CN118157743A - 一种参考lte架构实现高通量卫星系统核心网的系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种参考LTE架构实现高通量卫星系统核心网的系统和方法，将LTE EPC中MME作为DSM调度管理器，将LTE EPC中的S‑GW+P‑GW的合一部署作为XGW接入网关，将LTE EPC中的OMC+HSS作为NMS网络配置管理器，还设计了SVN卫星虚拟网架构，优化网元间接口协议，并基于上述架构提出小站接入、释放、切换方法。通过本发明搭建的核心网，网络架构清晰，网元间协议便于实现，同时系统稳定性，网络容量、性能进一步提高，能提供丰富的业务需求以及应对复杂的外部接入网络，更加适合于高通量卫星通信。

Description

一种参考LTE架构实现高通量卫星系统核心网的系统和方法

技术领域

本发明属于高通量卫星通信技术领域，特别涉及一种参考LTE架构的高通量卫星系统。

背景技术

在高通量卫星系统中，关口站是地面卫星通信的主要控制系统，而核心网是关口站重要组成部分。

如图1所示，关口站核心网-EPC是整个卫星系统的接入控制、数据转发单元。其主要功能包括，小站接入控制、小站移动性管理、会话管理、外部网络与卫星系统和卫星内部通信的用户面数据的分组路由和转发。

众所周知，高通量卫星通信系统关口站稳定性运行非常重要，其中核心网实现接入控制、用户数据报文转发功能，核心网的稳定运行对整个系统的稳定起到至关重要的作用。

核心网网络架构关系到整个系统的实现复杂度,决定整个系统的稳定性、系统容量、控制面和媒体面性能等各方面。

现有高通量卫星通信系统关口站无核心网系统，无法应对海量卫星小站快速接入位置管理、丰富的业务需求以及复杂的外部接入网络。

发明内容

有鉴于此，本发明参考成熟的LTE核心网EPC网络拓扑架构，并结合高通量卫星通信的特点对该网络拓扑架构进行简化，通过对接口协议的扩展与优化，提出了一种参考LTE架构实现高通量卫星系统核心网的方法和系统。通过本发明搭建的核心网，网络架构清晰，网元间协议便于实现，同时系统稳定性，网络容量、性能进一步提高，能提供丰富的业务需求以及应对复杂的外部接入网络，因此更加适合于高通量卫星通信。

具体技术方案如下：本发明设计了一套系统和方法，具体如下：

一种参考LTE架构实现高通量卫星系统核心网的系统，将LTE EPC构架进行调整，LTE EPC构架包括MME、S-GW、P-GW、OMC和HSS，包括DSM、NMS、XGW三个网元，其中，将LTE EPC中MME作为DSM调度管理器，用于提供S1链接管理、小站移动性管理、小站接入控制、会话管理功能；将LTE EPC中的S-GW+P-GW的合一部署作为XGW接入网关，用于提供用户面数据的分组路由和转发；将LTE EPC中的OMC+HSS作为NMS网络配置管理器，用于负责配置管理、小站接入鉴权。

进一步的，设计SVN卫星虚拟网架构，即每一个卫星小站可以同时建立多个SVN会话，以同时支持多种外部复杂网络。

进一步的，优化网元间接口协议，具体包括，将LTE核心网中基站和核心网之间的S1ap由asn压缩编码更改为json编码，MME和GW之间的S11 GTPC优化为json编码，MME和HSS之间S6a Diameter协议更改为json格式编码。

一种小站接入方法，基于核心网的系统，包括，

1)DSM收到小站注册请求消息，解析出小站序列号标识UESN，创建动态数据区，启动UE协程进行接入流程处理；

2)DSM根据UESN向NMS获取配置请求；

3)DSM根据NMS返回的配置应答，向XGW发起创建会话请求；XGW返还信息给DSM；如有多个SVN，则每个SVN都要发起上述创建会话流程；

4)DSM收到所有SVN的创建成功或失败应答后，如果全部失败或超时，则发送注册拒绝消息给DDM/UE，如果部分成功，则构造NAS消息，构造上下文建立请求消息发给DDM/UE，请求创建上下文；

