CN117118495B - 天基通算一体化网络系统、遥感数据在轨处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种天基通算一体化网络系统，系统包括依次连接的天基接入卫星、天基承载网、天基核心网和卫星边缘计算集群；天基接入卫星包括多颗低轨卫星，用于为外部的遥感卫星、用户提供天基空口接入；天基承载网包括多颗具备星间链路的卫星，天基承载网为天基接入卫星连接至天基核心网的路由；天基核心网用于对遥感卫星和用户进行注册管理、会话管理和移动性管理，以及将已注册到天基核心网的遥感卫星产生的遥感数据和数据处理方式分流到卫星边缘计算集群；卫星边缘计算集群用于根据数据处理方式调用对应的算法模型组件对遥感数据进行融合处理，生成并存储遥感产品，其中卫星边缘计算集群内置有不同类型的算法模型组件。
Description
技术领域
本发明主要涉及卫星网络与计算技术，尤其涉及一种天基通算一体化网络系统、遥感数据在轨处理方法和跨星数据转发方法。
背景技术
遥感观测已成为当前最为活跃的航天任务之一，广泛应用于国土勘察、气象监测、海洋观测、灾害预警、国防等领域。根据所搭载传感器类型的不同，遥感卫星包括光学卫星、红外、SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)、高光谱等多种类型，所产生的原始观测数据具有数据量大、多源异构的特点，如果将其直接下行到地面数据中心进行处理，将占用大量宝贵的星地链路带宽，导致较长的任务时延。随着当前低轨卫星互联网星座和在轨处理能力的快速发展，遥感卫星在轨数据处理和中继分发技术可以缓解星地链路带宽压力，极大提升遥感任务的时效性。
专利CN114696887A提出了一种包含天基边缘节点+天基端节点的两层处理架构，完成在轨处理任务的调度、数据处理和多源信息融合，以及在轨初级产品生产和在轨定制产品的生产。该发明通过多星协同完成复杂的在轨数据处理任务，可提高遥感任务时效性。
上述方案可以为遥感卫星提供较强的在轨计算能力，缩短任务时延，但需要遥感系统建立独立的在轨处理体系，提高了其部署成本，并且只能提供特定的、预部署的处理算法，限制了在轨遥感数据处理的灵活性和效率。
发明内容
本发明要解决的技术问题是当前遥感系统需要在轨处理数据时，需要建立专门的在轨处理体系，而且在轨处理体系只能提供特定的处理算法，限制了在轨遥感数据处理的灵活性和效率。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种天基通算一体化网络系统，该天基通算一体化网络系统在有效管理所接入遥感卫星的同时，能为其提供跨星数据转发、遥感数据在轨计算和遥感产品分发能力，同时面向不同的数据处理需求提供多样化、可扩展可更新的算法推理模型。其中网络系统包括通过激光链路或微波链路依次连接的天基接入卫星、天基承载网、天基核心网和卫星边缘计算集群；所述天基接入卫星包括多颗低轨卫星，用于为外部的遥感卫星、用户提供天基空口接入，所述用户包括空间用户、天空用户、地面用户和海洋用户；所述天基承载网包括多颗具备星间链路的卫星，所述天基承载网为所述天基接入卫星连接至天基核心网的路由；所述天基核心网用于对遥感卫星和用户进行注册管理、会话管理和移动性管理，以及将已注册到所述天基核心网的遥感卫星产生的遥感数据和数据处理方式分流到所述卫星边缘计算集群；所述卫星边缘计算集群用于根据所述数据处理方式调用对应的算法模型组件对所述遥感数据进行融合处理，生成并存储遥感产品，其中所述卫星边缘计算集群内置有不同类型的算法模型组件。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种遥感数据在轨处理方法，适用于如上所述的网络系统，方法包括：天基接入卫星接收遥感卫星发送的注册请求并将注册请求转发给所述天基核心网；所述天基核心网根据所述注册请求对所述遥感卫星进行鉴权认证，当鉴权认证通过后，将所述遥感卫星注册到所述天基核心网中；所述天基核心网接收已注册的遥感卫星产生的遥感数据及数据处理方式，并转发给所述卫星边缘计算集群；所述卫星边缘计算集群用于根据所述数据处理方式调用对应的算法模型组件对所述遥感数据进行融合处理，生成并存储遥感产品。