网云服务通信方法、系统、装置及介质，系统包括用户终端、若干个卫星基站、边缘计算服务器、若干个核心网用户面、若干个核心网控制面及若干个信关站；其中，一个所述核心网用户面部署于一个所述卫星基站，一个所述核心网控制面及一个所述边缘计算服务器部署于靠近一个所述信关站的位置；所述用户终端通过所述卫星基站与所述核心网用户面通信，所述用户终端通过所述卫星基站和所述信关站与所述边缘计算服务器通信，所述用户终端通过所述卫星基站和所述信关站与所述核心网控制面通信。本发明实施例能够减少通信路径及降低时延，减少切换次数，可广泛应用于无线通信技术领域。

Description

基于卫星的核心网云服务通信方法、系统、装置及介质
技术领域
本发明涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种基于卫星的核心网云服务通信方法、系统、装置及介质。
背景技术
随着通信技术的发展，移动终端对于算力要求较高的生产或娱乐的需求日益增加，例如：大型游戏、视频剪辑等。移动终端对于硬件性能要求提升，但高性能芯片产能紧张，如果个人拥有一套硬件设备对于硬件使用率较低且价格高昂，使用云服务可降低成本、提高硬件使用率、降低对高性能芯片的产能需求。云服务通常指将业务的硬件性能需求放到远端服务器实现，如网盘用于储存，降低了用户终端对硬盘容量的需求；如云游戏将游戏逻辑运算和画面渲染放在服务器做，只在用户终端做操作输入与画面显示。
目前，云服务部署在远端，用户终端与云服务之间分别通过陆地基站及核心网服务器进行通信，存在以下问题：1、通信路径长以及时延长；2、核心网与用户终端之间切换次数频繁。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例的目的是提供一种基于卫星的核心网云服务通信方法、系统、装置及介质，能够减少通信路径及降低时延，减少切换次数。
第一方面，本发明实施例提供了一种基于卫星的核心网云服务通信系统，包括用户终端、若干个卫星基站、边缘计算服务器、若干个核心网用户面、若干个核心网控制面及若干个信关站；其中，一个所述核心网用户面部署于一个所述卫星基站，一个所述核心网控制面及一个所述边缘计算服务器部署于靠近一个所述信关站的位置；所述用户终端与所述核心网用户面通信，所述用户终端通过所述卫星基站和所述信关站与所述核心网控制面通信，所述用户终端通过所述卫星基站、所述信关站及所述核心网控制面与所述边缘计算服务器通信。
第二方面，本发明实施例提供了一种基于卫星的核心网云服务通信方法，应用于上述的系统，所述方法包括：
所述用户终端通过第一卫星基站、第一核心网用户面和第一信关站向所述边缘计算服务器发送服务请求信息；其中，所述用户终端在第一核心网控制面已注册；
所述边缘计算服务器接收所述服务请求信息，并通过所述第一核心网用户面、所述第一信关站及所述第一卫星基站向用户终端发送服务响应信息。
可选地，所述用户终端在所述核心网控制面的注册方法包括：
所述用户终端通过所述卫星基站及所述信关站向所述核心网控制面发送注册请求；
所述核心网控制面接收所述注册请求，并通过所述信关站及所述卫星基站向所述用户终端发送注册回复；
所述核心网控制面通过所述信关站向所述核心网用户面发送转发规则信息；
所述核心网用户面接收所述转发规则信息，并通过所述信关站向所述核心网控制面发送转发规则响应信息。
可选地，所述方法还包括：
当所述第一核心网控制面接收所述第一核心网用户面发送的信号强度小于预设值，所述第一核心网控制面向所述第一核心网用户面发送第一释放连接信息，所述第一核心网控制面向第二核心网用户面发送所述转发规则信息以建立所述用户终端与所述第二核心网用户面之间的通信连接，其中，所述信号强度由卫星基站检测并发送给所述第一核心网用户面。
可选地，所述方法还包括：
当所述用户终端不在信关站服务范围内或边缘计算服务器向所述第一核心网控制面发送切换请求信息，所述第一核心网控制面向所述第一核心网用户面发送第二释放连接信息，所述第一核心网控制面向第二核心网控制面发送传输信息；
