一种用于天基网络的网络服务功能部署方法与装置

技术领域

本发明涉及通信技术领域，尤其涉及一种天基网络的网络服务功能部署方法与装置。

背景技术

天基网络是未来移动通信系统的重要组成部分，针对不同的业务类型，天基网络可通过卫星系统以及高空平台承载中继、遥感、通信、导航等业务。天基网络具有覆盖范围广的特点，对于海洋、空中与地面网络系统无法覆盖的偏远地区通信具有较大优势。软件定义网络(Software Defined Network,SDN)与虚拟网络功能(Virtual Network Function,VNF)方法，可为天基网络面向不同业务类型提供灵活的组网能力支持。

天基网络的高移动性带来的网络拓扑的动态特性、天基网络节点载荷能力受限等特点，为天基网络组网带来了一系列挑战。一般的，由于天基网络设备生产与运行维护成本高昂，通常在运行前已预设组网模式，导致天基网络设备难以具备灵活动态组网能力。在未来移动通信系统中，天基网络需要通过不同的网络服务功能向不同业务需求提供保障。目前，第三代合作伙伴计划(3rd generation partnership project,3GPP)标准中仅对非地面网络(Non-Terrestrial Network,NTN)的组网架构进行了探讨，并未对天基网络的组网实现方法进行规定，而且现有技术中也未有部署天基网络的网络服务功能方法。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种用于天基网络的网络服务功能部署方法与装置，实现对天基网络中网络服务功能的部署。

技术方案：为实现上述目的，本申请采用的技术方案为：

本发明提供一种用于天基网络的网络服务功能部署方法，主要包括卫星簇内网络服务功能部署和卫星簇间网络服务功能部署；在地面NSF接收到组网需求时，确定组网所需的无线覆盖区域，为每个无线覆盖区域规划卫星簇、设置簇头卫星，并通过发送G-NSFC至簇头卫星建立卫星簇。组网所需的一个无线覆盖范围由一个卫星簇提供；组网所需的无线覆盖范围可能有一个或多个。

该过程主要包括以下步骤：

(1)地面核心网网络服务功能(Network Service Function,NSF)确定组网所需的无线覆盖区域及数目M；

(2)地面NSF基于组网所需的无线覆盖区域选择需要配置的卫星簇，NSF根据卫星运行控制中心发布的卫星编号选择卫星组成k个卫星簇，指定每个卫星簇的簇头卫星，并向簇头卫星发送包含卫星簇簇头和成员卫星以及网络服务功能部署需求信息的G-NSFC(Ground-Network Service Function Chain)；

(3)簇头卫星根据地面NSF发送的G-NSFC由天基NSF建立S-NSFC(Satellite-Network Service Function Chain)，并向簇内成员卫星发送包含网络服务功能部署需求信息的S-NSFC；

(4)簇内成员卫星接收到来自簇头卫星的S-NSFC，根据S-NSFC承载的卫星成簇信息接受簇头卫星管理，并按照网络服务功能配置信息配置网络服务功能；

(5)地面NSF接收簇头卫星返回的部署完成消息，判断M个无线覆盖范围是否配置完成；若判断为是，则完成卫星簇簇内网络服务功能配置过程，所述卫星簇向无线覆盖区域提供网络服务，执行步骤(6)；若判断为否，则执行步骤(3)。

(6)地面NSF判断是否需要部署无线覆盖区域之间的网络服务功能；若判断为是，则执行步骤(7)；若判断为否，则完成部署过程；

(7)地面NSF确定组网所需的无线覆盖区域数目N，向选择的无线覆盖区域中的卫星簇簇头卫星发送包含无线覆盖区域间通信所需的网络服务功能需求信息的G-NSFC；

(8)簇头卫星接收G-NSFC，根据G-NSFC部署网络服务功能；在完成无线覆盖区域间网络服务功能部署后，簇头卫星向地面NSF返回部署完成消息；

(9)地面NSF判断N个无线覆盖区域之间的网络服务功能配置是否完成；若判断为是，则完成部署过程；若判断为否，执行步骤(8)。

优选的，在所述步骤(3)中，簇头卫星根据组网需求，选择以下五种卫星簇网络服务功能部署方式之一：

1)卫星簇内所有卫星部署支持透明转发的网络服务功能部署方式；

2)卫星簇内所有卫星部署gNB的网络服务功能部署方式；

3)卫星簇内所有卫星部署gNB-DU的网络服务功能部署方式；

4)簇头卫星部署gNB-CU，簇成员卫星部署gNB-DU网络服务功能部署方式；

5)卫星簇内卫星部署星载核心网的网络服务功能部署方式；

优选的，在所述步骤(5)中，地面NSF接收到第k个簇头卫星返回的部署完成消息后对k重新赋值：k＝k+1；随后，基于[规则1]

k＝M [规则1]

