基于核心网的卫星通信高低轨切换方法、设备及存储介质与流程

1.本发明涉及卫星通信技术领域，尤其是一种基于核心网的卫星通信高低轨切换方法、设备及存储介质。


背景技术：

2.随着用户量和无线接入增多，卫星作为移动通信的一部分，其承受的通信负载压力也越来越大。通常卫星的通信都是依赖于低轨道的卫星链，低轨卫星在接收到不断来自地球的通信请求，然而卫星的通信资源不是无限的，随着通信请求的增加，卫星负载的加剧，将会影响甚至中断与卫星的网络通信，除了增加低轨卫星的数量以外，还可以通过将通信切换到其他轨道的卫星星链上的手段来解决卫星通信负载问题。
3.现有技术中对卫星的轨道切换判断依据基本上都是仅仅根据卫星的负载作为轨道切换的参考依据，且切换对象也仅局限于其它低轨卫星，没有充分利用其它轨道卫星的通信资源。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本发明实施例提供一种基于核心网的卫星通信高低轨切换方法、设备及存储介质。
5.本发明的第一方面提供了一种基于核心网的卫星通信高低轨切换方法，包括以下步骤：
6.从低轨卫星群链中获取卫星数据；
7.根据所述卫星数据，计算低轨卫星群链的综合阀值；
8.当低轨卫星群链的通信负载高于或等于所述综合阀值时，进行卫星通信高低轨切换。
9.进一步地，所述卫星数据，具体包括低轨卫星群链中各个卫星的卫星通信负载、卫星状态和卫星剩余覆盖时间。
10.进一步地，所述计算低轨卫星群链的综合阀值，具体包括：
11.根据卫星的通信负载计算各个卫星的负载阈值；
12.根据卫星的卫星状态计算各个卫星的状态阈值；
13.根据卫星的剩余覆盖时间计算各个卫星的覆盖阈值；
14.将低轨卫星群链中各个卫星的负载阈值、状态阈值和覆盖阈值进行加权平均，得到低轨卫星群链的综合阈值；
15.设定综合阀值，所述综合阀值为综合阈值的一个取值。
16.进一步地，所述进行卫星通信高低轨切换，具体包括以下步骤：
17.获取低轨卫星群链中的通信请求；
18.对通信请求进行筛选，得到支持高轨卫星通信的通信请求；
19.将支持高轨卫星通信的通信请求从低轨卫星群链中批量切换到高轨卫星上。
20.进一步地，所述对通信请求进行筛选，得到支持高轨卫星通信的通信请求，具体包括以下步骤：
21.从通信请求的协议配置选项中解析所述通信请求的需求时延；
22.根据需求时延判断所述通信请求是否支持高轨卫星通信。
23.进一步地，还包括以下步骤：
24.当低轨卫星群链的通信负载低于所述综合阀值时，将新接入低轨卫星群链的通信请求接入低轨卫星群链中的空闲卫星。
25.进一步地，所述空闲卫星通过以下步骤得到：
26.从低轨卫星群链中筛选出处于综合阈值范围内的目标卫星；
27.判断目标卫星是否处于卫星各自的负载阈值、状态阈值和覆盖阈值之内；
28.将同时处于各自的负载阈值、状态阈值和覆盖阈值之内的卫星确定为空闲卫星。
29.进一步地，还包括以下步骤：
30.对新接入低轨卫星群链的通信请求进行优先级标识；
31.根据通信请求的优先级标识和接入时间确定将通信请求接入空闲卫星的顺序。
32.本发明的第二方面公开了一种电子设备，包括处理器以及存储器；
33.所述存储器用于存储程序；
34.所述处理器执行所述程序实现一种基于核心网的卫星通信高低轨切换方法。
35.本发明的第三方面公开了一种计算机可读存储介质，所述存储介质存储有程序，所述程序被处理器执行实现一种基于核心网的卫星通信高低轨切换方法。
36.本发明实施例还公开了一种计算机程序产品或计算机程序，该计算机程序产品或计算机程序包括计算机指令，该计算机指令存储在计算机可读存储介质中。计算机设备的处理器可以从计算机可读存储介质读取该计算机指令，处理器执行该计算机指令，使得该计算机设备执行前面的方法。
37.本发明的实施例具有如下有益效果：本发明基于核心网的卫星通信高低轨切换控制系统与方法，通过通信类型的分类标识和通信优先级标识，以及根据卫星的负载、状态和覆盖剩余时间的阈值，在不影响或很小的影响通信的情况下进行卫星通信切换，使得低轨卫星的通信压力得以释放，进入正常状态，有效缓解低轨卫星群链的通信压力，提高了通信质量。
38.本发明的附加方面和优点将在下面的描述部分中给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
39.为了更清楚地说明本技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
40.图1是本发明一种基于核心网的卫星通信高低轨切换方法、设备及存储介质应用的高低轨卫星融合的通信网络系统示意图；
41.图2是本发明一种基于核心网的卫星通信高低轨切换方法、设备及存储介质的基
本实施流程图；
42.图3是本发明一种基于核心网的卫星通信高低轨切换方法、设备及存储介质中判断空闲卫星流程图；
43.图4是本发明一种基于核心网的卫星通信高低轨切换方法、设备及存储介质中给予通信请求优先级标识示意图；
44.图5是本发明一种基于核心网的卫星通信高低轨切换方法、设备及存储介质中卫星通信高低轨切换判断示意图.