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种跨星数据转发方法，适用于上所述的网络系统，其中，第一遥感卫星和第二遥感卫星都已注册到天基核心网中，第一遥感卫星与所在区域的第一天基接入卫星已建立连接，跨星数据转发方法包括：所述第一遥感卫星向所述天基核心网发起向第二遥感卫星的数据传输请求；所述天基核心网接收到所述数据传输请求后根据第二遥感卫星预先提供的历史位置和星历信息，向相应空域发送寻呼消息寻呼所述第二遥感卫星；所述第二遥感卫星侦听接收到所述寻呼消息后，与所在区域的第二天基接入卫星建立连接；所述第二遥感卫星向所述天基核心网发送连接请求，所述天基核心网接收到所述连接请求后恢复与所述第二遥感卫星的网络连接；所述第一遥感卫星与所述第二遥感卫星通过所述天基移动通信系统进行数据转发，其中所述天基移动通信系统包括所述天基接入卫星、所述天基承载网和所述天基核心网。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明的天基通算一体化网络系统通过天基接入卫星、天基承载网和天基核心网，能对接入遥感卫星和用户进行有效管理，且可以支持多个遥感卫星之间数据转发；通过天基核心网和卫星边缘计算集群可以对遥感数据在轨处理并支持根据用户需求按需分发遥感产品，本发明能有效降低遥感卫星系统在轨数据处理成本、提高遥感系统的建设效率和任务时效性；通过地面网关站和地面管理中心可以对卫星边缘计算集群中的算法模型组件进行拓展或更新，可以满足不同的数据处理需求。
附图说明
包括附图是为提供对本申请进一步的理解，它们被收录并构成本申请的一部分，附图示出了本申请的实施例，并与本说明书一起起到解释本发明原理的作用。附图中：
图1是根据本发明一实施例的天基通算一体化网络系统的系统框图；
图2是图1优化实施例的天基通算一体化网络系统的系统框图；
图3是遥感卫星接入天基通算一体化网络系统进行在轨数据处理的时序图；
图4是遥感卫星注册到天基核心网的一实施例的时序图；
图5是地面用户向天基通算一体化网络系统请求遥感产品的时序图；
图6是遥感数据在轨处理方法的一实施例的流程图；
图7是图6优化实施例的遥感数据在轨处理方法的流程图；
图8是两颗遥感卫星之间进行数据传输的时序图；
图9是根据本发明一实施例的跨星数据转发方法的流程图。
具体实施方式
为了更清楚地说明本申请的实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些示例或实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图将本申请应用于其他类似情景。除非从语言环境中显而易见或另做说明，图中相同标号代表相同结构或操作。
本发明提出一种面向遥感卫星的天基通算一体化网络系统，在有效管理所接入遥感卫星的同时，能为其提供通用的数据在轨处理、通信转发和遥感产品分发能力，同时面向不同的数据处理需求提供多样化、可扩展可更新的算法推理模型。本发明能有效降低遥感卫星系统在轨数据处理成本、提高遥感系统的建设效率和任务时效性。
图1是根据本发明一实施例的天基通算一体化网络系统的系统框图。如图1所示，天基通算一体化网络系统100包括通过激光链路或微波链路依次连接的天基接入卫星11、天基承载网12、天基核心网13和卫星边缘计算集群14。天基接入卫星11、天基承载网12、天基核心网13构成天基移动通信系统。其中，天基接入卫星11由搭载天基移动通信接入网模块的多颗低轨卫星构成，为中高轨遥感卫星以及用户提供空中接口，其中用户包括空间用户、天空用户、地面用户和海洋用户。图1中仅示出了地面用户，其他类型的用户可参考地面用户。如图1所示，外部的遥感卫星和地面用户通过微波链路连接天基接入卫星11。天基承载网12包括多颗具备星间链路的卫星。