星地链路切换方法及星地链路切换方式选择处理装置

摘要

本发明涉及一种星地链路切换方法，包括：根据终端发起的切换请求信息中描述当前波束与目标波束的关系信息选择相应的切换方式进行切换操作，如果当前波束与目标波束属于同一小区，则选择区内切换方式进行切换操作；如果当前波束与目标波束属于同一卫星且不属于同一小区，则选择区间切换方式进行切换操作；如果当前波束与目标波束不属于同一卫星，则选择星间切换方式进行切换操作。本发明还涉及一种星地链路切换方式选择处理装置。本发明克服了现有单一切换方法的不足，考虑波束间、区间和卫星间多种星地链路切换问题，能够根据不同的切换类型选择不同的切换方式，切换方式可根据切换需求灵活可选，以达到星地链路切换最优化。

说明书

技术领域

本发明涉及航天信息领域的星地链路切换技术，尤其涉及一种星地链路切换方法及星地链路切换方式选择处理装置，属于航天信息领域。

背景技术

天基信息系统是以卫星节点为核心的全球一体化通信系统，具有全球无缝覆盖、快速机动布网等优点。但由于卫星节点的移动性，卫星节点与地面移动用户间存在相对运动，这使得地面用户需不断的穿越不同的卫星波束或覆盖区，从而造成用户通信的中断，这种现象称为星地链路切换。

星地链路切换对于业务通信的持续性，服务质量(Quality of Service，简称QoS)保证能力以及卫星节点通信容量等都有影响，是天基信息系统中的关键技术，尤其是随着卫星多波束技术的成熟和广泛使用，卫星系统用户的星地链路切换现象越来越普遍，对于该问题的解决方法也越来越重要。

星地链路切换类似于地面移动通信中的跨区切换，但由于卫星的移动性以及卫星多波束覆盖等特点，基于卫星节点的星地链路切换要比地面移动通信跨区切换复杂得多，主要表现为：当用户是从同一颗卫星下某一小区切换到另一小区时，星地链路切换与地面移动通信中的跨区切换相似，只需要在物理层和链路层上进行相应的处理即可；但当用户切换设计两颗卫星时，切换必然造成原有的路由失败，需要在网络层利用重路由等方法建立新的路由，以保证通信的连续性。这就要求星地链路切换需要同时考虑物理层、链路层和网络层，切换变得复杂且耗费资源。

目前的星地链路切换方法，主要研究集中在如下两个方面。

其中一类研究主要侧重于单个卫星节点接入和移交本身的特点和性能，而很少关注整个卫星网络以及某业务的接入和移交对卫星网络其他节点、链路的影响(如针对同一个卫星下多波束覆盖情况的用户切换)；这些研究往往仅涉及链路层和空中无线接口方面的问题，而很少考虑网络层在切换过程中需要解决的问题；所给出的算法也只针对单颗卫星(波束切换)内的用户切换或相邻两颗卫星间(单跳)用户的切换，没有考虑多跳情况下用户的切换问题。因而这些切换方法一般只适用于单颗同步轨道卫星通信系统或没有星间链路的移动星座，而对于存在星间链路的移动星座以及正在发展的新一代移动卫星综合系统，则往往无法有效适用或得不到较好的效果。

另一类研究重点针对具有星间组网的多卫星间的用户切换(如星地链路切换协议(Footprint Handover Rerouting Protocol，简称FHRP))，这些研究主要集中在网络层，所给出的算法可以解决切换后网络路由变化对切换业务通信性能的影响，但算法涉及网络层，需耗费大量星上处理资源和星地信令资源，算法复杂度大。现有的这些研究往往仅针对某一种情况，没有综合考虑多种切换(波束间、区间、卫星间等)，因此很难在性能和资源耗费间得到最优的折衷。

发明内容

本发明的实施例所要解决的技术问题是，克服现有技术由于单一切换方法而不能灵活选择切换方式的不足，提供一种可以根据不同的切换类型选择不同的切换方式的星地链路切换方法及星地链路切换方式选择处理装置，分别从物理层、链路层和/或网络层解决星地链路切换问题，以达到星地链路切换最优化。

