CN115915138A - 一种共享5g天地一体化网络信令交互架构的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种共享5G天地一体化网络信令交互架构的方法。基于5G核心网功能框架，使得用于可信卫星发现的可公开数据通过本发明提出的交互架构及方法可被注册到5G核心网中，地面基站对卫星搜星及选择时，利用可信卫星注册在5G核心网的可信信息加快搜星速度，提高卫星链路服务，并对可疑卫星进行过滤。本发明提出的异系统网络共享可公开信息的数据管道架构及交互方法，有效提升5G在天地一体化架构下卫星搜星速度，提升卫星链路可用性，降低卫星在异构系统地面网络鉴权复杂度，通过重用5G系统已有网络功能进一步降低网络部署成本并保证效率。其实现方法简单，手段灵活，在与5G组网的异构系统架构下服务质量能够得到保障。

Description

一种共享5G天地一体化网络信令交互架构的方法

技术领域

本发明涉及计算机网络和通信技术领域，尤其涉及一种共享5G天地一体化网络信令交互架构的方法。

背景技术

目前3GPP第五代通信系统（5G）将空间通信网络（NTN non-terrestrialnetworks）集成到全球标准化无线体系来给无法使用地面网络区域提供服务连续性以及通过卫星大覆盖区域特性来拓展服务的可扩展性。

用户通过空口连接到5G基站（gNB），5G基站的回传网络由卫星中继提供连接到远端5G核心网，用户最终通过由卫星中继的5G数据管道连接到数据网络（DN）。需要注意的是，5G系统和作为5G回传网络中继节点的卫星系统是完全独立的，由各自的核心网进行控制。两套系统间目前并没有信令交互的架构和方法。5G地面基站寻找中继卫星的方式往往取决于预配置文件，该配置信息属于节点信息，只能由5G网管系统手动更改。

因此，现有与5G组网构成空地一体化的卫星系统存在以下几点问题：

（1）与5G组网的异系统间可公开数据无法共享，跨系统间已有功能无法重用，无数据共享架构及系统流程。

（2）5G地面基站搜星采用卫星预配置方式，任意卫星信息变动都需要对该gNB配置文件进行更改，无法融入基于5G eSBA（enhanced Service-based Architecture）架构的网元管理体系。

（3）5G地面站以网元节点角度搜索卫星时，无法重用NRF功能，对配置表外卫星及卫星连接鉴权无法采用5G已有安全体系。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种共享5G天地一体化网络信令交互架构的方法，用于解决现有与5G组网的异系统架构上无法实现信息以及功能共享的问题。

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：一种共享5G天地一体化网络信令交互架构的方法，包含以下步骤：

S1：卫星将自身可用于卫星发现的信息通过5G核心网络的网络暴露功NEF注册到网络数据仓库网元NRF中；

S2：5G地面基站在与卫星端建立连接及更新时对所需连接的卫星进行搜星，获取网络数据仓库网元NRF中卫星的的注册信息；

S3：5G地面基站用从网络数据仓库网元NRF注册信息中发现并选择卫星或卫星实例，通过网络数据仓库网元NRF获取当前选择的卫星或卫星实例的连接令牌，通过连接令牌验证在卫星端的5G地面基站的连接请求的合法性；验证通过则放行当前5G地面基站连接请求，继续连接建立或更新流程；验证不通过则拒绝该5G地面站连接请求，连接失败。

所述卫星实例是指在卫星支持网络功能虚拟化情况下功能关联的虚拟化标识。

作为优选，所述步骤S1包含以下步骤：

S1.1：卫星把自己作为5G核心网网元，通过自身的可被用于网络数据仓库NRF发现服务的参数集合为5G核心网网络数据仓库网元NRF提供搜星流程所需的服务信息；

S1.2：5G核心网网络数据仓库网元NEF将卫星提供的可被用于网络数据仓库NRF发

现服务的参数集合通过网络数据仓库网元NRF的网元管理服务中的网元注册服务流程注册到5G核心网网络数据仓库网元NRF中，并在网络数据仓库网元NRF上生成与卫星标识或卫星实例对应的授权连接令牌。