天基承载网12作为天基接入卫星11连接至天基核心网13的路由。换而言之，天基接入卫星11通过多跳中继路由连接至天基核心网13。天基核心网13由具备星载计算能力的单颗或多颗卫星组成。天基核心网13用于对遥感卫星和用户进行注册管理、会话管理和移动性管理，以及将已注册到天基核心网13的遥感卫星产生的遥感数据和数据处理方式分流到卫星边缘计算集群14。卫星边缘计算集群14由具备计算和协同能力的多颗卫星组成，并包括CPU、GPU、DSP在内的多种异构计算资源及存储资源，用于根据数据处理方式调用对应的算法模型组件对遥感数据进行融合处理，生成并存储遥感产品，其中卫星边缘计算集群内置有不同类型的算法模型组件，算法模型组件包括但不限于目标监测算法、语义分割算法和地物变化监测算法。
在本实施例中，天基核心网13采用数据面和控制面分离架构，并基于NFV(NetworkFunction Virtualization，网络功能虚拟化)技术来实例化网元。天基核心网13包括AMF网元131、SMF网元132、UDM网元133和UPF网元134。其中AMF(Access and Mobility Function，接入和移动性管理功能)网元131用于管理遥感卫星和用户的接入鉴权和移动性；SMF(Session Management Function，会话管理功能)网元132用于管理接入遥感卫星和用户的会话；UDM(Unified Data Management，统一数据管理)网元133用于存储遥感卫星和用户的注册信息、服务网元注册等；UPF(User Plane Function，用户面功能)网元134用于数据分流、路由转发、流量统计与检测等。其中UPF网元134为遥感卫星和用户提供与卫星边缘计算集群14之间的业务数据通路。UPF网元134可基于NFV技术灵活部署在不同低轨卫星上，提供就近快速的转发。其他控制面网元(AMF网元131、SMF网元132、UDM网元133)可部署在中高轨卫星上，从而获得对用户面的全局管控能力。
可选地，为了便于管理集群资源并部署上层算法，卫星边缘计算集群14中可以指定一颗卫星担任中心服务器，作为业务和管理锚点，其他担任计算节点。中心服务器用于根据当前各计算节点的任务负载、节点位置和节点间链路带宽将遥感数据分配到集群中的多个节点上，多个节点以协作方式完成算法模型组件对遥感数据进行融合处理，生成遥感产品。
图2是图1优化实施例的天基通算一体化网络系统的系统框图。如图2所示，天基通算一体化网络系统200还包括地面网关站15和地面管理中心16。地面网关站15通过星地链路与天基核心网13连接。地面管理中心16与地面网关站15有线连接(例如通过光纤有线连接)。地面管理中心16通过地面网关站15与天基核心网13和卫星边缘计算集群14连接，用于将训练好的新算法模型组件发送至卫星边缘计算集群，实现算法模型组件的拓展或更新。新算法模型组件可以提前在地面预训练好。在本实施例中，地面网关站15包括UPF网元151、PCF(Policy Control Function，策略控制功能)网元152、UDM网元153和SMF网元154。UPF网元151用于地面网关与天基核心网之间的数据交换和分流，并控制地面管理中心16与卫星边缘计算集群14的数据交互。PCF网元152用于管理地面网关站15和天基核心网13中其他核心网元的策略、QoS控制、业务检测等；UDM网元153用于备份用户注册信息和服务网元注册等；SMF网元154用于管理经过地面网关站的会话。
本发明的天基通算一体化网络系统通过地面网关站和地面管理中心可以对卫星边缘计算集群中的算法模型组件进行拓展或更新，可以面向不同的数据处理需求。
为了便于理解本发明天基通算一体化网络系统的工作原理，下面以利用天基通算一体化网络系统为遥感卫星系统提供在轨计算的方法为例，进行流程说明。图3是遥感卫星接入天基通算一体化网络系统进行在轨数据处理的时序图。如图3所示，假设此时外部遥感卫星尚未接入天基通算一体化网络系统，其接入系统并进行数据智能处理的流程如下：
