CN115801107B - 一种软件定义天地双承载网及异构接入网的互通方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种软件定义天地双承载网及异构接入网的互通方法，涉及卫星通信领域。本发明适合于全球卫星互联网构建，包括高轨卫星互联网、中轨卫星互联网、低轨卫星互联网以及高、中、低多轨道混合全球卫星互联网构建；涉及卫星互联网的组成、架构和功能等，以及星间星地承载网和地面承载网构成的天地双承载网特点，差异化卫星接入网的接入方式，统一核心网的作用、各网之间关联与集成方式等；该方法分离了承载网和接入网、星间星地承载网与地面承载网的功能，保持星间星地承载网的稳定性、接入网的多样性以及可软件定义性、可在轨升级和扩展性。

Description

一种软件定义天地双承载网及异构接入网的互通方法

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，特别是指一种软件定义天地双承载网及异构接入网的互通方法。

背景技术

目前，卫星通信系统大多以GEO（静止轨道地球卫星）透明转发器为主，单星可提供区域覆盖服务能力，多星则提供更大通信容量和更大地域的服务能力。不同卫星覆盖范围内的信关站通过基于地面光纤的承载网互联，实现跨区域互通。

现有LEO（低轨道地球卫星）卫星通信系统分为两类，一类是星间无链路，依靠全球大量部署信关站构建；一类是基于星间链路和区域内少量部署信关站构建。现有基于星间链路构建的系统，普遍星上交换容量小，仅支持窄带业务，不支持宽带业务和接入网空口多样化的特点。因此，亟需一种基于星上大容量路由交换能力、支持多类型空口接入网统一接入的星间组网技术，以满足未来发展需求。

发明内容

有鉴于此，本发明提出一种软件定义天地双承载网及异构接入网的互通方法。本发明通过以星间星地承载网为主、地面承载网为辅的天地双承载网，构建了灵活互通的全球网络，实现了传统互联网服务由地面网为依托向以天基网为依托转型，从而不受海洋、高山等地表环境的限制。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种软件定义天地双承载网，包括信关站和卫星；信关站部署协议网关、网络控制器、互联互通设备，地面不同信关站之间通过互联互通设备相互连接，构成地面承载网，不同信关站的核心网之间通过地面承载网互通；卫星星上部署星载路由交换设备、星间信号收发与处理设备、协议处理设备和调制解调设备；卫星与卫星之间通过星间链路交互信息，构成星间承载网；信关站与卫星通过馈电链路交互信息，构成星地承载网；星间承载网和星地承载网统称星间星地承载网并构成天基承载网，天基承载网与地面承载网一同构成天地双承载网；

所述星载路由交换设备负责卫星内部及卫星星间数据的路由交换转发，且支持软件定义路由交换策略；

所述星间信号收发与处理设备负责星间信号的收发与处理；

所述协议处理设备和调制解调设备支持软件定义波形；

所述互联互通设备包括交换机和路由器；

所述协议网关负责完成馈电路由、交换转发和协议转换；

所述网络控制器负责集中式路由计算及控制，通过远程遥控星上调制解调设备和协议处理设备，实现星上波形的自适应加载、扩展和升级，通过远程遥控星载路由交换设备，调整或升级路由交换策略。

进一步地，星间星地承载网用于实现基于高轨卫星节点部署、基于低轨卫星节点部署、基于单层星座或者多层星座部署，以及依托国土内基于光纤的地面承载网实现国土区域内信关站之间互联；具体方式如下：

（1）基于高轨星座的星间星地承载网网络构建；高轨星座的星间星地承载网包括GEO星间承载网、将覆盖范围拓展至全球的IGSO星间承载网和卫星到信关站的星地承载网，GEO星间承载网和IGSO星间承载网借助星地承载网进行转接互通；GEO星间承载网、IGSO星间承载网均采用常态化通联的激光微波链路；星地承载网采用常态化通联的微波链路；