作为优选，所述可被用于网络数据仓库NRF发现服务的参数集合包括卫星提供的服务类型、卫星身份标识、卫星在融合网络中的网络标识信息、支持的网络切片信息、在卫星支持网络功能虚拟化情况下功能关联的虚拟化标识。

所述卫星提供的服务信息包括接入角度、时间、地理位置、卫星支持的地面站接入方式、卫星的负载状态、卫星能提供的回传网络核心网连接信息、卫星可中继连接的数据网络名字。

作为优选，所述步骤S2包含以下步骤：

S2.1：5G地面基站建立或修改卫星中继管道并进行卫星搜星流程，网络数据仓库网元

NRF根据卫星的发现参数注册信息返回对应的卫星节点配置文件；

S2.2：5G地面基站根据算法选择卫星。

作为优选，所述卫星节点配置文件包含至少一个卫星信息或卫星实例信息。

作为优选，所述算法包括round-robin算法。

作为优选，所述步骤S3包含以下步骤：

S3.1：5G地面基站通过网络数据仓库网元NRF的连接令牌服务对选择的卫星发起令

牌连接请求，所述令牌连接请求中携带对应的访问令牌；

S3.2：5G地面基站与所选择卫星建立连接后，如果访问令牌功能开启但5G地面基站

并未从网络数据仓库网元NRF获取与访问令牌对应的连接令牌，此时非法；5G地面基站将发起新的卫星搜星流程，并用从网络数据仓库网元NRF新获得的卫星发现参数注册信息去获取对应的连接令牌。

本发明的有益效果是，提出了与5G组网的异构系统间信息共享架构以及重用5G已有功能的方法，使得新加入节点（卫星）作为5G网元功能融入5G eSBA架构，重用已有5G功能及流程，这有效降低了整体网络设备硬件及运维成本。

同时对比目前卫星与5G组网传统方案，本发明有效减少5G天地一体化系统搜星配置文件操作复杂度，把异构系统可共享数据关联部分卫星网元管理功能融入到5G现有系统中，缩短5G地面基站搜星时间，提高基站和卫星连接管道安全性，提升整体异构服务系统的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为天地一体化网络系统架构图；

图2为本发明实施例1的具体步骤流程图；

图3为本发明实施例1的网元搜星流程图；

图4为本发明实施例1的NEF功能概况图；

图5为本发明实施例1的网元间令牌通信流程图；

图6为本发明实施例1的卫星注册可被发现信息到5G核心网的流程图；

图7为本发明实施例1的卫星搜星流程图；

图8为本发明实施例1的连接令牌获取流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。

如图1所示，为天地一体化网络系统架构图，由多颗卫星组成卫星核心网，用户通过空口连接到5G基站（gNB），5G基站的回传网络由卫星中继提供并连接到远端5GC核心网，用户最终通过由卫星中继的5G数据管道连接到数据网络（DN）。

基于上述架构，本发明提出一种共享5G天地一体化网络信令交互架构的方法，包含以下步骤：

S1：卫星将自身可用于卫星发现的信息通过5G核心网络的网络暴露功NEF注册到网络数据仓库网元NRF中；

S2：5G地面基站在与卫星端建立连接及更新时对所需连接的卫星进行搜星，获取网络数据仓库网元NRF中卫星的的注册信息；

S3：5G地面基站用从网络数据仓库网元NRF注册信息中发现并选择卫星或卫星实例，通过网络数据仓库网元NRF获取当前选择的卫星或卫星实例的连接令牌，通过连接令牌验证在卫星端的5G地面基站的连接请求的合法性；验证通过则放行当前5G地面基站连接请求，继续连接建立或更新流程；验证不通过则拒绝该5G地面站连接请求，连接失败。