S31：遥感卫星执行某观测任务，生成原始观测数据(遥感数据)。根据遥感卫星所搭载传感器类型以及协作方式的不同，该数据可以是多源、异构的，且数据量较大，直接将其下发到地面站处理会占用稀缺的星地链路带宽。
S32：遥感卫星执行随机接入流程与所属范围的一颗天基接入卫星建立连接，并向天基核心网发送注册请求；
S33：天基接入卫星将遥感卫星的注册请求发送到天基核心网，经过天基核心网的鉴权、认证等流程，遥感卫星成功注册到天基核心网中，从而获得网络服务。
S34：遥感卫星基于IP寻址，通过天基核心网向卫星边缘计算集群的中心服务器发起计算任务请求。
S35：中心服务器接收计算任务请求并返回应答，遥感卫星与卫星边缘计算集群建立业务连接。
S36：遥感卫星将原始观测数据经天基移动通信网络(包括天基接入卫星、天基承载网和天基核心网)传输到卫星边缘计算集群中，并告知其所需要的数据(融合)处理方式；
S37：卫星边缘计算集群接收到该原始观测数据后，中心服务器根据当前各计算节点的任务负载、节点位置、节点间链路带宽等信息，基于策略Ω将数据分配到集群中的计算节点集合N中(N为大于1的正整数)，并从算法模型库中调用前述所需数据处理方式对应的合适的算法模型组件，使|N|个计算节点以协作方式完成计算，生成遥感产品。
图中的步骤S30表示，天基核心网会定期通过星地链路与地面网关站进行注册库等信息的同步，卫星边缘计算集群则会利用星地UPF网元(UPF网元134和UPF网元151)的数据转发功能，定期与地面管理中心同步资源状态等信息，并更新算法模型组件。此外，图3中的步骤S31和S32可以在一定程度上同步进行，即遥感卫星若提前预知其无法在本地完成数据处理任务，可以在生成观测数据的同时与所提系统建立网络连接，从而缩短其产生最终遥感产品的时间。
其中图2和图3中遥感卫星注册到天基核心网的过程可参考图4。图4是遥感卫星注册到天基核心网的时序图。如图4所示，假设此时遥感卫星已经与所在区域的天基接入卫星建立连接。其中，步骤S40～S49中的AMF网元、SMF网元、UDM网元和UPF网元都是指天基核心网的网元，PCF网元可以是地面核心网的PCF网元或天基核心网的PCF网元。注册流程包括：
S40：遥感卫星向所在区域天基接入卫星发起注册请求，其中注册请求包括自身的身份标识；
S41：天基接入卫星通过天基承载网(未示出)将注册请求转发至天基核心网中的AMF网元；
S42：AMF网元向UDM网元发起鉴权请求；
S43：UDM网元通过鉴权认证后，返回鉴权认证信息至AMF网元，鉴权认证信息包括身份验证数据和安全等相关信息；
S44：AMF网元向PCF网元请求创建策略关联并检索用户策略和移动性控制策略，更新AMF网元与SMF网元关联从而支持会话，其中PCF网元可以是地面核心网的PCF网元或天基核心网的PCF网元。如图2所示，AMF网元131向地面核心网的PCF网元152请求创建策略关联并检索用户策略和移动性控制策略；当天基通算一体化网络系统不包括地面网关和地面管理中心(如图1所示的天基通算一体化网络系统100)，可以在天基核心网13中部署PCF网元，AMF网元向天基核心网的PCF网元请求创建策略关联并检索用户策略和移动性控制策略，更新AMF与SMF关联从而支持会话；
S45：SMF网元响应策略关联信息给AMF网元；
S46：天基核心网的SMF网元向自身的UPF网元发起会话修改请求；
S47：UPF网元回复会话请求给SMF网元，从而UPF数据面可以响应SMF控制面；
S48：SMF网元向AMF网元通知会话管理上下文已更新，包括会话建立结果、遥感卫星IP地址、会话ID等信息；
S49：AMF网元通过天基接入卫星向遥感卫星回复注册接收信息。
本发明的天基通算一体化网络系统还可以为用户提供遥感产品分发，其中用户包括空间用户、天空用户、地面用户和海洋用户。以地面用户为例，说明天基通算一体化网络系统为用户提供遥感产品分发的过程。图5是地面用户向天基通算一体化网络系统请求遥感产品的时序图。如图5所示，地面用户请求遥感产品包括如下步骤：