为实现上述目的，本发明的实施例提供了一种星地链路切换方法，其中包括：根据终端发起的切换请求信息中描述当前波束与目标波束的关系信息选择相应的切换方式进行切换操作，如果当前波束与目标波束属于同一小区，则选择区内切换方式进行切换操作；如果当前波束与目标波束属于同一卫星且不属于同一小区，则选择区间切换方式进行切换操作；如果当前波束与目标波束不属于同一卫星，则选择星间切换方式进行切换操作。

本发明的实施例还提供了一种星地链路切换方式选择处理装置，其中包括：接收单元，用于接收终端发起的切换请求信息；选择单元，与接收单元连接，用于根据所述切换请求信息中描述当前波束与目标波束的关系信息选择相应的切换方式；如果当前波束与目标波束属于同一小区，则选择区内切换方式进行切换操作；如果当前波束与目标波束属于同一卫星且不属于同一小区，则选择区间切换方式进行切换操作；如果当前波束与目标波束不属于同一卫星，则选择星间切换方式进行切换操作；以及通知单元，与选择单元连接，用于获取选择单元所选择的切换方式，并通知相应的卫星采用所述切换方式对终端进行星地链路切换。

本发明的实施例克服了现有技术中切换方式单一、不能灵活选择切换方式的不足，考虑波束间、区间和卫星间多种星地链路切换问题，能够根据不同的切换需求选择相应的最优的切换方式，例如：选择仅需从物理层解决星地链路切换的区内切换方式，或选择从物理层及链路层解决星地链路切换的区间切换方式，或选择从物理层、链路层及网络层解决星地链路切换的星间切换方式，切换方式可根据切换需求灵活可选。另外，在保证切换业务通信性能要求的同时可降低切换费用，如区内切换解决了波束间切换的问题，仅需在物理层解决，不需要考虑链路层和网络层；区间切换解决了小区间切换的问题，仅需在物理层和链路层解决，不需要考虑网络层，从而在保证切换业务通信信能要求的同时极大地降低了切换所需的信令资源。

附图说明

图1为本发明星地链路切换方法的较佳实施例的流程图。

图2为区内切换操作的流程图。

图3为区间切换操作的流程图。

图4为星间切换操作的流程图。

图5为本发明星地链路切换方式选择处理装置的结构示意图。

图6为设有星地链路切换方式选择处理装置的天基信息系统结构示意图。

具体实施方式

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

本发明克服了现有技术中切换方式单一、不能灵活选择切换方式的不足，能够根据不同的切换类型选择相应的区内切换方式、区间切换方式或星间切换方式进行切换操作，分别从物理层、链路层和/或网络层解决星地链路切换问题，以达到星地链路切换最优化。

本发明星地链路切换方法的实施例，包括：根据终端发起的切换请求信息中描述当前波束与目标波束的关系信息选择相应的切换方式进行切换操作，如果当前波束与目标波束属于同一小区，则选择区内切换方式进行切换操作；如果当前波束与目标波束属于同一卫星且不属于同一小区，则选择区间切换方式进行切换操作；如果当前波束与目标波束不属于同一卫星，则选择星间切换方式进行切换操作。

本领域技术人员应该能够理解上述选择切换方式的步骤可以采用并行判断的步骤，也可以通过顺序判断当前波束与目标波束是否属于同一小区、同一卫星的方式，本领域技术人员可根据实际应用场景来具体选择并行判断或顺序判断的方式来确定切换方式，其均应在本发明技术方案所要求保护的范围之内。图1为本发明星地链路切换方法的一较佳实施例的流程图，包括：

步骤1、终端发起切换请求信息。

步骤2、判断当前波束与目标波束是否属于同一小区，若是，则选择区内切换方式，执行步骤21；否则，执行步骤3。

步骤21、执行区内切换操作。区内切换即区内波束间切换，在实现只需考虑物理层。

步骤3、判断当前波束与目标波束是否属于同一卫星，若是，则选择区间切换方式，执行步骤31；否则，则选择星间切换方式，执行步骤32。

步骤31、执行区间切换操作。区间切换即星内区间切换，在实现上不仅需考虑物理层，还需要考虑链路层，即更新连接标识符与终端IP的映射表及连接标识符与发射/接收端口间的映射表。