所述卫星实例是指在卫星支持网络功能虚拟化情况下功能关联的虚拟化标识。

所述步骤S1包含以下步骤：

S1.1：卫星把自己作为5G核心网网元，通过自身的可被用于网络数据仓库NRF发现服务的参数集合为5G核心网网络数据仓库网元NRF提供搜星流程所需的服务信息；

S1.2：5G核心网网络数据仓库网元NEF将卫星提供的可被用于网络数据仓库NRF发

现服务的参数集合通过网络数据仓库网元NRF的网元管理服务中的网元注册服务流程注册到5G核心网网络数据仓库网元NRF中，并在网络数据仓库网元NRF上生成与卫星标识或卫星实例对应的授权连接令牌。

所述卫星提供的服务信息包括接入角度、时间、地理位置、卫星支持的地面站接入方式、卫星的负载状态、卫星能提供的回传网络核心网连接信息、卫星可中继连接的数据网络名字。

所述可被用于网络数据仓库NRF发现服务的参数集合包括卫星提供的服务类型、卫星身份标识、卫星在融合网络中的网络标识信息、支持的网络切片信息、在卫星支持网络功能虚拟化情况下功能关联的虚拟化标识。

所述步骤S2包含以下步骤：

S2.1：5G地面基站建立或修改卫星中继管道并进行卫星搜星流程，网络数据仓库网元

NRF根据卫星的发现参数注册信息返回对应的卫星节点配置文件；所述卫星节点配置文件包含至少一个卫星信息或卫星实例信息。

S2.2：5G地面基站根据round-robin算法选择卫星。

所述步骤S3包含以下步骤：

S3.1：5G地面基站通过网络数据仓库网元NRF的连接令牌服务对选择的卫星发起令

牌连接请求，所述令牌连接请求中携带对应的访问令牌；

S3.2：5G地面基站与所选择卫星建立连接后，如果访问令牌功能开启但5G地面基站

并未从网络数据仓库网元NRF获取与访问令牌对应的连接令牌，此时非法；5G地面基站将发起新的卫星搜星流程，并用从网络数据仓库网元NRF新获得的卫星发现参数注册信息去获取对应的连接令牌。

实施例1

如图2所示，本发明的一种共享5G天地一体化网络信令交互架构的方法，具体实施步骤如下：

步骤一：卫星在融合异构系统中将自己作为5G核心网网元，通过5G核心网网络暴露功能（NEF）将自己的信息注册到5G核心网中。

该步骤是本发明的核心，分为以下子步骤:

1)卫星通过5G核心网NEF节点的参数推送服务（ParameterProvision）将自身的可被用于网络数据仓库NRF发现服务的参数集合传入5G核心网的服务，该信息为卫星可公开被发现的数据，包括卫星提供的服务类型、卫星身份标识、卫星在融合网络中的网络标识信息、支持的网络切片信息、在卫星支持网络功能虚拟化情况下功能关联的虚拟化标识。

2)NEF通过网元NRF提供的网络管理功能（NFManagement）中的网络功能注册（NFRegister）服务，将该卫星可被用于网络数据仓库NRF发现服务的参数集合注册到NRF上，并在NRF上生成对应的授权连接令牌。

3)可被用于网络数据仓库NRF发现服务的参数集合注册成功，该卫星或卫星实例可在NRF上通过对应的参数查找，该卫星或卫星实例的连接令牌可通过NRF连接令牌服务获取。

步骤二：5G地面基站通过预配置表完成搜星并建立与5G核心网的初始连接，该初始连接为默认连接，非本申请提出的基于NRF查找的安全中继管道连接。该步骤为5G地面基站获取与5G核心网NRF的连接并能通过NRF进行卫星搜星。

步骤三：5G地面基站通过空口侧获得的用户参数，及从5G核心网对应网元获取的签约及鉴权参数根据一定算法（如round-robin算法）组合筛选或处理成为发现目标卫星的查询参数，并把该查询参数插入到卫星发现请求中并发送到NRF进行目标卫星搜寻，该条查询通过步骤二建立的默认卫星中继连接发送。