S51：卫星边缘计算集群将生成的遥感产品缓存在集群的存储资源中。可选地，卫星边缘计算集群根据历史任务执行、历史请求和存储资源占用情况定期更新所缓存的遥感产品；
S52：地面用户通过随机接入流程与所在区域的天基接入卫星建立连接；
S53：地面用户经注册、鉴权等流程接入到天基核心网，与系统建立网络连接；
S54：地面用户基于IP寻址，经天基移动通信系统向卫星边缘计算集群的中心服务器发送业务请求；
S55：中心服务器接收业务请求后返回应答给地面用户，从而建立业务连接；
S56：地面用户向中心服务器发起对某个遥感产品内容请求；
S57(图5中未示出)：中心服务器在集群存储资源中检索该遥感产品内容：
S571：若内容命中，则将其通过天基移动通信系统分发至地面用户；
S572：若内容未命中，则向地面用户返回请求无效应答。
参考图3和图5，本申请还提出一种适用于天基通算一体化网络系统的遥感数据在轨处理方法。图6是遥感数据在轨处理方法的一实施例的流程图。如图6所示，遥感数据在轨处理方法600包括：
步骤S61：天基接入卫星接收遥感卫星发送的注册请求并将注册请求转发给天基核心网；
步骤S62：天基核心网根据注册请求对遥感卫星进行鉴权认证，当鉴权认证通过后，将遥感卫星注册到天基核心网中；
步骤S63：天基核心网接收已注册的遥感卫星产生的遥感数据及数据处理方式，并转发给卫星边缘计算集群；
步骤S64：卫星边缘计算集群用于根据数据处理方式调用对应的算法模型组件对遥感数据进行融合处理，生成并存储遥感产品。
可选地，遥感数据在轨处理方法600还包括步骤：卫星边缘计算集群根据当前各计算节点的任务负载、节点位置和节点间链路带宽将遥感数据分配到多个计算节点上，多个计算节点以协作方式完成算法模型组件对遥感数据进行融合处理，生成遥感产品。
图7是图6优化实施例的遥感数据在轨处理方法的流程图。如图7所示，相比于遥感数据在轨处理方法600，遥感数据在轨处理方法700还包括：
步骤S65：天基接入卫星接收用户发送的连接建立请求并将连接建立请求转发给天基核心网，其中用户包括空间用户、天空用户、地面用户和海洋用户；
步骤S66：天基核心网根据连接建立请求对用户进行鉴权认证，当鉴权认证通过后，将用户注册到天基核心网中；
步骤S67：天基核心网接收已注册的用户发送的遥感产品内容请求并转发遥感产品内容请求给卫星边缘计算集群；
步骤S68：卫星边缘计算集群接收用户的遥感产品内容请求，根据内容请求查找对应的遥感产品，将遥感产品分发给用户。
在同构或异构遥感卫星系统的多个遥感卫星之间需要进行数据传输，但存在星间链路不可用或容量短缺的情况时，可以基于天基通算一体化网络系统，为遥感卫星之间提供通信转发服务。图8是两颗遥感卫星之间进行数据传输的时序图。如图8所示，以两颗遥感卫星需要传输大量数据为例，假设遥感卫星2已在天基核心网注册，遥感卫星1未在天基核心网注册，遥感卫星1和遥感卫星2之间的星间链路不可用或容量短缺。
遥感卫星1和遥感卫星2建立数据连接的流程如下：
S81：遥感卫星1执行随机接入流程接入到所属范围的天基接入卫星1中；
S82：遥感卫星1经认证、鉴权等流程接入到天基核心网，与系统建立网络连接；
S83：遥感卫星1向天基移动通信系统发起向遥感卫星2的数据传输请求。例如，遥感卫星1向天基接入卫星1发送数据传输请求，天基承载网将数据传输请求转发至天基核心网；
S84：天基核心网基于历史位置和星历等信息，在相应空域发送寻呼消息寻呼遥感卫星2；
S85：遥感卫星2收到该寻呼消息后，天基接入卫星2与所属区域内的天基接入卫星2建立连接；
S86：遥感卫星2向天基移动通信系统发起连接请求，天基核心网收到连接请求后恢复与遥感卫星2的连接；
S87：遥感卫星1、2此时即可通过天基移动通信系统进行数据转发。
图8中“天基接入承载1”表示天基接入卫星1及其到天基核心网的承载网段，“天基接入承载2”表示天基接入卫星2及其到天基核心网的承载网段。
优选地，天基核心网根据遥感卫星1与遥感卫星2的位置从天基核心网内的UPF网元中选择最佳UPF网元，遥感卫星1与遥感卫星2通过最佳UPF网元进行数据转发，其中最佳UPF网元为遥感卫星1到遥感卫星2最短距离经过的UPF网元。