步骤32、执行星间切换操作。星间切换，在实现上除了考虑物理层和链路层之外，还需要考虑网络层，即查找业务数据在网络层路由时所需的下一跳节点。

本发明提供的星地链路切换方法的实施例，克服了现有技术中切换方式单一、不能灵活选择切换方式的不足，综合考虑区内波束间、区内区间和星间等多种星地链路切换问题，能够根据不同的切换类型灵活选择相应的最优的切换方式，例如：选择仅需从物理层解决星地链路切换的区内切换方式，或选择从物理层及链路层解决星地链路切换的区间切换方式，或选择从物理层、链路层及网络层解决星地链路切换的星间切换方式，切换方式可根据切换需求灵活可选。另外，在保证切换业务通信性能要求的同时可降低切换费用，如区内波束间切换解决了波束间切换的问题，仅需在物理层解决，不需要考虑链路层和网络层，从而避免了链路层和网络层切换所需的信令资源；如区内区间切换解决了小区间切换的问题，只需在物理层及链路层解决，不需要考虑网络层，从而在保证切换业务通信信能要求的同时避免了网络层切换所需的信令资源。由于区内波束间切换、区内区间切换，均未考虑网络层，因此星上处理资源和星地信令资源耗费小，计算复杂度小。

以下以终端从当前波束切换到当前小区的目标波束为例，说明区内切换操作的步骤，当前小区为当前波束所在的小区，如图2所示，包括：

步骤A1、目标波束收到切换请求信息。

步骤A2、目标波束判断是否存在空闲信道资源，若存在，则执行步骤3；否则，延迟切换执行步骤A2，或取消切换。该实施例中步骤A2中目标波束判断无空闲信道资源，采用延迟切换，执行步骤A2的方案。

步骤A3、目标波束为终端分配信道资源后，向终端发送建立连接消息。

步骤A4、终端向目标波束发送确认连接消息。

步骤A5、目标波束通知终端更改波束号。

步骤A6、终端接收到更改波束号的通知后，向目标波束发送确认更改波束号。

步骤A7、终端向当前波束发送断开连接请求。

步骤A8、当前波束向终端发送确认断开连接消息。

步骤A9、当前波束释放信道资源。

步骤A10、终端释放信道资源。

区内切换中，当前波束与目标波束进行信令交互和协商，整个切换过程均发生在物理层，而不涉及链路层和网络层，减小了计算复杂度，避免了链路层和网络层切换所需的信令资源，提高了资源利用率，切换简单、快速。

以下以终端从当前波束切换到当前小区之外的目标小区为例，说明区间切换操作的步骤，如图3所示，包括：

步骤B1、目标波束所在的目标小区收到切换请求信息。

步骤B2、目标小区判断目标波束是否存在空闲信道资源，若存在，则执行步骤B3，否则，延迟切换执行步骤B2，或取消切换。该实施例中步骤B2中目标小区判断目标波束无空闲信道资源，采用延迟切换，执行步骤B2的方案。

步骤B3、目标小区为终端分配信道资源，并分配连接标识符(ConnectionIdentifier，简称CID)后，向终端发送建立连接消息；CID为小区内在链路层上标识无线连接的唯一标识符，便于用户管理和提供指定业务服务；

步骤B4、终端向目标小区发送确认连接消息。

步骤B5、目标小区通知终端更改连接标识符和波束号。

步骤B6、终端接收到更改连接标识符和波束号的通知后，向目标小区发送确认更改连接标识符和波束号。

步骤B7、目标小区收到终端确认更改消息后，更新CID-IP映射表及CID-端口映射表；CID-IP映射表为CID与终端IP间的映射表；CID-端口映射表为CID与发射/接收端口间的映射表。

步骤B8、终端向当前小区发送断开连接请求。

步骤B9、当前小区向终端发送确认断开连接消息。

步骤B10、当前小区更新CID-IP映射表及CID-端口映射表，回收原有的连接标识符，释放信道资源。

步骤B11、终端释放信道资源。

区间切换中，当前波束与目标小区进行信令交互和协商，整个切换过程发生在物理层和链路层，而不涉及网络层，减小了计算复杂度，避免了网络层切换所需的信令资源，提高了资源利用率，切换简单、快速。