步骤四：5G基地从NRF回复中收到对应卫星实例并保存到本地缓存（cache）中以便后续使用，该cache应具有时效性，比如利用到期时间等计时器来保障时效性。该条NRF的回复消息通过步骤二建立的默认卫星中继连接接收。

步骤五：5G基站根据算法选择至少一个卫星或卫星实例，通过NRF的连接令牌服务拿到与访问令牌对应的连接令牌，该过程同样通过步骤二建立的默认连接传输。

步骤六：5G基站拿到选择的中继卫星的连接令牌后，携带该连接令牌并建立更新该条新卫星中继链接，此时默认连接可释放。

图3为步骤一的网元搜星流程图，具体实施步骤如下：

（1）NF_A 把网元实例（Network Instance）配置文件（Profile）及关联参数注册到NRF，NRF返回成功以确认NF_A成功注册。NRF本身具备注册信息防止修改功能，网元节点一旦成功注册后，NRF无法对该注册信息进行修改，保护网元节点信息安全。

（2）NF_B 需要和NF_A进行通信进行相关功能交互，NF_B首先把要寻找的网元实例关联参数发送到NRF,NRF根据网络功能节点实例参数注册信息返回对应的网络功能节点配置文件，该配置文件包含一个或多个网元实例信息。

（3）网络功能节点B根据round-robin算法选择实例并连接该实例（NF_A）进行通信。

图4为NEF功能概况图，5G核心网仅支持外部应用功能（AF ApplicationFunction）通过网络暴露功能节点（NEF Network Expose Function）的参数提供服务（ParameterProvision）服务提供部分终端（UE User Equipment）服务参数。同时NEF和NRF间网络管理服务（NFManagement）的注册服务接口（NFRegister）无代理（Proxy）注册接口，外部网元不能通过NEF将自身注册到NRF中。

此外NRF提供网元实例的连接令牌（Access Token）服务。通过令牌服务，服务使用方（NF_B）仅可在NRF提供授权令牌情况下和服务提供方（NF_A）进行连接，如图5所示，具体实施步骤如下：

（1）NF_B从NRF拿到对应请求参数的服务提供方（NF_A）的查找到的实例后，选择一个服务提供方实例并通过连接令牌服务为对应实例请求授权的连接令牌。

（2）NF_B从NRF获得对应服务提供方实例标识（ID Identity）的连接令牌后，服务请求消息必须携带对应对端服务提供商的连接令牌进行通信。如果连接令牌功能开启但服务使用方（NF_B）并未从NRF的连接令牌服务中拿到对应服务提供方实例标识的连接令牌，此时连接非法。

步骤一对可被用于5G核心网网络数据仓库网元NRF发现业务流程的发现参数合集进行注册，流程如图6所示，具体实施步骤如下：

（1）卫星把自己作为5G核心网网元，通过自身的可被用于网络数据仓库NRF发现服务的参数集合为5G核心网网络数据仓库网元NRF提供搜星流程所需的服务信息，该卫星提供的参数集合应包含发现参数与卫星或卫星实例的映射内容。

（2）5G核心网NEF将卫星提供的卫星发现参数与卫星映射内容通过NRF的网元管理（NFManagement）服务中的网元注册（NFRegister）服务流程注册到5G核心网NRF中。

步骤二中的卫星搜星的流程如图7所示，具体实施步骤如下：

（1）5G地面基站在建立或修改卫星中继管道对卫星进行搜星流程，NRF根据中继卫星的发现参数注册信息返回对应的卫星节点配置文件，该配置文件包含一个或多个卫星或卫星实例信息。

（2）5G地面基站根据算法（例如round-robin）选择卫星。

步骤五中的连接令牌的获取流程如图8所示，具体实施步骤如下：

（1）5G地面基站从NRF获得卫星或卫星实例后，通过算法选择中继卫星A并通过NRF的连接令牌服务为中继卫星A请求连接令牌。

（2）5G地面基站从NRF获得中继卫星A的Access Token后，服务请求消息必须携带对应令牌。如果access Token 功能开启但地面基站并未从NRF获取中继卫星A的连接令牌，此时非法。5G地面基站将新发起中继卫星搜星过程，并用从NRF新获得的卫星ID去获取对应令牌。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种共享5G天地一体化网络信令交互架构的方法，其特征在于，包含以下步骤：