具体实施方式
45.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
46.本实施例中，基于核心网的卫星通信高低轨切换方法应用于如图1所示的高低轨卫星融合的通信网络系统。参照图1，通信网络系统包括高轨卫星链路和低轨卫星链路，二者相比，高轨卫星群链拥有较大的卫星覆盖范围，而低轨卫星的通信延迟更小。由于覆盖范围的问题可以通过发射多颗低轨卫星组成低轨卫星群链克服，因此在常规的卫星地面通信过程中，地面网络的通信请求通常依赖于低轨卫星群链，高轨卫星链路则不会被通信请求所优先接入。本实施例通信请求由用户终端发出，5g核心网转发，用户终端不局限于手机终端，还可以是电脑、平板电子终端；5g核心网主要包括接入管理网元和数据处理网元，接入管理网元可以是amf网元，数据处理网元可以是nwdaf网元。在同一时间段，用户终端可以接入低轨卫星，也可以接入高轨卫星，用户终端可以在高轨卫星和低轨卫星之间进行切换。
47.由于大部分通信请求均被设置为优先接入低轨卫星群链，但低轨卫星的通信资源并不是无限的，随着用户量的上升和通信请求接入的增加，低轨卫星的负载会变得越来越高。卫星负载的加剧将会影响甚至中断低轨卫星的通信，为了解决这一问题，本发明实施例提出一种基于核心网的卫星通信高低轨切换方法、设备及存储介质，通过向高轨道卫星进行负载调配缓解低轨卫星群链的负载压力。
48.本实施例公开了一种基于核心网的卫星通信高低轨切换方法，如图2所示，主要包括以下步骤：
49.s1.从低轨卫星群链中获取卫星数据。本实施例中为了直观地获取低轨卫星的负载压力，需要自低轨卫星群链中获取相应的卫星数据。具体地，卫星数据可以包括卫星id、时间戳、卫星位置和卫星速度等，本实施例所需要的卫星数据包括低轨卫星群链中各个卫星的卫星通信负载、卫星状态和卫星剩余覆盖时间，这些卫星数据可以是直接自卫星获取，也可以是根据直接获取的数据由nwdaf网元进行计算分析得到。
50.s2.根据卫星数据，计算低轨卫星群链的综合阀值。在步骤s1获取卫星数据基础上，主要由核心网中nwdaf网元完成综合阀值的确定。具体地，首先根据卫星的通信负载计算各个卫星的负载阈值、根据卫星的卫星状态计算各个卫星的状态阈值、根据卫星的剩余覆盖时间计算各个卫星的覆盖阈值；再将低轨卫星群链中各个卫星的负载阈值、状态阈值和覆盖阈值进行加权平均，得到低轨卫星群链的综合阈值。如图3所示，本实施例中卫星的负载阈值、状态阈值和覆盖阈值是一个范围概念，每个阈值都相对独立。就单个卫星而言，
低轨卫星群链中各个卫星都有各自负载阈值、状态阈值和覆盖阈值的阈值范围，处于阈值范围内的卫星会被视为空闲卫星(正常卫星)，高于任一阈值范围的卫星会被视为高负载卫星(繁忙卫星)，而低于阈值范围的卫星则会视为休眠卫星。相对应地，阀值则是一个具体数值概念，是卫星阈值范围内的一个特定值，各个卫星的阀值可以通过查表法从预设的阀值表中查询得到，也可以根据卫星的实际情况动态改变阀值的具体数值。低轨卫星群链的综合阀值则通过计算低轨卫星群链中每个卫星的卫星信息进行加权评价得到，反映了低轨卫星群链的平均负载值。
51.本实施例的目的是在低轨卫星群链拥挤时进行负载分配，因此需要对低轨卫星群链的接入请求进行控制，具体包括以下步骤：当低轨卫星群链的通信负载低于综合阀值时，将新接入低轨卫星群链的通信请求接入低轨卫星群链中的空闲卫星。本实施例中将处于阈值范围内的卫星视为空闲卫星，具体地，首先从低轨卫星群链中筛选出处于综合阈值范围内的目标卫星；其次判断目标卫星是否处于卫星各自的负载阈值、状态阈值和覆盖阈值之内；最后将同时处于各自的负载阈值、状态阈值和覆盖阈值之内的卫星确定为空闲卫星。
52.在一部分实施例中，对低轨卫星群链的接入控制还包括以下步骤：对新接入低轨卫星群链的通信请求进行优先级标识；根据通信请求的优先级标识和接入时间确定将通信请求接入空闲卫星的顺序。由于每一时刻都有数以万计的通信请求需要接入卫星群链中进行通信，因此本实施例对新接入的通信请求进行优先级划分，令优先级高的通信请求优先接入通信链路，优先级低的通信请求则需进行排队接入。优先级区分可以包括两级、三级或多级，如图4所示。优先级标识可以根据通信请求的发送终端、接入基站等加以确定，例如通过经认证的政府终端/基站发送的通信请求可以被确定为高优先级请求，将普通基站/终端发送的通信请求确定为低优先级请求等。
53.s3.当低轨卫星群链的通信负载高于或等于综合阀值时，进行卫星通信高低轨切换。本实施例中缓解低轨卫星群链负载压力的主要手段是将部分低轨卫星的通信链路调配至高轨卫星完成。由于通信请求一般不会优先选择接入高轨卫星通信，因此高轨卫星的资源没有得到有效利用，可以通过将低轨卫星的通信链路调配至高轨卫星缓解低轨卫星群链的负载压力。为此，首先需要自低轨卫星群链中识别支持高轨卫星通信的通信请求，具体包括以下步骤：从通信请求的协议配置选项中解析通信请求的需求时延；根据需求时延判断通信请求是否支持高轨卫星通信。