（2）基于单层LEO星座的星间星地承载网网络构建；对于轨道高度相同、倾角也相同的LEO星座网络构建，同轨道面卫星星间采用全贯通激光微波链路；异轨道面星间采用全贯通或非全贯通激光微波链路；卫星和信关站之间采用动态微波连接链路；

（3）基于多层LEO星座的星间星地承载网网络构建；多层LEO星座包含至少2层不同轨道高度的星座；有两种方法解决全球通联，一是不同层的星座间设置星间链路，既构建不同层卫星间的星间承载网，通过不同层卫星间的星间承载网实现全球通联；二是不同层星间不设置星间链路，而是通过星地承载网使信号落地转接，进而实现星座内不同层间卫星的全球通联。

进一步地，支持同一轨道内、空口体制不同的异构接入网通过星间星地承载网实现互通；具体方式如下：

（1）某接入网终端发起业务申请，判断互通对象空口体制是否相同；若互通对象与业务申请端空口体制相同时，则执行该空口体制对应的处理流程；若互通对象与业务申请端空口体制不同时，则分别请求各自空口体制对应的接入网信道资源；

（2）资源请求完成后，依据空口体制对信息进行解调再生处理，解调再生处理后再进行用户侧的协议处理；

（3）调制解调和用户侧协议处理完成后的信息送入星间星地承载网进行路由交换；

（4）路由交换至互通对端进行对端侧的用户协议处理，完成协议转换后，然后再依据互通对端的空口体制进行调制处理，实现跨空口体制的互通。

进一步地，支持多层星座、跨轨道或跨协议架构的异构接入网通过星间星地承载网，并借助于地面承载网和核心网实现互通；具体方式如下：

（1）某接入网终端发起业务申请，判断互通对象与业务发起端是否属于同一轨道层级；若不属于同一轨道层级，则分别请求各自轨道层级对应的接入网信道资源，若属于同一轨道层级则进一步判断是否采用了相同的协议架构，若协议架构不同，则请求各自协议架构对应的接入网信道资源；若协议架构相同，则执行本轨道层级内处理流程；

（2）资源请求完成后，依据各自轨道层级接入网空口体制对信息进行解调再生处理，解调再生处理后再进行用户侧的协议处理；

（3）调制解调和用户侧协议处理完成后的信息依次路由至星间星地承载网、地面承载网，最后送入核心网；

（4）核心网通过对信息的协议处理完成协议转换；实现跨轨道层级或协议架构不同的异构接入网之间的互通。

一种异构接入网的互通方法，基于如上所述的软件定义天地双承载网，支持同一轨道内、空口体制不同的异构接入网通过星间星地承载网实现互通；具体方式如下：

（1）某接入网终端发起业务申请，判断互通对象空口体制是否相同；若互通对象与业务申请端空口体制相同时，则执行该空口体制对应的处理流程；若互通对象与业务申请端空口体制不同时，则分别请求各自空口体制对应的接入网信道资源；

（2）资源请求完成后，依据空口体制对信息进行解调再生处理，解调再生处理后再进行用户侧的协议处理，

（3）调制解调和用户侧协议处理完成后的信息送入星间星地承载网进行路由交换；

（4）路由交换至互通对端进行对端侧的用户协议处理，完成协议转换后，然后再依据互通对端的空口体制进行调制处理，实现跨空口体制的互通。

一种异构接入网的互通方法，基于如上所述的软件定义天地双承载网，支持多层星座、跨轨道或跨协议架构的异构接入网通过星间星地承载网，并借助于地面承载网和核心网实现互通；具体方式如下：

（1）某接入网终端发起业务申请，判断互通对象与业务发起端是否属于同一轨道层级；若不属于同一轨道层级，则分别请求各自轨道层级对应的接入网信道资源，若属于同一轨道层级则进一步判断是否采用了相同的协议架构，若协议架构不同，则请求各自协议架构对应的接入网信道资源；若协议架构相同，则执行本轨道层级内处理流程；