所述第二核心网控制面向第三核心网用户面发送转发规则以所述用户终端与所述第二核心网控制面及所述第三核心网用户面之间的通信连接。
第三方面，本发明实施例提供了一种基于卫星的核心网云服务通信系统，应用于上的系统，包括：
第一模块，用于控制所述用户终端通过第一卫星基站、第一核心网用户面和第一信关站向所述边缘计算服务器发送服务请求信息；其中，所述用户终端在所述第一核心网控制面已注册；
第二模块，用于控制所述边缘计算服务器接收所述服务请求信息，并通过所述第一核心网用户面、所述第一信关站及所述第一卫星基站向用户终端发送服务响应信息。
第四方面，本发明实施例提供了一种基于卫星的核心网云服务通信装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述的方法。
第五方面，本发明实施例提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行上述的方法。
实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例中云服务通信系统中核心网用户面部署在卫星基站，核心网控制面及边缘计算服务器部署于靠近信关站的位置，用户终端通过卫星基站与核心网用户面通信，用户终端通过卫星基站和信关站与边缘计算服务器通信，用户终端通过卫星基站和信关站与核心网控制面通信；将卫星基站作为用户终端的部分或全部基站，且将核心网用户面部署在卫星基站，减少了通信路由转发次数以降低延迟；将核心网控制面和边缘计算器部署靠近信关站加快核心网响应速度、减少转发次数以降低延迟，同时边缘计算器可覆盖信关站的可接入卫星，减少边缘计算器切换次数。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种传统云服务系统的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的一种相关技术中云服务系统的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的基于卫星的核心网云服务通信系统的结构示意图；
图4是本发明实施例提供的一种基于卫星的核心网云服务通信方法的步骤流程示意图；
图5是本发明实施例提供的一种用户终端注册和通信方法的时序图；
图6是本发明实施例提供的一种用户终端切换核心网用户面的时序图；
图7是本发明实施例提供的一种用户终端切换MEC的时序图；
图8是本发明实施例提供的一种基于卫星的核心网云服务通信系统的结构框图；
图9是本发明实施例提供的一种基于卫星的核心网云服务通信装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。对于以下实施例中的步骤编号，其仅为了便于阐述说明而设置，对步骤之间的顺序不做任何限定，实施例中的各步骤的执行顺序均可根据本领域技术人员的理解来进行适应性调整。
参阅图1，传统云服务部署模式，对用户终端(UE，User Equipment)而言，云服务器(Cloud Sever)架设在远端，当用户终端需要向云服务器发起服务请求时，请求消息需要通过陆地基站(RAN)、基站至核心网服务器(Core Network)(还可能需要经过承载网)、核心网(Core Network)至云服务器(Cloud Sever)，然后再通过回程返回至终端。根据组网情况，总体时延在百毫秒甚至秒级，对于时延敏感的云服务是不能忍受的，相关解决方案为使用MEC(Mobile Edge Computing，边缘计算)部署。
参阅图2，相关技术中MEC部署方式将提供服务的服务器与核心网用户面(UP，userplane)一同下沉至靠近地面基站侧，从数据网络(DN，data network)至用户终端(UE)部署依次为边缘计算节点(MEC)、核心网用户面(UP)(通常不对控制面位置有要求)、地面基站(RAN)。相比传统的云服务部署模式，终端在使用云服务时可直接从MEC节点获取服务或部分服务，通讯时只需经过基站和核心网用户面即可抵达云服务器，减去了核心网到基站中间的承载网时延，同时减去了云服务器至核心网用户面中间经过承载网的时延。相比传统云服务部署模式，理论上可以将时延降低至数毫秒，但由于MEC节点自身业务所需时间，且考虑到移动终端移动中可能需要频繁的切换，MEC部署与传统云服务一样没有对核心网控制面与终端的互动进行优化，即控制面与基站和用户面中间可能也间隔了承载网，目前实际效果并不理想。