判断卫星簇网络服务功能部署是否完成。

优选的，所述步骤(9)中，地面NSF接收到第p个簇头卫星返回的部署完成消息后对p重新赋值：p＝p+1；随后，基于[规则2]

p＝N [规则2]

判断卫星簇网络服务功能部署是否完成。

优选的，所述G-NSFC与S-NSFC支持将欲传输信息封装成数据帧NSFC通过链路层传输；NSFC包含一个或多个NSFC Unit，NSFC Unit由NSFC Unit帧头部与NSFC Unit帧体组成；所述NSFC Unit帧头部用于标识NSFC Unit的控制信息，包括：

1)地址信息：用于承载源地址与目标地址，包括地面NSF地址、簇头卫星ID以及簇内成员卫星ID；

2)NSFC类型：用于标识NSFC类型，包括G-NSFC与S-NSFC；

3)加密标识位：用于标识承载信息是明文信息还是密文信息；

4)帧校验位：用于对帧传输正确性进行校验；

所述NSFC Unit帧体用于承载天基网络的网络服务功能配置需求信息。

本发明还提供一种用于天基网络的网络服务功能部署装置，用于实现所述的用于天基网络的网络服务功能部署方法，该装置包括网络服务功能管理模块、网络服务功能部署模块、发送模块与接收模块。

所述网络服务功能管理模块，部署于地面NSF以及卫星簇簇头卫星，用于获取来自外部的组网需求，生成G-NSFC与S-NSFC；

所述网络服务功能部署模块，部署于卫星簇网络中各卫星，用于根据G-NSFC与S-NSFC配置网络服务功能；

所述发送模块，部署于地面NSF以及卫星簇网络中各卫星，用于在网络服务功能部署前向目标节点发送所述G-NSFC与S-NSFC；在网络服务功能部署完成后向目标节点发送配置完成消息；发送模块支持通过链路层协议传输所述G-NSFC与S-NSFC以及配置完成消息。

所述接收模块，用于接收来自所述发送模块发送来的所述G-NSFC与S-NSFC以及配置完成消息。

有益效果：本发明提供的用于天基网络服务功能部署方法，在面对不同业务传输需求与组网配置需求，通过NSF发送G-NSFC与S-NSFC，实现了根据用户业务需求或组网需求，动态实现天基网络卫星簇内、簇间组网以及相应网络服务功能的部署，保证了各种业务的正常运行。

附图说明

图1为本发明提供的一种用于天基网络的网络服务功能部署方法流程示意图；

图2为本发明提供的一种用于天基网络的网络服务功能部署方法的应用环境示意图；

图3为本发明用于天基网络卫星簇内网络服务功能部署方法流程示意图；

图4为本发明用于天基网络簇间网络服务功能部署方法流程示意图；

图5为本发明用于天基网络的网络服务功能部署装置的结构示意图；

图6为本发明方法中NSFC帧结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明实施例公开的一种用于天基网络的网络服务功能部署方法，主要有以下步骤：

(1)地面网络服务功能NSF确定组网所需的无线覆盖区域及数目M；

(2)地面NSF基于组网所需的无线覆盖区域选择需要配置的卫星簇，NSF根据卫星运行控制中心发布的卫星编号选择卫星组成卫星簇，指定每个卫星簇的簇头卫星，并向簇头卫星发送G-NSFC；其中G-NSFC用于指示卫星组成卫星簇，G-NSFC承载信息包括：卫星簇簇头卫星ID、卫星簇成员卫星ID以及网络服务功能部署需求信息；

(3)簇头卫星根据地面NSF发送的G-NSFC由天基NSF建立S-NSFC，向簇内成员卫星发送S-NSFC；其中S-NSFC用于指示卫星簇成员卫星配置网络服务功能；S-NSFC承载信息包括：卫星簇成员卫星ID以及网络服务功能部署需求信息。本步骤中，簇头卫星根据具体组网需求，选择以下五种卫星簇网络服务功能部署方式之一：1)卫星簇内所有卫星部署支持透明转发的网络服务功能部署方式；2)卫星簇内所有卫星部署gNB的网络服务功能部署方式；3)卫星簇内所有卫星部署gNB-DU的网络服务功能部署方式；4)簇头卫星部署gNB-CU，簇成员卫星部署gNB-DU网络服务功能部署方式；