（2）资源请求完成后，依据各自轨道层级接入网空口体制对信息进行解调再生处理，解调再生处理后再进行用户侧的协议处理；

（3）调制解调和用户侧协议处理完成后的信息依次路由至星间星地承载网、地面承载网，最后送入核心网；

（4）核心网通过对信息的协议处理完成协议转换；实现跨轨道层级或协议架构不同的异构接入网之间的互通。

本发明的有益效果在于：

1、本发明通过以星间星地承载网为主、地面承载网为辅的天地双承载网，构建了灵活互通的全球网络，对于高轨、低轨星座，窄带、宽带业务，或是公网和专网均适用。

2、本发明是卫星通信与地面通信网、传统互联网相融合的一种新型网络，其依靠卫星互联、星地互联实现全球通联，实现传统互联网服务由地面网为依托向以天基网为依托转型，从而不受海洋、高山等地表环境的限制。

3、本发明可摆脱全球卫星互联网建设对全球部署地球站条件的依赖，适应于不同高度卫星轨道、不同层级星座数量、不同轨道混合组网等多种场景，其拓扑呈现出多样化的特点。

4、本发明支持软件定义波形，信关站部署的网络控制器可以远程遥控星上调制解调设备和协议处理设备，实现星上波形的自适应加载、扩展和升级，以实现对更多地面终端接入的支持。

5、本发明支持软件定义路由，信关站部署的网络控制器可以远程遥控星载路由交换设备，调整或升级路由交换策略，为地面终端提供便捷、灵活的组网服务。

附图说明

图1为软件定义天地双承载网网络架构示意图。

图2为单层星座下、不同空口体制异构接入网通过星间星地承载网互联互通的处理流程图。

图3为单层星座下、不同空口体制异构接入网通过星间星地承载网互联互通的应用场景图。

图4为多层星座下，不同轨道层级异构接入网通过星间星地承载网、核心网、地面承载网互联互通的处理流程图。

图5为多层星座下，不同轨道层级异构接入网通过星间星地承载网、核心网、地面承载网互联互通的应用场景图。

具体实施方式

下面结合附图1~5对本发明做进一步的详细说明。

一种软件定义天地双承载网，包括信关站和卫星；信关站部署协议网关、网络控制器、互联互通设备，地面不同信关站之间通过互联互通设备相互连接，构成地面承载网，不同信关站的核心网之间通过地面承载网互通；卫星星上部署星载路由交换设备、星间信号收发与处理设备、协议处理设备和调制解调设备；卫星与卫星之间通过星间链路交互信息，构成星间承载网；信关站与卫星通过馈电链路交互信息，构成星地承载网；星间承载网和星地承载网统称星间星地承载网并构成天基承载网，天基承载网与地面承载网一同构成天地双承载网；

所述星载路由交换设备负责卫星内部及卫星星间数据的路由交换转发，且支持软件定义路由交换策略；

所述星间信号收发与处理设备负责星间信号的收发与处理；

所述协议处理设备和调制解调设备支持软件定义波形；

所述互联互通设备包括交换机和路由器，是地面承载网的主要设备；

所述协议网关负责完成馈电路由、交换转发和协议转换；

所述网络控制器负责集中式路由计算及控制，通过远程遥控星上调制解调设备和协议处理设备，实现星上波形的自适应加载、扩展和升级，通过远程遥控星载路由交换设备，调整或升级路由交换策略。

进一步地，星间星地承载网用于实现基于高轨卫星节点部署、基于低轨卫星节点部署、基于单层星座或者多层星座部署，以及依托国土内基于光纤的地面承载网实现国土区域内信关站之间互联；具体方式如下：

（1）基于高轨星座的星间星地承载网网络构建；高轨星座的星间星地承载网包括GEO星间承载网、将覆盖范围拓展至全球的IGSO星间承载网和卫星到信关站的星地承载网，GEO星间承载网和IGSO星间承载网借助星地承载网进行转接互通；GEO星间承载网、IGSO星间承载网均采用常态化通联的激光微波链路；星地承载网采用常态化通联的微波链路；

