专利名称：大规模卫星终端的卫星通信系统及卫星终端的接入方法
技术领域：
本发明属于卫星通信技术领域，涉及一种大规模卫星终端的卫星通信系统以及卫星终端接入3G核心网的接入方法。
背景技术：
卫星通信相较其他通信技术具有独特的优势，尤其是其不受地理环境、位置距离等因素的影响。目前卫星通信技术迅猛发展，大容量宽带通信卫星的出现使得卫星通信承载各种多媒体业务成为可能。随着卫星通信的广泛应用，其组网规模不断扩大，接入卫星通信系统的终端数量也在不断增加。以往的卫星通信系统对卫星终端的管理与控制由网管系统完成，网管系统的处理能力不足，无法满足数十万规模卫星终端的接入与管理。而有一些方法是采用在主站中开发针对大规模终端接入的管理与控制模块，这种方法开发周期长、可靠性差、开发成本高，不利于系统的高效运行。·
发明内容
本发明的技术解决问题是针对现有技术的不足，提供了一种大规模卫星终端的卫星通信系统，通过将卫星连接部分接入3G核心网，实现了利用3G核心网对卫星连接部分中大规模的卫星终端的管理。同时本发明还提供了本发明所述卫星通信系统中卫星终端接入方法，采用该方法可以解决卫星终端向3G核心网的接入问题。本发明的技术解决方案是将目前卫星通信系统接入3G核心网中，在主站实现与3G核心网互联的Iu接口，并在主站与卫星终端中实现识别3G核心网信令的软件模块，采用3G核心网的SGSN、GGSN、HLR设备为卫星通信系统提供接入控制与管理功能。本发明所述的大规模卫星终端的卫星通信系统，包括卫星连接部分和3G核心网，所述卫星连接部分包括若干用于连接局域网的卫星终端、用于管理卫星终端的主站，以及用于实现卫星终端与主站通信的卫星，其中，所述卫星终端通过所述卫星与所述主站连接；所述主站对初次接入的卫星终端进行认证，并与通过认证的卫星终端建立卫星链路，所述主站通过Iu接口与所述3G核心网相连，并转发所述通过认证的卫星终端向3G核心网的附着请求信令和分组业务；所述3G核心网对所述通过认证的卫星终端的附着请求信令进行处理，并为附着成功的卫星终端分配用于传送分组业务的业务信道。进一步的在上述卫星通信系统中，所述卫星终端通过与主站间的卫星通信链路发送或接收连接于该卫星终端的局域网的分组业务以及该卫星终端与所述3G核心网间的附着请求信令。进一步的在上述卫星通信系统中，所述主站通过Iu接口转发3G核心网和通过认证的卫星终端间的附着求求和分组业务。进一步的在上述卫星通信系统中，所述3G核心网包括SGSN、GGSN、HLR，SGSN通过所述Iu接口与所述主站相连；HLR用于存储附着成功的卫星终端的位置信息；GGSN用于传输属于附着成功的卫星终端的与异构网络间的分组业务。在上述卫星通信系统中采用的卫星终端接入方法，包括(I)所述卫星终端向所述主站的进行认证，成为通过认证的卫星终端的步骤；(2)所述通过认证的卫星终端与所述主站进行同步建立卫星链路的步骤；(3)所述通过认证的卫星终端通过所述主站向所述3G核心网进行附着的步骤，其中，所述通过认证的卫星终端通过所述主站向所述3G核心网进行附着的步骤，包括以下过程(31)所述SGSN对所述通过认证的卫星终端进行身份识别，获得该所述通过认证 的卫星终端的用户识别标识，转入步骤(32)；(32)所述SGSN对该所述通过认证的卫星终端进行鉴权加密；若鉴权加密通过则转入步骤(33);若鉴权加密未通过，则通知所述主站删除与该所述通过认证的卫星终端间的卫星链路；(33)所述SGSN向所述HLR注册经步骤(32)后的所述通过认证的卫星终端，并转入步骤(34)；(34)所述SGSN向所述通过认证的卫星终端分配P-TMSI与路由区识别码，完成所述通过认证的卫星终端向所述3G核心网的附着。进一步的，在上述卫星终端接入方法中，所述卫星终端向所述主站的进行认证的步骤包括(11)所述卫星终端通过突发向所述主站发送卫星终端ID、载波号、卫星终端MAC地址；(12)所述主站可识别该所述卫星终端的卫星终端ID、载波号、卫星终端MAC地址则转入步骤(13);否则，结束该卫星终端的认证过程；(13)所述主站向该所述卫星终端发送卫星终端接入信息、网络时隙结构与信道资源，完成该所述卫星终端的认证过程。