5)DDM收到DSM上下文建立请后，分配相关资源，携带创建成功的信息给DSM；

6)小站UE通过DDM发送附着完成消息给DSM；

7)DSM收到DDM上下文建立应答消息和UE的附着完成消息后，按照SVN构造修改承载消息给XGW，此时XGW到DDM下行数据GTP隧道链路已通，报文可下发；

8)接入流程完成后，上报小站上线状态、总的小站个数信息给NMS。

一种小站释放方法，基于核心网的系统，包括，

1)UE下线或某种原因触发DDM发送小站释放下文请求消息给DSM；

2)DSM收到异常信息，按照SVN向XGW发送删除会话请求消息；

3)DSM收到XGW发来的所有SVN删除会话请求消息后，向DDM发送小站上下文释放命令；

4)DSM收到DDM小站上下文释放完成消息后，释放小站资源，流程结束。

一种小站切换方法，基于核心网的系统，用于DSM和XGW均不改变的情况下，UE从源DDM切换到目标DDM的切换，包括，

1)DSM收到目的DDM的切换请求消息；

2)DSM携带目的DDM信息，向XGW发送修改承载请求，发起下行修改流程；

3)DSM收到全部修改承载应答后，判断修改流程是否结束，若结束则发送切换完成消息给目的DDM，指示切换换成；

4)小站状态、位置、统计上报；

5)根据目的DDM切换请求消息中的信息查找源DDM，并向其发起UE释放流程。

有益效果

1)参考LTE成熟架构，网络架构清晰明了，各网元分工明确，便于开发维护。

2)设计SVN卫星虚拟网架构，每一个卫星小站可以同时建立多个SVN会话。

3)网元间协议编解码json化改造，编码简化，开发周期短。维护方便，各网元间、各版本兼容性增强。

4)接入、释放、切换流程进行了简化，流程清晰，小站接入、释放、切换速度快，稳定性增强。

附图说明

图1高通量卫星原理图；

图2核心网架构图；

图3小站接入流程示意图；

图4小站释放流程示意图；

图5小站切换流程示意图。

具体实施方式

本发明设计了一套方法和系统，主要有四个方面：

一、核心网架构

如图2，本设计核心网主要包括，DSM、NMS、XGW三个网元。其中DSM：调度管理器，相当于LTE EPC中MME的作用，主要提供的功能有：S1链接管理、小站移动性管理、小站接入控制、会话管理等功能。XGW：接入网关，相当与LTE EPC中的S-GW+P-GW的合一部署，主要功能包括用户面数据的分组路由和转发。NMS：网络配置管理器，相当于OMC+HSS功能，负责配置管理、小站接入鉴权等功能。

二、设计SVN卫星虚拟网架构，每一个卫星小站可以同时建立多个SVN会话，以同时支持多种外部复杂网络。

三、网元间接口协议优化

LTE核心网中基站和核心网之间的S1ap由asn压缩编码更改为json编码，MME和GW之间的S11 GTPC优化为json编码，MME和HSS之间S6a Diameter协议更改为json格式编码。

接口协议编码格式优化后，接口协议实现简单化，缩短了需求实现周期，同时系统各网元之间、各版本之间兼容性得到很大程度提高。

四、小站接入、释放、切换方法

1、小站接入流程

1)DSM收到小站注册请求消息UEAttachReq，解析出小站序列号标识UESN，创建动态数据区，启动UE协程进行接入流程处理；

2)DSM根据UESN向NMS获取Remote SVN(SVN:卫星虚拟网)、SSPC List、UE IP等信息；

3)DSM根据NMS返回的UE配置，携带UE SVN、SSPPlist、SLlist承载、TFTlist信息向XGW发起创建会话请求。XGW携带RABDUList信息返还给DSM。如有多个SVN，则每个SVN都要发起上述创建会话流程；

4)DSM收到所有SVN的创建成功或失败应答后，如果全部失败或超时，则发送注册拒绝AttachReject消息给DDM/UE；如果部分成功，携带SVN、UE IP、EBI、QCI、TFT构造NAS消息attachAttach/Active EDDM Bears Context Req，携带SSPC、RABListSUReq{RAB、QOS、NAS PDU}，构造上下文建立请求消息InitialContextSetupReq发给DDM/UE，请求创建上下文；

5)DDM收到DSM上下文建立请后，分配相关资源，携带创建成功的RABListDUResp{SSPP:RAB}给DSM；

6)小站UE通过DDM发送attachcomplete给DSM；

7)DSM收到的DDM上下文建立应答消息InitialContextSetupResp和UE的附着完成消息Attachcomplete后，携带DDM RABDUList的按照SVN构造修改承载消息ModifyBearerReq给XGW；此流程完成后XGW到DDM下行数据GTP隧道链路已通，报文可下发。