(4)簇内成员卫星接收S-NSFC，并基于S-NSFC部署网络服务功能；在完成卫星簇网络服务功能部署后，簇头卫星向地面NSF返回部署完成消息；

(5)地面NSF接收簇头卫星返回的部署完成消息，判断M个无线覆盖区域是否配置完成；若判断为是，则执行步骤(6)；若判断为否，则执行步骤(3)；

(6)地面NSF判断是否需要部署无线覆盖区域之间的网络服务功能；若判断为是，则执行步骤(7)；若判断为否，则完成部署过程；

(7)地面NSF确定组网所需的无线覆盖区域数目N，向选择的无线覆盖区域中的卫星簇簇头卫星发送G-NSFC；其中G-NSFC用于指示簇头卫星部署卫星簇间网络服务功能；G-NSFC承载信息包括：卫星簇簇头卫星ID、卫星簇成员卫星ID以及卫星簇间通信所需的网络服务功能部署需求信息；

(8)簇头卫星接收G-NSFC，根据G-NSFC部署网络服务功能；在完成无线覆盖区域间网络服务功能部署后，簇头卫星向地面NSF返回部署完成消息；

(9)地面NSF判断N个无线覆盖区域之间的网络服务功能配置是否完成；若判断为是，则完成部署过程；若判断为否，执行步骤(8)。

本发明实施例提供的一种用于天基网络服务功能部署方法，可应用于如图2所示的应用环境中。该应用环境包括地面NSF 101、第一天基网络卫星簇簇头102、第一天基网络卫星簇成员103与第二天基网络卫星簇簇头104。其中，地面NSF 101分别与第一天基网络卫星簇簇头102、第二天基网络卫星簇簇头104之间相互连接；第一天基网络卫星簇簇头102分别与第一天基网络簇成员103、第二天基网络卫星簇簇头104之间相互连接。

在一些实施例中，第一天基网络卫星簇簇头102、第一天基网络卫星簇成员103、第二天基网络卫星簇簇头104可以是高空平台系统(High Altitude Platform System,HAP)低轨卫星(Low Earth Orbit Satellite,LEO)、中轨卫星(Medium Earth OrbitSatellite,MEO)、高轨卫星(Geostationary Orbit Satellite,GEO)。上述系统与卫星通常为互联网设备，在本实施示例方式中，同一天基网络簇中的管理者仅有一个。本实施例对天基网络卫星簇成员103的数量不作限制。在一些场景中，本发明实施例提供的用于天基网络的网络服务功能部署方法应用于不同互联网设备，也可能应用于相同互联网设备。

在一些实施例中，网络服务功能管理模块用于接收网络服务功能部署需求。网络服务功能部署模块用于实例化、修改、更新、删除网络服务功能。发送模块用于发送NSFC与配置完成消息。接收模块用于接收NSFC与配置完成消息。

图3为本发明实施例提供的一种用于天基网络的网络服务功能部署方法的流程示意图。如图3所示，本发明提供的用于天基网络内的网络服务功能部署方法，具体包括以下步骤：

S201：地面NSF接收网络服务功能配置需求。

示例性的，S202：地面NSF根据功能网络服务配置需求创建G-NSFC，其中G-NSFC包括第一天基网络卫星簇簇头ID、第一天基网络簇卫星簇成员ID、所需星载核心网网络服务功能配置信息。

S203：地面NSF选择欲配置卫星簇卫星，向目标簇头卫星发送G-NSFC。

示例性的，S204：第一天基网络卫星簇簇头接收G-NSFC，建立S-NSFC，配置星载核心网组网方式的天基网络卫星簇；NSFC的帧结构如图6所示，G-NSFC与S-NSFC由帧头部中“NSFC类型”位予以区分；簇头卫星接收到G-NSFC后不会向簇内成员转发，簇内成员仅支持接收S-NSFC；G-NSFC与S-NSFC的帧体中承载的网络服务功能配置信息不同，区别在于：G-NSFC承载有组网需求，而S-NSFC承载有具体的网络服务功能配置参数，用于直接对网络功能进行配置。

S205：第一天基网络簇成员接收S-NSFC，根据S-NSFC执行网络服务功能配置；所述网络服务功能配置包括：卫星接入网服务配置、星载核心网控制平面网络服务功能配置、星载核心网用户平面网络服务功能配置以及星载核心网管理平面网络服务功能配置。