针对图8，本申请还提出一种适用于天基通算一体化网络系统的跨星数据转发方法。图9是根据本发明一实施例的跨星数据转发方法的流程图。在图9中假设第一遥感卫星和第二遥感卫星都已注册到天基核心网中，第一遥感卫星与所在区域的第一天基接入卫星已建立连接。跨星数据转发方法900包括：
步骤S91：第一遥感卫星向天基核心网发起向第二遥感卫星的数据传输请求；
步骤S92：天基核心网接收到数据传输请求后根据第二遥感卫星预先提供的历史位置和星历信息，向相应空域发送寻呼消息寻呼第二遥感卫星；
步骤S93：第二遥感卫星侦听接收到寻呼消息后，与所在区域的第二天基接入卫星建立连接；
步骤S94：第二遥感卫星向天基核心网发送连接请求，天基核心网接收到连接请求后恢复与第二遥感卫星的网络连接；
步骤S95：第一遥感卫星与第二遥感卫星通过天基移动通信系统进行数据转发，其中天基移动通信系统包括天基接入卫星、天基承载网和天基核心网。
可选地，第一遥感卫星与第二遥感卫星通过天基移动通信系统进行数据转发包括：天基核心网根据第一遥感卫星与第二遥感卫星的位置从天基核心网内的UPF网元中选择最佳UPF网元；第一遥感卫星与第二遥感卫星通过最佳UPF网元进行数据转发。
本发明的天基通算一体化网络系统通过天基接入卫星、天基承载网和天基核心网，能对接入遥感卫星和用户进行有效管理，且可以支持多个遥感卫星之间数据转发；通过天基核心网和卫星边缘计算集群可以对遥感数据在轨处理并支持根据用户需求按需分发遥感产品，本发明能有效降低遥感卫星系统在轨数据处理成本、提高遥感系统的建设效率和任务时效性。
上文已对基本概念做了描述，显然，对于本领域技术人员来说，上述发明披露仅仅作为示例，而并不构成对本申请的限定。虽然此处并没有明确说明，本领域技术人员可能会对本申请进行各种修改、改进和修正。该类修改、改进和修正在本申请中被建议，所以该类修改、改进、修正仍属于本申请示范实施例的精神和范围。
如本申请和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的步骤和元素，而这些步骤和元素不构成一个排它性的罗列，方法或者设备也可能包含其他的步骤或元素。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本申请的范围。同时，应当明白，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员已知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任何具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本申请保护范围的限制。此外，尽管本申请中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本申请说明书中所提及的一些术语可能是申请人按他或她的判断来选择的，其详细含义在本文的描述的相关部分中说明。此外，要求不仅仅通过所使用的实际术语，而是还要通过每个术语所蕴含的意义来理解本申请。
本申请中使用了流程图用来说明根据本申请的实施例的系统所执行的操作。应当理解的是，前面或下面操作不一定按照顺序来精确地执行。相反，可以按照倒序或同时处理各种步骤。同时，或将其他操作添加到这些过程中，或从这些过程移除某一步或数步操作。
同时，本申请使用了特定词语来描述本申请的实施例。如“一个实施例”、“一实施例”、和/或“一些实施例”意指与本申请至少一个实施例相关的某一特征、结构或特点。因此，应强调并注意的是，本说明书中在不同位置两次或多次提及的“一实施例”或“一个实施例”或“一替代性实施例”并不一定是指同一实施例。此外，本申请的一个或多个实施例中的某些特征、结构或特点可以进行适当的组合。