进一步的，在上述卫星终端接入方法中，所述SGSN对所述通过认证的卫星终端进行身份识别的过程为所述SGSN向所述通过认证的卫星终端发送身份识别请求信令；所述通过认证的卫星终端接收到发送身份识别请求信令后向所述SGSN发送该所述通过认证的卫星终端的用户识别标识。本发明与现有技术相比具有如下优点(I)本发明采用目前成熟的3G核心网设备完成卫星通信系统管理与控制功能，采用成熟设备可降低开发成本与周期并具有较高可靠性。接入3G核心网设备，使卫星通信系统的业务层面与控制层面分离，令系统的管理更加集中化、清晰化、准确化。(2)本发明可有效管理大规模卫星终端接入，针对接入大量卫星终端的卫星通信系统，采用此方法可以对接入过程进行有效管理与控制，提高卫星终端的入网效率，此方法可支持数十万规模的卫星终端接入系统，真正实现大规模终端的管理与控制功能。(3)本发明可提高卫星通信系统的安全性，本方法采用两级接入策略接入主站，在无线接入过程中认证卫星终端是否为此通信系统体制下的合法卫星终端，此时只为卫星终端提供无线连接，但不为其建立业务信道；在业务信道建立过程中，对卫星终端进行鉴权、校验、加密等处理，经过认证之后的卫星终端将在资源允许的情况下分配业务信道。通过分离无线连接与业务信道连接，使得两级接入伴随着两级认证，提高了卫星通信的可靠性与安全性。即便获得了无线连接的卫星终端如果没有被允许附着进核心网，也将不能获取业务，最终无法接入系统中。
图I为本发明卫星通信系统示意图；图2为本发明流程图。
具体实施例方式下面就结合附图对本发明做进一步介绍。
如图I所示，本发明所述卫星通信系统包括，卫星接入部分和3G核心网。所述卫星接入部分包括卫星终端、卫星以及主站，其中所述卫星终端用于与局域网相连，每个卫星终端可以连接至少一个局域网，并将属于该局域网的分组数据进行转发。所述卫星用于转发所述卫星终端与所述主站之间的分组数据，所述主站用于管理卫星终端，通常所述卫星终端规模为数十万台级别。3G核心网包括SGSN(服务GPRS支持节点；GPRS :通用无线分组业务)、GGSN(GGSN 网关GPRS支持节点)、HLR(HLR :本地位置寄存器)以及其他核心网相关设备组成。卫星接入部分和3G核心网间的连接通过主站与SGSN通过Iu接口相连。该物理连接建立完成后，便可将卫星终端通过主站接入3G核心网，由所述主站对卫星终端和3G核心网之间的信令进行转发，从而可利用3G核心网的管理能力完成卫星连接部分中大规模卫星终端的管理，卫星通信系统通过3G核心网可以实现大规模卫星终端的接入控制，同时可以完成卫星终端鉴权、校验、加密、QoS保障和会话管理功能，通过两网络的互联可极大提高卫星终端的接入效率，并且不会随着卫星终端数量的增加降低终端接入性能。在卫星接入部分中，成功连接于主站并与所述主站建立卫星链路的卫星终端为通过认证的卫星终端，该通过认证的卫星终端在接入3G核心网后，成为附着成功的卫星终端。附着成功的卫星终端可通过3G核心网与异构网络进行分组业务的传输，所述异构网络包括但并不限于Internet及Inter-PLMN。上述卫星通信系统中，主站到卫星终端的前向链路采用TDM(时分复用)体制，卫星终端到主站的回传链路采用MF-TDMA (多频时分多址)体制，3G核心网中，SGSN与GGSN之间采用Gn接口、SGSN与HLR之间采用Gr接口、GGSN与HLR之间采用Ge接口、GGSN可通过Gi接口后接因特网、通过Gp接口后接异构网络。卫星终端成为通过认证的卫星终端的过程如图2所示，包括以下步骤卫星终端向主站的进行认证，成为通过认证的卫星终端的步骤。