（2）基于单层LEO星座的星间星地承载网网络构建；对于轨道高度相同、倾角也相同的LEO星座网络构建，同轨道面卫星星间采用全贯通激光微波链路；异轨道面星间采用全贯通或非全贯通激光微波链路；卫星和信关站之间采用动态微波连接链路；

（3）基于多层LEO星座的星间星地承载网网络构建；多层LEO星座包含至少2层不同轨道高度的星座；有两种方法解决全球通联，一是不同层的星座间设置星间链路，既构建不同层卫星间的星间承载网，通过不同层卫星间的星间承载网实现全球通联；二是不同层星间不设置星间链路，而是通过星地承载网使信号落地转接，进而实现星座内不同层间卫星的全球通联。

进一步地，支持同一轨道内、空口体制不同的异构接入网通过星间星地承载网实现互通；以单层星座内L频段和Ka频段两种空口体制的异构接入网之间互通业务为例，具体方式如下：

（1）卫星1的L频段窄带接入网终端A发起业务申请，请求与卫星3的Ka频段宽带接入网终端B互通业务。首先判断判断终端A和终端B对应的接入网空口体制是否相同。因为L频段窄带接入网和Ka频段宽带接入网空口体制不同，所以分别请求L频段窄带接入网和Ka频段宽带接入网的资源分配；

（2）资源请求完成后，依据L频段窄带接入网和Ka频段宽带接入网空口体制对信息进行解调再生处理，解调再生处理后再进行用户侧的协议处理；

（3）解调再生和用户侧协议处理完成后的信息送入星间星地承载网进行路由交换；

（4）路由交换完成后的信息再进行对端侧的星上用户协议处理，完成协议转换后，然后再依据对端侧的空口体制进行星上调制处理并发送，实现跨空口体制的互通。

进一步地，支持多层星座、跨轨道或跨协议架构的异构接入网通过星间星地承载网，并借助于地面承载网和核心网实现互通；以多层星座两个不同轨道层级的异构接入网之间互通业务为例，具体方式如下：

（1）多层星座轨道1卫星的接入网终端A发起业务申请，请求与轨道2卫星的接入网终端B互通业务；首先判断判断终端A和终端B对应的接入网空口体制是否相同。从属的卫星是否属于同层轨道，轨道1和轨道2明显层级不同，所以分别请求轨道1卫星和轨道2卫星对应的接入网信道资源；

（2）资源请求完成后，依据各自轨道层级接入网空口体制对信息进行解调再生处理，解调再生处理后再进行用户侧的协议处理；

（3）调制解调和用户侧协议处理完成后的信息依次路由至星间星地承载网、地面承载网，最后送入核心网；

（4）核心网通过对信息的协议处理完成协议转换。实现跨轨道层级的异构接入网之间的互通。

一种异构接入网的互通方法，基于如上所述的软件定义天地双承载网，支持同一轨道内、空口体制不同的异构接入网通过星间星地承载网实现互通；以单层星座内L频段和Ka频段两种空口体制的异构接入网之间互通业务为例，具体方式如下：

（1）卫星1的L频段窄带接入网终端A发起业务申请，请求与卫星3的Ka频段宽带接入网终端B互通业务。首先判断判断终端A和终端B对应的接入网空口体制是否相同。因为L频段窄带接入网和Ka频段宽带接入网空口体制不同，所以分别请求L频段窄带接入网和Ka频段宽带接入网的资源分配；

（2）资源请求完成后，依据L频段窄带接入网和Ka频段宽带接入网空口体制对信息进行解调再生处理，解调再生处理后再进行用户侧的协议处理；

（3）解调再生和用户侧协议处理完成后的信息送入星间星地承载网进行路由交换；

（4）路由交换完成后的信息再进行对端侧的星上用户协议处理，完成协议转换后，然后再依据对端侧的空口体制进行星上调制处理并发送，实现跨空口体制的互通。

一种异构接入网的互通方法，基于如上所述的软件定义天地双承载网，支持多层星座、跨轨道或跨协议架构的异构接入网通过星间星地承载网，并借助于地面承载网和核心网实现互通；以多层星座两个不同轨道层级的异构接入网之间互通业务为例，具体方式如下：

