基于5G lan架构的卫星通信系统及终端切换方法

文献发布时间：2023-06-19 13:26:15

技术领域

本发明涉及卫星移动领域，尤其涉及基于5G lan架构的卫星通信系统及终端切换方法。

背景技术

目前，国内在卫星移动通信系统应用方面，开展了大量的研究，卫星移动通信系统的建设工作迫在眉睫，很多关键技术亟待突破。在通信协议方面，参考地面成熟的移动通信协议体系是降低技术风险，加快开发进度的最佳实现途径。卫星移动通信系统与地面移动通信系统目前都面临着一个问题，那就是如何为各行各业打造客户可定制，可管理的局域专网。而基于5G lan的低轨卫星移动系统架构则是一个重要的解决思路。各PSA之间根据配置预建立N19隧道链路，构成局域网络，CPE通过5G协议接入PSA，与PSA之间建立隧道链路，CPE挂载的各个PC终端则可通过CPE与PSA之间的隧道和PSA之间的隧道到达直接连通的效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，为在低轨卫星移动通信系统中组建局域专网提供一种网络架构，参考5G lan网络架构，进行星地功能分配，将5G基站、PSA等网元部署在星载平台，PC终端在5G低轨卫星移动通信系统局域专网中可实现终端到卫星再到终端的单跳通信。

本发明采用的技术方案为：

一种基于5G lan架构的低轨卫星移动通信系统，包括PC终端、CPE、卫星移动平台和5GC控制面；卫星移动平台包括星载基站和星载PSA；

CPE，用于在注册过程与星载基站建立空口链路在5GC控制面注册，与星载PSA建立业务隧道；还用于在切换过程向源星载基站发起切换请求消息，包含对目标星载基站的信息，并接收源星载基站发送的与切换命令，与目标星载基站建立空口链路；

星载基站，若作为源星载基站，则接收CPE发送的切换请求消息，通过星间链路向目标星载基站发起资源申请消息；还用于接收目标星载基站发送的资源申请应答消息，向CPE发送切换命令，通知CPE进行切换；还用于接收目标星载基站发送的资源释放消息，释放CPE相关资源，并通知源PSA切换路径；若作为目标星载基站，则接收源星载基站发送的资源申请消息，为CPE分配资源，并通过星间链路向源星载基站发起资源申请应答消息；还用于与CPE建立空口链路，空口链路建立完成后通知源星载基站释放CPE相关资源；

星载PSA，若作为源星载PSA，则接收源星载基站发送的切换路径消息，并通过星间链路向目标PSA发起隧道切换消息；还用于接收5GC控制面下发的转发规则；若作为目标星载PSA，则接收源星载PSA发送的隧道切换消息，根据隧道切换消息建立CPE上下文，建立起CPE与目标星载PSA之间的隧道通路，并向5GC控制面发起转发规则更新请求，通知控制面CPE已发生切换；还用于接收5GC控制面下发的转发规则；

5GC控制面，用于接受CPE的注册，并为CPE及挂载的PC终端分配IP；还用于接收目标星载PSA发送的转发规则更新请求，重新计算转发规则，并下发。

一种适用于低轨卫星移动通信系统的CPE切换方法，包括以下步骤：

(1)CPE向源星载基站发起切换请求消息，包含对目标星载基站的信息；

(2)源星载基站收到CPE发送的切换请求消息后通过星间链路向目标星载基站发起资源申请消息；

(3)目标星载基站收到资源申请消息后为CPE分配资源，包括空中接口资源和NG接口资源；

(4)目标星载基站通过星间链路向源星载基站发起资源申请应答消息；

(5)源星载基站收到资源申请应答消息后向CPE发送切换命令，通知CPE进行切换；

(6)CPE收到切换命令后与目标星载基站同步；

(7)CPE与目标星载基站同步后建立空口链路；

(8)目标星载基站通知源星载基站释放CPE相关资源；

(9)源星载基站释放CPE相关资源，并通知源星载PSA切换路径；

(10)源星载PSA通过星间链路向目标星载PSA发起隧道切换消息，消息中携带CPE的相关上下文；

(11)目标星载PSA根据接收隧道切换消息建立CPE上下文，建立起CPE与目标星载PSA之间的隧道通路；

(12)目标星载PSA向5GC控制面发起转发规则更新请求，通知控制面CPE已发生切换；

(13)5GC控制面根据CPE切换结果，对目标星载PSA和源星载PSA进行转发规则更新。

本发明的有益效果在于：

1、本发明参考地面最先进的5G lan架构，基于5G移动通信体制，提出了一种低轨卫星移动通信系统实现局域专网的网络架构，为低轨卫星移动通信系统的局域专网定制提供了可能。

2、本发明针对低轨卫星移动特性引入的切换问题，全新设计了CPE的切换流程，使5G lan架构适应了低轨卫星移动通信系统。

附图说明

图1是本发明的应用场景示意图。

图2是本发明的切换流程示意图。

具体实施方式

为了实现本发明，提供了一个低轨卫星移动通信系统，包括PC终端、IP多媒体子系统(IMS)、CPE(客户前置设备)、星载基站、PSA(PDU会话转发锚点)、5GC控制面等设备(子系统)。

PC终端是业务发起点和接收的终端；星载基站可以实现卫星移动通信系统无线接入网部分的协议处理功能，在核心网和CPE之间传输业务、信令和测试验证数据；PSA为PDU会话转发锚点，为业务数据的转发节点；IMS是一种特殊的PC终端，是用户面的话音呼叫会话处理中心和与PSTN的互通网关。以下结合附图1、2对本发明做进一步说明。

图1是本发明的应用场景示意图，图中示意了一种低轨卫星移动通信系统实现局域专网的网络架构。CPE与PSA之间的隧道链路，PSA之间的隧道链路共同构成了PC终端直接连通的局域专网。设计思路如下：