S1：卫星将自身可用于卫星发现的信息通过5G核心网络的网络暴露功NEF注册到网络数据仓库网元NRF中；

S2：5G地面基站在与卫星端建立连接及更新时对所需连接的卫星进行搜星，获取网络数据仓库网元NRF中卫星的的注册信息；

S3：5G地面基站用从网络数据仓库网元NRF注册信息中发现并选择卫星或卫星实例，通过网络数据仓库网元NRF获取当前选择的卫星或卫星实例的连接令牌，通过连接令牌验证在卫星端的5G地面基站的连接请求的合法性；验证通过则放行当前5G地面基站连接请求，继续连接建立或更新流程；验证不通过则拒绝该5G地面站连接请求，连接失败；

所述卫星实例是指在卫星支持网络功能虚拟化情况下功能关联的虚拟化标识。

2.根据权利要求1所述的一种共享5G天地一体化网络信令交互架构的方法，其特征在于，所述步骤S1包含以下步骤：

S1.1：卫星把自己作为5G核心网网元，通过自身的可被用于网络数据仓库NRF发现服务的参数集合为5G核心网网络数据仓库网元NRF提供搜星流程所需的服务信息；

S1.2：5G核心网网络数据仓库网元NEF将卫星提供的可被用于网络数据仓库NRF发

现服务的参数集合通过网络数据仓库网元NRF的网元管理服务中的网元注册服务流程注册到5G核心网网络数据仓库网元NRF中，并在网络数据仓库网元NRF上生成与卫星标识或卫星实例对应的授权连接令牌。

3.根据权利要求2所述的一种共享5G天地一体化网络信令交互架构的方法，其特征在于，所述可被用于网络数据仓库NRF发现服务的参数集合包括卫星提供的服务类型、卫星身份标识、卫星在融合网络中的网络标识信息、支持的网络切片信息、在卫星支持网络功能虚拟化情况下功能关联的虚拟化标识。

4.根据权利要求1所述的一种共享5G天地一体化网络信令交互架构的方法，其特征在于，所述卫星提供的服务信息包括接入角度、时间、地理位置、卫星支持的地面站接入方式、卫星的负载状态、卫星能提供的回传网络核心网连接信息、卫星可中继连接的数据网络名字。

5.根据权利要求1所述的一种共享5G天地一体化网络信令交互架构的方法，其特征在于，所述步骤S2包含以下步骤：

S2.1：5G地面基站建立或修改卫星中继管道并进行搜星流程，网络数据仓库网元

NRF根据卫星的发现参数注册信息返回对应的卫星节点配置文件；

S2.2：5G地面基站根据算法选择卫星。

6.根据权利要求5所述的一种共享5G天地一体化网络信令交互架构的方法，其特征在于，所述卫星节点配置文件包含至少一个卫星信息或卫星实例信息。

7.根据权利要求5所述的一种共享5G天地一体化网络信令交互架构的方法，其特征在于，所述算法包括round-robin算法。

8.根据权利要求1所述的一种共享5G天地一体化网络信令交互架构的方法，其特征在于，所述步骤S3包含以下步骤：

S3.1：5G地面基站通过网络数据仓库网元NRF的连接令牌服务对选择的卫星发起令

牌连接请求，所述令牌连接请求中携带对应的访问令牌；

S3.2：5G地面基站与所选择卫星建立连接后，如果访问令牌功能开启但5G地面基站

并未从网络数据仓库网元NRF获取与访问令牌对应的连接令牌，此时非法；5G地面基站将发起新的卫星搜星流程，并用从网络数据仓库网元NRF新获得的卫星发现参数注册信息去获取对应的连接令牌。

Images