（1）多层星座轨道1卫星的接入网终端A发起业务申请，请求与轨道2卫星的接入网终端B互通业务；首先判断判断终端A和终端B对应的接入网空口体制是否相同。从属的卫星是否属于同层轨道，轨道1和轨道2明显层级不同，所以分别请求轨道1卫星和轨道2卫星对应的接入网信道资源；

（2）资源请求完成后，依据各自轨道层级接入网空口体制对信息进行解调再生处理，解调再生处理后再进行用户侧的协议处理；

（3）调制解调和用户侧协议处理完成后的信息依次路由至星间星地承载网、地面承载网，最后送入核心网；

（4）核心网通过对信息的协议处理完成协议转换。实现跨轨道层级的异构接入网之间的互通。

本发明适合于全球卫星互联网构建，包括高轨卫星互联网、中轨卫星互联网、低轨卫星互联网以及高、中、低多轨道混合全球卫星互联网构建；涉及卫星互联网的组成、架构和功能等，以及星间星地承载网和地面承载网构成的天地双承载网特点，差异化卫星接入网的接入方式，统一核心网的作用、各网之间关联与集成方式等；该方法分离了承载网和接入网、星间星地承载网与地面承载网的功能，保持星间星地承载网的稳定性、接入网的多样性以及可软件定义性、可在轨升级和扩展性。

Claims (6)

1.一种软件定义天地双承载网，包括信关站和卫星；其特征在于，信关站部署协议网关、网络控制器、互联互通设备，地面不同信关站之间通过互联互通设备相互连接，构成地面承载网，不同信关站的核心网之间通过地面承载网互通；卫星星上部署星载路由交换设备、星间信号收发与处理设备、协议处理设备和调制解调设备；卫星与卫星之间通过星间链路交互信息，构成星间承载网；信关站与卫星通过馈电链路交互信息，构成星地承载网；星间承载网和星地承载网统称星间星地承载网并构成天基承载网，天基承载网与地面承载网一同构成天地双承载网；

所述星载路由交换设备负责卫星内部及卫星星间数据的路由交换转发，且支持软件定义路由交换策略；

所述星间信号收发与处理设备负责星间信号的收发与处理；

所述协议处理设备和调制解调设备支持软件定义波形；

所述互联互通设备包括交换机和路由器；

所述协议网关负责完成馈电路由、交换转发和协议转换；

所述网络控制器负责集中式路由计算及控制，通过远程遥控星上调制解调设备和协议处理设备，实现星上波形的自适应加载、扩展和升级，通过远程遥控星载路由交换设备，调整或升级路由交换策略。

2.根据权利要求1所述的一种软件定义天地双承载网，其特征在于，星间星地承载网用于实现基于高轨卫星节点部署、基于低轨卫星节点部署、基于单层星座或者多层星座部署，以及依托国土内基于光纤的地面承载网实现国土区域内信关站之间互联；具体方式如下：

（1）基于高轨星座的星间星地承载网网络构建；高轨星座的星间星地承载网包括GEO星间承载网、将覆盖范围拓展至全球的IGSO星间承载网和卫星到信关站的星地承载网，GEO星间承载网和IGSO星间承载网借助星地承载网进行转接互通；GEO星间承载网、IGSO星间承载网均采用常态化通联的激光微波链路；星地承载网采用常态化通联的微波链路；

（2）基于单层LEO星座的星间星地承载网网络构建；对于轨道高度相同、倾角也相同的LEO星座网络构建，同轨道面卫星星间采用全贯通激光微波链路；异轨道面星间采用全贯通或非全贯通激光微波链路；卫星和信关站之间采用动态微波连接链路；

（3）基于多层LEO星座的星间星地承载网网络构建；多层LEO星座包含至少2层不同轨道高度的星座；有两种方法解决全球通联，一是不同层的星座间设置星间链路，既构建不同层卫星间的星间承载网，通过不同层卫星间的星间承载网实现全球通联；二是不同层星间不设置星间链路，而是通过星地承载网使信号落地转接，进而实现星座内不同层间卫星的全球通联。