该步骤中，卫星终端向主站发送CSC(公共信令信道)突发，卫星终端进入登陆过程，CSC(公共信令信道)突发中包括发送卫星终端ID、载波号、卫星终端MAC地址等自身登陆信息，主站接收到卫星终端发来的CSC (公共信令信道)突发后，判断此卫星终端是否为主站中记录的合法卫星终端，如果是合法卫星终端，主站向卫星终端发送单播 Μ信令(登录确认信息)，单播TIM(登录确认信息)信令携带卫星终端接入信息、网络时隙结构与信道资源等参数，此过程为卫星终端的认证，判断是否准许卫星终端登陆主站并是否为其提供无线信道资源，如拒绝，主站向卫星终端发送拒绝卫星终端登陆的单播 Μ(登录确认信息)信令。通过认证的卫星终端与主站进行同步建立卫星链路的步骤。该步骤中，卫星终端接收到主站发来的单播 Μ(登录确认信息)信令，卫星终端进入粗同步过程，卫星终端向主站发送ACQ(捕获突发)突发，ACQ(捕获突发)突发中包含用以识别卫星终端的新标识；主站接收卫星终端发来的ACQ(捕获突发)，提取其中时间、频率与功率参数，主站依据提取的参数计算卫星终端时间、频率与功率校正值，之后主站生成CMT(校正信息表)信令，并将校正值写入CMT (校正信息表)信令中，卫星终端接收到CMT (校正信息表) 信令后，卫星终端结束粗同步过程。结束粗同步过程后，卫星终端进入精同步过程，卫星终端向主站发送SYNC(同步突发)突发、SYNC+flag set突发、SYNC+rqst突发，其中主要包括卫星终端自身需通知主站的信息以及卫星终端的资源申请参数。主站接到卫星终端发送的SYNC (同步突发)突发、SYNC+flag set突发、SYNC+rqst突发，分别针对不同的突发发送调整信令CMT (校正信息表)，对卫星终端时间、频率与功率值进行微调，调整结束后，卫星终端结束精同步过程。卫星终端进入同步保持状态，卫星终端通过回传业务突发包，向主站传送业务，主站通过前向数据流传送前向业务，此时卫星终端与主站之间的卫星链路建立成功。通过认证的卫星终端向3G核心网的附着过程进一步如图2，包括以下步骤SGSN对所述通过认证的卫星终端进行身份识别，获得该所述通过认证的卫星终端的用户识别标识。该步骤中，SGSN首先向卫星终端发送身份识别请求信令，卫星终端对该身份识别请求信令进行回应，从而将卫星终端的用户识别标识通知SGSN。获得卫星终端的用户识别标识后，SGSN对该所述通过认证的卫星终端进行鉴权加
LU O鉴权加密需要对卫星终端的设备身份码检验，即MEI检查过程，卫星终端设备身份码采用SGSN可识别的标识MEI作为格式，MEI为国际移动设备身份码，此过程为可选过程，通过设备标识寄存器模块检查卫星终端设备身份码进行身份识别，SGSN向设备标识寄存器模块发送“頂EI检验”的消息，设备标识寄存器则用包含MEI的“检验MEI证实”消息应答，以完成鉴权加密。若鉴权加密未通过，则通知所述主站删除与该所述通过认证的卫星终端间的卫星链路；通过对鉴权加密后，SGSN向HLR注册经过鉴权加密的通过认证的卫星终端。SGSN发送位置注册消息信令给HLR，位置注册消息信令包含SGSN号码、SGSN地址、IMSI信息，HLR收到位置注册消息信令后，存储当前的SGSN地址，HLR向SGSN发送插入用户数据信令，将该卫星终端的预约数据下发到SGSN中，HLR收到SGSN发回的插入用户数据回应信令后，向SGSN发出位置注册消息回应信令。上述过程完成后，如果SGSN接受卫星终端的附着请求，SGSN向卫星终端发送附着接受信令，附着接受信令中包含P-TMSI与路由区识别码，卫星终端向SGSN发送附着完成信令，该信令中含有新分配的P-TMSI，SGSN接收P-TMSI并视其为有效的，此时卫星终端完成附着过程，系统完成卫星终端用户级认证，可以为接入的卫星终端分配业务信道，并传送分组业务。
为完成上述卫星终端的接入过程，需要在主站中实现Iu接口协议栈，用以完成卫星终端与3G核心网之间的互联。在主站中实现的Iu接口采用IP协议承载，此Iu接口用以识别与解析3G核心网传递来的信令参数与业务参数，主站依据传递过来的信令参数完成相关配置，实施核心网的管理与控制策略。本发明未详细说明部分属本领域技术人员公知常识。
权利要求