54.如图5所示，对于不同的通信请求，它们的需求时延通常不同，如缓存视频、微信信息、邮件等通信请求的需求时延通常较高，因此将这些通信请求调配至高轨道卫星不会对通信质量产生明显影响，因此属于支持高轨卫星通信的通信请求；而如车联网、视频通话等通信请求的需求时延较低，因此将这些通信请求调配至高轨道卫星会对通信质量产生明显影响，因此不属于支持高轨卫星通信的通信请求。
55.在核心网接收通信请求时，用户终端(ue,user equipment)通常会在通信请求的协议配置选项(pco，protocol configuration option)中指示通信请求的需求时延，因此核心网可以通过读取通信请求协议配置选项中的需求时延，确定通信请求是否支持高轨卫星通信。确定低轨卫星群链中支持高轨卫星通信的通信请求后，将支持高轨卫星通信的通信请求从低轨卫星群链中批量切换到高轨卫星上，完成低轨卫星群链的负载压力释放。
56.可以根据本实施例中的低轨卫星切换控制方法编写计算机程序，将计算机程序写
入计算机装置的存储器或者独立的存储介质中，当计算机程序被读取出来后可以指令处理器执行实施例中的低轨卫星切换控制方法，从而实现与方法实施例相同的技术效果。
57.在一些可选择的实施例中，在方框图中提到的功能/操作可以不按照操作示图提到的顺序发生。例如，取决于所涉及的功能/操作，连续示出的两个方框实际上可以被大体上同时地执行或所述方框有时能以相反顺序被执行。此外，在本发明的流程图中所呈现和描述的实施例以示例的方式被提供，目的在于提供对技术更全面的理解。所公开的方法不限于本文所呈现的操作和逻辑流程。可选择的实施例是可预期的，其中各种操作的顺序被改变以及其中被描述为较大操作的一部分的子操作被独立地执行。
58.此外，虽然在功能性模块的背景下描述了本发明，但应当理解的是，除非另有相反说明，所述的功能和/或特征中的一个或多个可以被集成在单个物理装置和/或软件模块中，或者一个或多个功能和/或特征可以在单独的物理装置或软件模块中被实现。还可以理解的是，有关每个模块的实际实现的详细讨论对于理解本发明是不必要的。更确切地说，考虑到在本文中公开的装置中各种功能模块的属性、功能和内部关系的情况下，在工程师的常规技术内将会了解该模块的实际实现。因此，本领域技术人员运用普通技术就能够在无需过度试验的情况下实现在权利要求书中所阐明的本发明。还可以理解的是，所公开的特定概念仅仅是说明性的，并不意在限制本发明的范围，本发明的范围由所附权利要求书及其等同方案的全部范围来决定。
59.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备(如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统)使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，“计算机可读介质”可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。
60.计算机可读介质的更具体的示例(非穷尽性列表)包括以下：具有一个或多个布线的电连接部(电子装置)，便携式计算机盘盒(磁装置)，随机存取存储器(ram)，只读存储器(rom)，可擦除可编辑只读存储器(eprom或闪速存储器)，光纤装置，以及便携式光盘只读存储器(cdrom)。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以例如通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
61.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
62.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不
一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
63.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同物限定。
64.以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可做出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本技术权利要求所限定的范围内。