3.根据权利要求1所述的一种软件定义天地双承载网，其特征在于，支持同一轨道内、空口体制不同的异构接入网通过星间星地承载网实现互通；具体方式如下：

（1）某接入网终端发起业务申请，判断互通对象空口体制是否相同；若互通对象与业务申请端空口体制相同时，则执行该空口体制对应的处理流程；若互通对象与业务申请端空口体制不同时，则分别请求各自空口体制对应的接入网信道资源；

（2）资源请求完成后，依据空口体制对信息进行解调再生处理，解调再生处理后再进行用户侧的协议处理，

（3）调制解调和用户侧协议处理完成后的信息送入星间星地承载网进行路由交换；

（4）路由交换至互通对端进行对端侧的用户协议处理，完成协议转换后，然后再依据互通对端的空口体制进行调制处理，实现跨空口体制的互通。

4.根据权利要求1所述的一种软件定义天地双承载网，其特征在于，支持多层星座、跨轨道或跨协议架构的异构接入网通过星间星地承载网，并借助于地面承载网和核心网实现互通；具体方式如下：

（1）某接入网终端发起业务申请，判断互通对象与业务发起端是否属于同一轨道层级；若不属于同一轨道层级，则分别请求各自轨道层级对应的接入网信道资源，若属于同一轨道层级则进一步判断是否采用了相同的协议架构，若协议架构不同，则请求各自协议架构对应的接入网信道资源；若协议架构相同，则执行本轨道层级内处理流程；

（2）资源请求完成后，依据各自轨道层级接入网空口体制对信息进行解调再生处理，解调再生处理后再进行用户侧的协议处理；

（3）调制解调和用户侧协议处理完成后的信息依次路由至星间星地承载网、地面承载网，最后送入核心网；

（4）核心网通过对信息的协议处理完成协议转换；实现跨轨道层级或协议架构不同的异构接入网之间的互通。

5.一种异构接入网的互通方法，其特征在于，基于如权利要求1所述的软件定义天地双承载网，支持同一轨道内、空口体制不同的异构接入网通过星间星地承载网实现互通；具体方式如下：

（1）某接入网终端发起业务申请，判断互通对象空口体制是否相同；若互通对象与业务申请端空口体制相同时，则执行该空口体制对应的处理流程；若互通对象与业务申请端空口体制不同时，则分别请求各自空口体制对应的接入网信道资源；

（2）资源请求完成后，依据空口体制对信息进行解调再生处理，解调再生处理后再进行用户侧的协议处理，

（3）调制解调和用户侧协议处理完成后的信息送入星间星地承载网进行路由交换；

（4）路由交换至互通对端进行对端侧的用户协议处理，完成协议转换后，然后再依据互通对端的空口体制进行调制处理，实现跨空口体制的互通。

6.一种异构接入网的互通方法，其特征在于，基于如权利要求1所述的软件定义天地双承载网，支持多层星座、跨轨道或跨协议架构的异构接入网通过星间星地承载网，并借助于地面承载网和核心网实现互通；具体方式如下：

（1）某接入网终端发起业务申请，判断互通对象与业务发起端是否属于同一轨道层级；若不属于同一轨道层级，则分别请求各自轨道层级对应的接入网信道资源，若属于同一轨道层级则进一步判断是否采用了相同的协议架构，若协议架构不同，则请求各自协议架构对应的接入网信道资源；若协议架构相同，则执行本轨道层级内处理流程；

（2）资源请求完成后，依据各自轨道层级接入网空口体制对信息进行解调再生处理，解调再生处理后再进行用户侧的协议处理；

（3）调制解调和用户侧协议处理完成后的信息依次路由至星间星地承载网、地面承载网，最后送入核心网；

（4）核心网通过对信息的协议处理完成协议转换；实现跨轨道层级或协议架构不同的异构接入网之间的互通。

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