1.一种大规模卫星终端的卫星通信系统，包括卫星连接部分和3G核心网，所述卫星连接部分包括若干用于连接局域网的卫星终端、用于管理卫星终端的主站，以及用于实现卫星终端与主站通信的卫星，其中，所述卫星终端通过所述卫星与所述主站连接；所述主站对初次接入的卫星终端进行认证，并与通过认证的卫星终端建立卫星链路，其特征在于 所述主站通过Iu接口与所述3G核心网相连，并转发所述通过认证的卫星终端向3G核心网的附着请求信令和分组业务； 所述3G核心网对所述通过认证的卫星终端的附着请求信令进行处理，并为附着成功的卫星终端分配用于传送分组业务的业务信道。
2.如权利要求I所述的一种大规模卫星终端的卫星通信系统，其特征在于所述卫星终端通过与主站间的卫星通信链路发送或接收连接于该卫星终端的局域网的分组业务以及该卫星终端与所述3G核心网间的附着请求信令。
3.如权利要求I所述的一种大规模卫星终端的卫星通信系统，其特征在于所述主站通过Iu接口转发3G核心网和通过认证的卫星终端间的附着求求和分组业务。
4.如权利要求1-3之一所述的一种大规模卫星终端的卫星通信系统，其特征在于所述3G核心网包括SGSN、GGSN、HLR，SGSN通过所述Iu接口与所述主站相连；HLR用于存储附着成功的卫星终端的位置信息；GGSN用于传输属于附着成功的卫星终端的与异构网络间的分组业务。
5.一种在权利要求I中所述卫星通信系统中采用的卫星终端接入方法，包括 (1)所述卫星终端向所述主站的进行认证，成为通过认证的卫星终端的步骤； (2)所述通过认证的卫星终端与所述主站进行同步建立卫星链路的步骤； (3)所述通过认证的卫星终端通过所述主站向所述3G核心网进行附着的步骤， 其特征在于所述通过认证的卫星终端通过所述主站向所述3G核心网进行附着的步骤，包括以下过程 (31)所述SGSN对所述通过认证的卫星终端进行身份识别，获得该所述通过认证的卫星终端的用户识别标识，转入步骤(32)； (32)所述SGSN对该所述通过认证的卫星终端进行鉴权加密；若鉴权加密通过则转入步骤(33);若鉴权加密未通过，则通知所述主站删除与该所述通过认证的卫星终端间的卫星链路； (33)所述SGSN向所述HLR注册经步骤(32)后的所述通过认证的卫星终端，并转入步骤(34)； (34)所述SGSN向所述通过认证的卫星终端分配P-TMSI与路由区识别码，完成所述通过认证的卫星终端向所述3G核心网的附着。
6.如权利要求5所述的卫星终端接入方法，其特征在于，所述卫星终端向所述主站的进行认证的步骤包括 (11)所述卫星终端通过突发向所述主站发送卫星终端ID、载波号、卫星终端MAC地址； (12)所述主站可识别该所述卫星终端的卫星终端ID、载波号、卫星终端MAC地址则转入步骤(13);否则，结束该卫星终端的认证过程； (13)所述主站向该所述卫星终端发送卫星终端接入信息、网络时隙结构与信道资源，完成该所述卫星终端的认证过程。
7.如权利要求5所述的卫星终端接入方法，其特征在于，所述SGSN对所述通过认证的卫星终端进行身份识别的过程为 所述SGSN向所述通过认证的卫星终端发送身份识别请求信令； 所述通过认证的卫星终端接收到发送身份识别请求信令后向所述SGSN发送该所述通过认证的卫星终端的用户识别标识。
全文摘要
本发明公开了一种大规模卫星终端的卫星通信系统，包括卫星连接部分和3G核心网。所述卫星连接部分的主站通过Iu接口与所述3G核心网相连，并转发所述通过认证的卫星终端向3G核心网的附着请求信令和分组业务；所述3G核心网对所述通过认证的卫星终端的附着请求信令进行处理，并为附着成功的卫星终端分配用于传送分组业务的业务信道。本系统通过将卫星连接部分接入3G核心网，实现了利用3G核心网对卫星连接部分中大规模的卫星终端的管理。同时本发明还公开了本卫星通信系统中卫星终端接入3G核心网的卫星终端接入方法。采用该方法可以解决卫星终端向3G核心网的接入问题。
文档编号H04W12/06GK102917333SQ20121038847
公开日2013年2月6日 申请日期2012年10月15日 优先权日2012年10月15日
发明者刘海客, 邹光南, 石云, 张华健, 王海涛 申请人:航天恒星科技有限公司