参阅图3，本发明实施例提供了一种基于卫星的核心网云服务通信系统，包括用户终端(UE)、若干个卫星基站(Statelite Side)、边缘计算服务器(MEC)、若干个核心网用户面(UP)、若干个核心网控制面(CP)及若干个信关站(Gateway Station)；其中，一个所述核心网用户面部署于一个所述卫星基站，一个所述核心网控制面及一个所述边缘计算服务器部署于靠近一个所述信关站的位置；所述用户终端与所述核心网用户面通信，所述用户终端通过所述卫星基站和所述信关站与所述核心网控制面通信，所述用户终端通过所述卫星基站、所述信关站及所述核心网控制面与所述边缘计算服务器通信。
需要说明的是，核心网控制面及边缘计算服务器也部署在信关站。
需要说明的是，边缘计算器包括多个边缘计算节点，从数据网络至用户终端之间包括部署在信关站附近的边缘计算器和核心网控制面、信关站、卫星基站和核心网用户面。核心网控制面和核心网用户面的基本功能不变。
需要说明的是，一个信关站连接若干个卫星基站。卫星基站包括高中低轨道卫星。
实施本发明实施例包括以下有益效果：本实施例中云服务通信系统中核心网用户面部署在卫星基站，核心网控制面及边缘计算服务器部署于靠近信关站的位置，用户终端通过卫星基站与核心网用户面通信，用户终端通过卫星基站和信关站与边缘计算服务器通信，用户终端通过卫星基站和信关站与核心网控制面通信；将卫星基站作为用户终端的部分或全部基站，且将核心网用户面部署在卫星基站，减少了通信路由转发次数以降低延迟；将核心网控制面和边缘计算器部署靠近信关站加快核心网响应速度、减少转发次数以降低延迟，同时边缘计算器可覆盖信关站的可接入卫星，减少边缘计算器切换次数。
参阅图4，本发明实施例提供了一种基于卫星的核心网云服务通信方法，应用于上述的系统，所述方法包括：
S100、所述用户终端通过第一卫星基站、第一核心网用户面和第一信关站向所述边缘计算服务器发送服务请求信息；其中，所述用户终端在第一核心网控制面已注册；
S200、所述边缘计算服务器接收所述服务请求信息，并通过所述第一核心网用户面、所述第一信关站及所述第一卫星基站向用户终端发送服务响应信息。
具体地，当部署于卫星基站的核心网用户面、部署于地面的信关站、部署于信关站附近的核心网控制面之间已经通过注册建立通信，用户终端通过核心网用户面及信关站与边缘计算器进行通信。
可选地，所述用户终端在所述核心网控制面的注册方法包括：
S010、所述用户终端通过所述卫星基站及所述信关站向所述核心网控制面发送注册请求；
S020、所述核心网控制面接收所述注册请求，并通过所述信关站及所述卫星基站向所述用户终端发送注册回复；
S030、所述核心网控制面通过所述信关站向所述核心网用户面发送转发规则信息；
S040、所述核心网用户面接收所述转发规则信息，并通过所述信关站向所述核心网控制面发送转发规则响应信息。
具体地，用户终端通过核心网用户面和信关站在核心网控制面完成注册。
参阅图5，用户终端的注册流程如下：用户终端向用户面发送注册请求，用户面将注册请求转发给信关站，信关站将注册请求转发给控制面；控制面将注册回复发送给信关站，信关站将注册回复转发给用户面，用户面将注册回复转发给用户终端；然后，控制面向信关站下发转发规则，信关站将转发规则转发给用户面，用户面向信关站发送转发规则响应，信关站将转发规则响应发送给控制面以完成注册请求。用户终端的服务请求的流程如下：用户终端向用户面发送服务请求，用户面将服务请求发送给信关站，信关站将服务请求发送给边缘计算器，边缘计算器将服务响应发送给信关站，信关站将服务响应发送给用户面，用户面将服务响应发送给用户终端。
可选地，所述方法还包括：