以下以终端从当前波束切换到当前卫星之外的目标卫星为例，说明星间切换操作的步骤，当前卫星为当前波束所在的卫星，如图4所示，包括：

步骤C1、目标波束所在的目标卫星收到切换请求信息。

步骤C2、目标卫星判断目标波束所在的目标小区及目标波束是否存在空闲信道资源，若存在，则执行步骤3，否则，延迟切换执行步骤C2，或取消切换。该实施例中步骤C2中目标卫星判断目标小区及目标波束无空闲信道资源，采用延迟切换，执行步骤C2的方案。

步骤C3、目标卫星为终端分配信道资源，并分配连接标识符后，向终端发送建立连接消息。

步骤C4、终端向目标卫星发送确认连接消息。

步骤C5、目标卫星通知终端更改连接标识符和波束号。

步骤C6、终端接收到更改连接标识符和波束号的通知后，向目标卫星发送确认更改连接标识符和波束号。

步骤C7、目标卫星收到终端确认更改消息后，更新终端列表、路由表、CID-IP映射表及CID-端口映射表；终端列表为与该卫星建立连接的所有终端的信息列表；路由表用于查找终端业务数据在网络层路由时所需的下一跳节点。

步骤C8、终端向当前卫星发送断开连接请求。

步骤C9、当前卫星向终端发送确认断开连接消息。

步骤C10、当前卫星更新终端列表、路由表、CID-IP映射表及CID-端口映射表，回收原有的连接标识符，释放信道资源。

步骤C11、终端释信道放资源。

星间切换中，当前波束与目标卫星进行信令交互和协商，整个切换过程发生在物理层、链路层及网络层，保证了切换时业务的持续性。

本发明星地链路切换方式选择处理装置的实施例，如图5所示，包括：接收单元101，用于接收终端发起的切换请求信息；选择单元102，与接收单元101连接，用于根据所述切换请求信息中描述当前波束与目标波束的关系信息选择相应的切换方式；如果当前波束与目标波束属于同一小区，则选择区内切换方式进行切换操作；如果当前波束与目标波束属于同一卫星且不属于同一小区，则选择区间切换方式进行切换操作；如果当前波束与目标波束不属于同一卫星，则选择星间切换方式进行切换操作；以及通知单元103，与选择单元102连接，用于获取选择单元所选择的切换方式，并通知相应的卫星采用所述切换方式对终端进行星地链路切换。终端由当前小区切换到目标小区时，相应的卫星是指目标小区所属的卫星。

本发明的实施例通过提供一星地链路切换方式选择处理装置，在终端请求切换时，星地链路切换方式选择处理装置根据终端发送的切换请求信息中，描述当前波束与目标波束的关系信息选择相应的切换方式，切换方式可根据切换需求灵活可选。另外在保证切换业务通信性能要求的同时可降低切换费用，如区内波束间切换解决了波束间切换的问题，仅需在物理层解决，不需要考虑链路层和网络层，从而避免了链路层和网络层切换所需的信令资源；如区内区间切换解决了小区间切换的问题，只需在物理层及链路层解决，不需要考虑网络层，从而在保证切换业务通信信能要求的同时避免了网络层切换所需的信令资源。由于区内波束间切换、区内区间切换，均未考虑网络层，因此星上处理资源和星地信令资源耗费小，计算复杂度小。

图6为设有星地链路切换方式选择处理装置的天基信息系统结构示意图。其中卫星A覆盖区域包括小区A-1，小区A-2，卫星B覆盖区域包括小区B-1，小区B-2；小区A-1覆盖区域由波束1和波束2组成，小区A-2覆盖区域由波束3和波束4组成，小区B-1覆盖区域由波束1’和波束2’组成，小区B-2覆盖区域由波束3’和波束4’组成；卫星A内设有一星地链路切换方式选择处理装置A0，卫星B内设有一星地链路切换方式选择处理装置B0。

当终端UE从波束1切换到波束2时，星地链路切换方式选择处理装置A0根据终端发起的切换请求信息中描述波束1与波束2的关系信息，确定波束1与波束2属于同一小区，选择区内切换方式；当终端UE从波束1切换到波束3时，星地链路切换方式选择处理装置A0确定波束1与波束2属于同一卫星且不属于同一小区，选择区间切换方式；当终端UE从波束1切换到波束2’时，星地链路切换方式选择处理装置B0确定波束1与波束2’属于不同的卫星，选择星间切换方式。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。