8)接入流程完成后，上报小站上线状态、总的小站个数等信息给NMS。

2、小站释放流程

1)(可选)UE下线或某种原因触发DDM发送小站释放下文请求消息UEContextReleaseReq给DSM；

2)DSM收到1或其它异常如接入流程失败等原因，按照SVN向XGW发送删除会话请求消息S11DeleteSessioReq流程；

3)DSM收到XGW所有SVN的S11DeleteSessionResp应答或超时后，向DDM发送小站上下文释放命令UEContextReleaseCmd；

4)DSM收到DDM小站上下文释放完成UEContextReleaseComplete消息后，释放小站资源，流程结束。

3、小站X2切换流程

本切换流程适用于DSM和XGW均不改变的情况下，UE从源DDM切换到目标DDM的切换。

1)小站由于波束变化、载波变化等原因触发跨DDM切换，由源DDM切换到目的DDM，DSM收到目的DDM的切换请求消息PathSwitchRequest请求，主要参数包含SourceDSMUeS1apID、DDMUeS1apID、E-RAB to Be Switched DLList等参数；

2)DSM携带目的DDM信息E-RAB to Be Switched DLList，向XGW发送ModifyBearer Request发起下行RAB修改流程。

3)DSM收到全部ModifyBearerResp消息后，判断修改流程是否结束，若结束发送切换完成消息Path SwitchRequestAcknowledge给目的DDM，指示切换完成。

4)小站状态、位置、统计等上报

5)根据SourceDSMUeS1apID(小站源调度器S1apID)查找源DDM，并向其发起UE释放流程。

本发明的核心点在于核心网架构单元DSM、XGW、NMS实体以及功能；S1接口、S11接口、S6a接口json格式编码；以及卫星小站接入、释放、切换流程。

Claims (6)

1.一种参考LTE架构实现高通量卫星系统核心网的系统，将LTE EPC构架进行调整，LTEEPC构架包括MME、S-GW、P-GW、OMC和HSS，其特征在于：包括DSM、NMS、XGW三个网元，其中，将LTE EPC中MME作为DSM调度管理器，用于提供S1链接管理、小站移动性管理、小站接入控制、会话管理功能；将LTE EPC中的S-GW+P-GW的合一部署作为XGW接入网关，用于提供用户面数据的分组路由和转发；将LTE EPC中的OMC+HSS作为NMS网络配置管理器，用于负责配置管理、小站接入鉴权。

2.根据权1所述的一种参考LTE架构实现高通量卫星系统核心网的系统，其特征在于：设计SVN卫星虚拟网架构，即每一个卫星小站可以同时建立多个SVN会话，以同时支持多种外部复杂网络。

3.根据权1或2所述的一种参考LTE架构实现高通量卫星系统核心网的系统，其特征在于：优化网元间接口协议，具体包括，将LTE核心网中基站和核心网之间的S1ap由asn压缩编码更改为json编码，MME和GW之间的S11 GTPC优化为json编码，MME和HSS之间S6a Diameter协议更改为json格式编码。

4.一种小站接入方法，基于核心网的系统，其特征在于：包括，

1)DSM收到小站注册请求消息，解析出小站序列号标识UESN，创建动态数据区，启动UE协程进行接入流程处理；

2)DSM根据UESN向NMS获取配置请求；

3)DSM根据NMS返回的配置应答，向XGW发起创建会话请求；XGW返还信息给DSM；如有多个SVN，则每个SVN都要发起上述创建会话流程；

4)DSM收到所有SVN的创建成功或失败应答后，如果全部失败或超时，则发送注册拒绝消息给DDM/UE，如果部分成功，则构造NAS消息，构造上下文建立请求消息发给DDM/UE，请求创建上下文；

5)DDM收到DSM上下文建立请后，分配相关资源，携带创建成功的信息给DSM；

6)小站UE通过DDM发送附着完成消息给DSM；

7)DSM收到DDM上下文建立应答消息和UE的附着完成消息后，按照SVN构造修改承载消息给XGW，此时XGW到DDM下行数据GTP隧道链路已通，报文可下发；

8)接入流程完成后，上报小站上线状态、总的小站个数信息给NMS。

5.一种小站释放方法，基于核心网的系统，其特征在于：包括，

1)UE下线或某种原因触发DDM发送小站释放下文请求消息给DSM；

2)DSM收到异常信息，按照SVN向XGW发送删除会话请求消息；

3)DSM收到XGW发来的所有SVN删除会话请求消息后，向DDM发送小站上下文释放命令；

4)DSM收到DDM小站上下文释放完成消息后，释放小站资源，流程结束。

6.一种小站切换方法，基于核心网的系统，用于DSM和XGW均不改变的情况下，UE从源DDM切换到目标DDM的切换，其特征在于：包括，

1)DSM收到目的DDM的切换请求消息；

2)DSM携带目的DDM信息，向XGW发送修改承载请求，发起下行修改流程；

3)DSM收到全部修改承载应答后，判断修改流程是否结束，若结束则发送切换完成消息给目的DDM，指示切换换成；

4)小站状态、位置、统计上报；

5)根据目的DDM切换请求消息中的信息查找源DDM，并向其发起UE释放流程。