S300、当所述第一核心网控制面接收所述第一核心网用户面发送的信号强度小于预设值，所述第一核心网控制面向所述第一核心网用户面发送第一释放连接信息，所述第一核心网控制面向第二核心网用户面发送所述转发规则信息以建立所述用户终端与所述第二核心网用户面之间的通信连接，其中，所述信号强度由卫星基站检测并发送给所述第一核心网用户面。
参阅图6，如当前卫星信号弱无法满足终端需要进行UP切换，在终端在某次向MEC服务器发起服务请求时，核心网判断终端需要切换接入锚点(即需要切换卫星)，控制面向卫星与用户面(1)下发释放与该终端的连接，终端不再使用该用户面；同时向新的卫星与用户面(2)下发转发规则，终端接下来的将使用该用户面作为接入锚点与MEC通信。
可选地，所述方法还包括：
S400、当所述用户终端不在信关站服务范围内或边缘计算服务器向所述第一核心网控制面发送切换请求信息，所述第一核心网控制面向所述第一核心网用户面发送第二释放连接信息，所述第一核心网控制面向第二核心网控制面发送传输信息；
S500、所述第二核心网控制面向第三核心网用户面发送转发规则以使所述用户终端与所述第二核心网控制面及所述第三核心网用户面之间的通信连接。
参阅图7，如当前用户不在当前信关站服务范围内或依照云服务引起需要切换MEC节点，从信关站(1)内部，MEC节点(1)或控制面(1)发起，由MEC(1)通知或控制面(1)主动向卫星与用户面(1)下发释放与该终端的连接，终端不再使用该用户面；同时向新的控制面传输所需信息(2)，MEC节点间交换数据，控制面(2)向新的卫星与用户面(2)下发转发规则，终端接下来的将使用该用户面作为接入锚点与MEC通信。
使用卫星作为基站，可扩大信号范围，且能覆盖到一些陆地基站难以覆盖的区域，减少用户在基站与核心网的切换频率，加强使用云服务时网络的连续性，与相关技术中MEC部署不同，将控制面部署靠近信关站，加速切换时的响应速度。
结合MEC部署技术，同时由于卫星与太空中使用硬件成本较高且算力性能有限，MEC节点部署至卫星成本较高，且性能局限性较大。由于MEC节点中通常会存储部分部分和UE向关联的信息与数据(根据服务类型不同与MEC部署模式不同其数据量存在与否或大小情况各异)，如果将MEC节点部署至卫星，那么在伴随卫星移动或用户移动，导致用户面需要进行切换的同时，MEC内部也需要进行信息的传输，从原MEC节点传输至新接入的MEC节点，所以将MEC节点部署在靠近信关站附近。卫星在面对多终端的场景下，本身就需要维护类似用户面的功能，控制消息转发规则(即确定一条消息转发给某一终端)，将用户面部署在卫星，将用户面进一步边缘化减少用户面至基站间的传输时延，同时可以减少在卫星或用户移动时的造成MEC节点切换，加速转发。理想情况下，在时延方面仅需考虑卫星到信关站与卫星至终端的时延。
参阅图8，本发明实施例提供了一种基于卫星的核心网云服务通信系统，应用于上的系统，包括：
第一模块，用于控制所述用户终端通过第一卫星基站、第一核心网用户面和第一信关站向所述边缘计算服务器发送服务请求信息；其中，所述用户终端在第一核心网控制面已注册；
第二模块，用于控制所述边缘计算服务器接收所述服务请求信息，并通过所述第一核心网用户面、所述第一信关站及所述第一卫星基站向用户终端发送服务响应信息。
可见，上述方法实施例中的内容均适用于本系统实施例中，本系统实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
参阅图9，本发明实施例提供了一种基于卫星的核心网云服务通信装置，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现上述的方法。
可见，上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
此外，本申请实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，计算机程序产品或计算机程序存储在计算机可读存介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机程序，处理器执行该计算机程序，使得该计算机设备执行上述的方法。同样地，上述方法实施例中的内容均适用于本存储介质实施例中，本存储介质实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (6)