示例性的，在卫星簇内网络服务功能配置中，簇头卫星根据组网需要，通过S-NSFC配置具体某颗簇内成员卫星承载控制平面网络功能，可为该卫星提供的无线覆盖范围内提供低时延的用户注册、切换服务；簇头卫星根据组网需要，通过S-NSFC配置具体某颗簇内成员卫星承载用户平面网络功能，如配置UPF向该卫星提供的无线覆盖范围内提供低时延高吞吐量的数据转发服务。

S206：完成第一天基网络簇网络服务功能部署后，第一天基网络卫星簇簇头向地面NSF返回配置完成消息；

S207：地面NSF接收配置完成消息，基于[规则1]判断所有欲配置天基网络卫星簇是否配置完成；若判断为是，则完成网络服务功能配置过程；若判断为否，则执行步骤S204。

图4为本发明实施例提供的一种用于天基网络的网络服务功能部署方法的流程示意图。如图4所示，本发明提供的用于天基网络间的网络服务功能部署方法，具体包括以下步骤：

S301：地面NSF接收来自外部的天基网络间网络服务功能配置需求。

S302：地面NSF选择需要配置的天基网络卫星簇，根据天基网络间网络服务功能配置需求建立G-NSFC。

示例性的，在步骤S302中，G-NSFC由一个或多个NSFC Unit组成；其中，NSFC Unit由NSFC Unit帧头部与NSFC Unit帧体组成；NSFC Unit帧头部用于标识NSFC Unit的控制信息，包括：

1)地址信息：用于承载源地址与目标地址，如地面NSF地址、簇头卫星ID以及簇内成员卫星ID；

2)NSFC类型：用于标识NSFC类型，在本实施例中，NSFC类型为G-NSFC与S-NSFC；

3)加密标识位：用于标识NSFC帧有效承载信息是明文信息还是密文信息，NSFC的接收方将该字段作为是否需要解密的一个判断条件；

4)帧校验位：用于对帧传输正确性进行校验；

NSFC Unit帧体用于承载天基网络的网络服务功能配置需求信息。

S303：第一、第二天基网络卫星簇簇头接收G-NSFC。

示例性的，S304：第一、第二天基网络卫星簇簇头根据G-NSFC建立S-NSFC，用于配置自身卫星簇内簇成员网络服务功能以用于提供卫星簇间网络服务功能。

示例性的，配置卫星簇间网络服务功能用于保障卫星簇间的通信连接；在星载核心网网络服务功能部署方式中，卫星簇间配置共享的控制平面网络服务功能，共享用户上下文信息，减少漫游信令延迟；卫星簇间配置共享的用户平面网络服务功能，如建立卫星簇UPF间N9通道，实现跨地域用户面数据流传输，降低用户平面延迟；卫星簇间配置共享的控制平面网络服务功能，如按需配置各卫星簇内网络服务功能，实现跨无线覆盖范围间组网，保障卫星簇内间网络服务。

S305：完成第一、第二天基网络簇间网络服务功能部署后，第一、第二天基网络卫星簇簇头向地面NSF返回配置完成消息。

S307：地面NSF接收配置完成消息，基于[规则2]判断所有欲配置天基网络卫星簇间网络服务功能是否配置完成；若判断为是，则完成天基网络卫星簇间网络服务功能配置过程，执行步骤S308；若判断为否，则执行步骤S304。

S308：完成天基网络欲配置无线覆盖范围间网络服务功能配置。

图5示意了本发明实施例提供的一种用于天基网络的网络服务功能部署装置结构图，该装置可用于实现前述的用于天基网络的网络服务功能部署方法，所述装置包括网络服务功能管理模块、网络服务功能部署模块、发送模块与接收模块；其中网络服务功能管理模块部署于地面NSF以及卫星簇簇头卫星，用于获取组网需求，生成G-NSFC与S-NSFC；网络服务功能部署模块部署于卫星簇网络中各卫星，用于根据G-NSFC与S-NSFC配置网络服务功能；发送模块，部署于地面NSF以及卫星簇网络中各卫星，用于在网络服务功能部署前向目标节点发送所述G-NSFC与S-NSFC；在网络服务功能部署完成后向目标节点发送配置完成消息；发送模块支持通过链路层协议传输所述G-NSFC与S-NSFC以及配置完成消息；接收模块，用于接收来自所述发送模块发送来的所述G-NSFC与S-NSFC以及配置完成消息。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何在本发明揭露的技术范围内的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。