本申请的一些方面可以完全由硬件执行、可以完全由软件(包括固件、常驻软件、微码等)执行、也可以由硬件和软件组合执行。以上硬件或软件均可被称为“数据块”、“模块”、“引擎”、“单元”、“组件”或“系统”。处理器可以是一个或多个专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)、数字信号处理器件(DAPD)、可编程逻辑器件(PLD)、现场可编程门阵列(FPGA)、处理器、控制器、微控制器、微处理器或者其组合。此外，本申请的各方面可能表现为位于一个或多个计算机可读介质中的计算机产品，该产品包括计算机可读程序编码。例如，计算机可读介质可包括，但不限于，磁性存储设备(例如，硬盘、软盘、磁带……)、光盘(例如，压缩盘CD、数字多功能盘DVD……)、智能卡以及闪存设备(例如，卡、棒、键驱动器……)。
计算机可读介质可能包含一个内含有计算机程序编码的传播数据信号，例如在基带上或作为载波的一部分。该传播信号可能有多种表现形式，包括电磁形式、光形式等等、或合适的组合形式。计算机可读介质可以是除计算机可读存储介质之外的任何计算机可读介质，该介质可以通过连接至一个指令执行系统、装置或设备以实现通讯、传播或传输供使用的程序。位于计算机可读介质上的程序编码可以通过任何合适的介质进行传播，包括无线电、电缆、光纤电缆、射频信号、或类似介质、或任何上述介质的组合。
同理，应当注意的是，为了简化本申请披露的表述，从而帮助对一个或多个发明实施例的理解，前文对本申请实施例的描述中，有时会将多种特征归并至一个实施例、附图或对其的描述中。但是，这种披露方法并不意味着本申请对象所需要的特征比权利要求中提及的特征多。实际上，实施例的特征要少于上述披露的单个实施例的全部特征。
虽然本申请已参照当前的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本申请，在没有脱离本申请精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本申请的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都将落在本申请的权利要求书的范围内。
Claims (13)
1.一种天基通算一体化网络系统，其特征在于，包括：通过激光链路或微波链路依次连接的天基接入卫星、天基承载网、天基核心网和卫星边缘计算集群；
所述天基接入卫星由搭载天基移动通信接入网模块的多颗低轨卫星组成，用于为外部的中高轨遥感卫星和用户提供空中接口，所述用户包括空间用户、天空用户、地面用户和海洋用户；
所述天基承载网包括多颗具备星间链路的卫星，所述天基承载网作为所述天基接入卫星连接至天基核心网的路由；
所述天基核心网用于对遥感卫星和用户进行注册管理、会话管理和移动性管理，以及将已注册到所述天基核心网的遥感卫星产生的遥感数据和数据处理方式分流到所述卫星边缘计算集群；
所述卫星边缘计算集群用于根据所述数据处理方式调用对应的算法模型组件对所述遥感数据进行融合处理，生成并存储遥感产品，其中所述卫星边缘计算集群内置有不同类型的算法模型组件；
地面网关站，通过星地链路与所述天基核心网连接；
地面管理中心，与所述地面网关站有线连接，通过所述地面网关站与所述天基核心网和卫星边缘计算集群连接，用于将训练好的新算法模型组件发送至所述卫星边缘计算集群，实现算法模型组件的拓展或更新。
2.如权利要求1所述的网络系统，其特征在于，所述天基核心网采用数据面和控制面分离架构，其中数据面网元部署在中轨或低轨道卫星上，控制面网元部署在中高轨卫星上。
3.如权利要求2所述的网络系统，其特征在于，所述数据面网元包括UPF网元，所述UPF网元用于将遥感卫星产生的遥感数据和数据处理方式分流到所述卫星边缘计算集群；
所述控制面网元包括：
AMF网元，用于管理所述遥感卫星和用户的接入鉴权和移动性；
SMF网元，用于管理所述遥感卫星和用户的会话；
UDM网元，用于存储所述遥感卫星和用户的注册信息和服务网元注册。
4.如权利要求1所述的网络系统，其特征在于，所述卫星边缘计算集群由具备计算和协同能力的多颗卫星组成，其中一颗卫星担任中心服务器，其他卫星担任计算节点。