1.一种基于卫星的核心网云服务通信方法，其特征在于，应用于基于卫星的核心网云服务通信系统，所述系统包括用户终端、若干个卫星基站、边缘计算服务器、若干个核心网用户面、若干个核心网控制面及若干个信关站；其中，一个所述核心网用户面部署于一个所述卫星基站，一个所述核心网控制面及一个所述边缘计算服务器部署于靠近一个所述信关站的位置；所述用户终端与所述核心网用户面通信，所述用户终端通过所述卫星基站和所述信关站与所述核心网控制面通信，所述用户终端通过所述卫星基站、所述信关站及所述核心网控制面与所述边缘计算服务器通信，所述方法包括：
所述用户终端通过第一卫星基站、第一核心网用户面及第一信关站向所述边缘计算服务器发送服务请求信息；其中，所述用户终端在第一核心网控制面已注册；
所述边缘计算服务器接收所述服务请求信息，并通过所述第一核心网用户面、所述第一信关站及所述第一卫星基站向用户终端发送服务响应信息；
当所述用户终端不在信关站服务范围内或边缘计算服务器向所述第一核心网控制面发送切换请求信息，所述第一核心网控制面向所述第一核心网用户面发送第二释放连接信息，所述第一核心网控制面向第二核心网控制面发送传输信息；
所述第二核心网控制面向第三核心网用户面发送转发规则以使所述用户终端与所述第二核心网控制面及所述第三核心网用户面之间的通信连接。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述用户终端在所述核心网控制面的注册方法包括：
所述用户终端通过所述卫星基站及所述信关站向所述核心网控制面发送注册请求；
所述核心网控制面接收所述注册请求，并通过所述信关站及所述卫星基站向所述用户终端发送注册回复；
所述核心网控制面通过所述信关站向所述核心网用户面发送转发规则信息；
所述核心网用户面接收所述转发规则信息，并通过所述信关站向所述核心网控制面发送转发规则响应信息。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
当所述第一核心网控制面接收所述第一核心网用户面发送的信号强度小于预设值，所述第一核心网控制面向所述第一核心网用户面发送第一释放连接信息，所述第一核心网控制面向第二核心网用户面发送所述转发规则信息以建立所述用户终端与所述第二核心网用户面之间的通信连接，其中，所述信号强度由卫星基站检测并发送给所述第一核心网用户面。
4.一种基于卫星的核心网云服务通信系统，其特征在于，包括：
第一模块，用于控制用户终端通过第一卫星基站、第一核心网用户面和第一信关站向边缘计算服务器发送服务请求信息；其中，所述用户终端在第一核心网控制面已注册；
第二模块，用于控制所述边缘计算服务器接收所述服务请求信息，并通过所述第一核心网用户面、所述第一信关站及所述第一卫星基站向用户终端发送服务响应信息；
当所述用户终端不在信关站服务范围内或边缘计算服务器向所述第一核心网控制面发送切换请求信息，所述第一核心网控制面向所述第一核心网用户面发送第二释放连接信息，所述第一核心网控制面向第二核心网控制面发送传输信息；
所述第二核心网控制面向第三核心网用户面发送转发规则以使所述用户终端与所述第二核心网控制面及所述第三核心网用户面之间的通信连接。
5.一种基于卫星的核心网云服务通信装置，其特征在于，包括：
至少一个处理器；
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如权利要求1-3任一项所述的方法。
6.一种存储介质，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执行如权利要求1-3任一项所述的方法。
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