5.如权利要求4所述的网络系统，其特征在于，所述中心服务器用于根据当前各计算节点的任务负载、节点位置和节点间链路带宽将所述遥感数据分配到集群中的多个计算节点上，多个计算节点以协作方式完成算法模型组件对所述遥感数据进行融合处理，生成遥感产品。
6.如权利要求5所述的网络系统，其特征在于，
所述天基接入卫星还用于接收用户发送的连接建立请求并将连接建立请求转发给所述天基核心网；
所述天基核心网还用于根据所述连接建立请求对所述用户进行鉴权认证，当鉴权认证通过后，将所述用户注册到所述天基核心网中，以及接收已注册的用户发送的遥感产品内容请求并转发遥感产品内容请求给所述卫星边缘计算集群的所述中心服务器；
所述中心服务器还用于接收所述遥感产品内容请求，根据所述遥感产品内容请求查找对应的遥感产品，将所述遥感产品分发给所述用户。
7.如权利要求6所述的网络系统，其特征在于，所述地面网关站包括UPF网元、PCF网元、UDM网元和SMF网元。
8.如权利要求1所述的网络系统，其特征在于，所述算法模型组件包括目标监测算法、语义分割算法和地物变化监测算法。
9.一种遥感数据在轨处理方法，适用于如权利要求1～8任一项所述的网络系统，其特征在于，包括：
天基接入卫星接收遥感卫星发送的注册请求并将注册请求转发给所述天基核心网；
所述天基核心网根据所述注册请求对所述遥感卫星进行鉴权认证，当鉴权认证通过后，将所述遥感卫星注册到所述天基核心网中；
所述天基核心网接收已注册的遥感卫星产生的遥感数据及数据处理方式，并转发给所述卫星边缘计算集群；
所述卫星边缘计算集群用于根据所述数据处理方式调用对应的算法模型组件对所述遥感数据进行融合处理，生成并存储遥感产品。
10.如权利要求9所述的遥感数据在轨处理方法，其特征在于，还包括：所述卫星边缘计算集群根据当前各计算节点的任务负载、节点位置和节点间链路带宽将所述遥感数据分配到多个计算节点上，多个计算节点以协作方式完成算法模型组件对所述遥感数据进行融合处理，生成遥感产品。
11.如权利要求9所述的遥感数据在轨处理方法，其特征在于，还包括：
天基接入卫星接收用户发送的连接建立请求并将连接建立请求转发给所述天基核心网，所述用户包括空间用户、天空用户、地面用户和海洋用户；
所述天基核心网根据所述连接建立请求对所述用户进行鉴权认证，当鉴权认证通过后，将所述用户注册到所述天基核心网中；
所述天基核心网接收已注册的用户发送的遥感产品内容请求并转发遥感产品内容请求给所述卫星边缘计算集群；
所述卫星边缘计算集群接收用户的遥感产品内容请求，根据所述遥感产品内容请求查找对应的遥感产品，将所述遥感产品分发给所述用户。
12.一种跨星数据转发方法，适用于如权利要求1～8任一项所述的网络系统，其中，第一遥感卫星和第二遥感卫星都已注册到天基核心网中，第一遥感卫星与所在区域的第一天基接入卫星已建立连接，其特征在于，包括：
所述第一遥感卫星向所述天基核心网发起向第二遥感卫星的数据传输请求；
所述天基核心网接收到所述数据传输请求后根据第二遥感卫星预先提供的历史位置和星历信息，向相应空域发送寻呼消息寻呼所述第二遥感卫星；
所述第二遥感卫星侦听接收到所述寻呼消息后，与所在区域的第二天基接入卫星建立连接；
所述第二遥感卫星向所述天基核心网发送连接请求，所述天基核心网接收到所述连接请求后恢复与所述第二遥感卫星的网络连接；
所述第一遥感卫星与所述第二遥感卫星通过天基移动通信系统进行数据转发，其中所述天基移动通信系统包括所述天基接入卫星、所述天基承载网和所述天基核心网。
13.如权利要求12所述的跨星数据转发方法，其特征在于，所述第一遥感卫星与所述第二遥感卫星通过所述天基移动通信系统进行数据转发包括：
所述天基核心网根据所述第一遥感卫星与所述第二遥感卫星的位置从所述天基核心网内的UPF网元中选择最佳UPF网元；
所述第一遥感卫星与所述第二遥感卫星通过所述最佳UPF网元进行数据转发。
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