天地一体化网络中低轨卫星通信的方法及系统

摘要

本发明实施例提供了一种天地一体化网络中低轨卫星通信的方法及系统，该方法包括：第一卫星获取预先建立的所有地面分区的标识；第一卫星由第一地面分区运动至第二地面分区，根据所有地面分区的标识，第一卫星的地址由处于第一地面分区内具有第一标识的第一地址、变更为处于第二地面分区内具有第二标识的第二地址；第一卫星向第二地面分区广播卫星信息包，以使接收卫星信息包的第一用户终端根据卫星信息包维持第一用户终端的本地信息表；第一卫星获取并根据，由第一用户终端根据第一用户终端的本地信息表发送的本地通信包，建立第一用户终端与目标终端的通信连接。本发明的方法，减少了天地一体化网络中通信系统的资源浪费，节约了通信资源。

说明书

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别是涉及天地一体化网络中低轨卫星通信的方法及系统。

背景技术

MM(Mobile Management，移动性管理)的概念，最早在蜂窝通信网络中被提出和使用。在无线移动网络中，网络需要对移动的用户终端进行跟踪，并为其提供服务，以使移动的用户终端之间能够正常通信，确保用户终端在运动过程中维持与其他用户终端或固定节点之间的通信。为了保证用户终端在整个网络覆盖范围内的任意位置都能够稳定地从网络中获取服务，MM的作用变得尤为突出。

所谓MM是在移动节点的标识(节点名)及其地址(节点相对网络结构的位置)间提供的时变映射，是一种支持漫游用户到达一个新的服务区去接受服务的基本技术。这些网络包括：Internet(interconnection network，互联网)、卫星网络、Ad hoc网络(Ad hoc网络是一种多跳的、无中心的、自组织无线网络，又称为多跳网)或者其混合的任何形式网络。MM的主要功能是在整个服务网络内有效支持用户、设备和服务的无缝漫游。MM有两个主要的研究方面：位置管理和切换管理。一般来说，位置管理处理用户在数据库的查询和存储以及寻呼信号的传送，切换管理在移动中通过控制接入点的改变来保持连通性。

LEO(Low Earth Orbit，低地球轨道)卫星网络的编址问题不同于陆地上的固定网络和移动网络，LEO卫星相对于地面呈高速移动状态，导致星间链路和星地链路需要进行频繁的切换。卫星网络的星间链路可分为两种：同一轨道面内卫星之间的星间链路和不同轨道面卫星之间的星间链路。在不同轨道面的卫星之间，受卫星运动方向、天线指向及天线跟踪能力等因素的限制，不同轨道面卫星之间的星间链路存在周期性地开关(即链路通断)问题。由于低轨卫星星座中存在多条不同轨道面的星间链路，因此由上述原因造成的网络拓扑结构的变化非常频繁，整个网络的拓扑结构具有高动态变化特性。除此之外，由于LEO卫星高度较低(700-1500km)，单颗卫星的对地覆盖面积小(约占全球表面积的3％—5％，最小仰角10°)，覆盖全球的低轨卫星星座需要由为数众多的卫星构成，多达数十颗到数百颗。对于全球覆盖的低轨卫星星座来讲，LEO卫星之间的相对位置随时间不断变化，存在着大量的重叠覆盖区，LEO卫星用户在多数时候能够同时见到多颗LEO卫星。

在面向天地一体化的网络中，当某LEO卫星为某用户终端提供服务时，由于LEO卫星处于实时运动状态，该LEO卫星可能并不再是该用户终端的最佳的接入卫星(或者离开了接入范围)，那么该用户终端需要切换到其他LEO卫星进行接入。由于空间网络自身的拓扑变化以及地面用户信息的快速更新，LEO卫星需要维持的路由表将非常庞大，而且该路由表将随着空间网络和地面网络的拓扑变化频繁更新，这使得LEO卫星的编址方案面临着前所未有的挑战。

LEO卫星网络中卫星数目多、轨道周期短、网络拓扑变化快以及覆盖区域小(相比高轨卫星来说)，这特征都导致LEO卫星的数据传输过程与地面网络的不同。在现有LEO卫星网络中，广泛应用移动IP技术，大量用户终端的移动会引起大量的位置更新信息以及位置更新信息传输带来的时延。并且在卫星通信系统中，由于卫星一直处于高速运动状态，其服务覆盖区也一直处于变化，因此即使用户终端相对于地面处于静止状态，也同样频繁的面临着与卫星的切换。

在现有的移动IP技术中，如P-MIP(Paging Extensions for Mobile IP，移动IP寻呼扩展)协议和Cellular IP(蜂窝IP)协议，在基本移动IP协议的基础上进行了相应的扩展，增加了IP寻呼功能，但同时也都存在一定的问题，例如P-MIP协议，不支持本地化的寻呼策略，随着LEO卫星的运动，用户会距离注册卫星越来越远，产生较长的转发链，会在造成延时的同时产生过多的信令负载，造成通信系统资源的浪费。而Cellular IP没有设置寻呼区，这使得卫星不论区域大小都要采用定时发送寻呼来更新消息，在卫星网络中会消耗大量的无线网络资源及用户终端的能量，造成通信系统资源的浪费。

总之，在天地一体化网络中，应用现有的移动IP技术，会造成通信系统资源的浪费。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种天地一体化网络中低轨卫星通信的方法及系统，以实现节约天地一体化网络中通信系统的通信资源。具体技术方案如下：

一种天地一体化网络中低轨卫星通信的方法，应用于卫星，包括：

第一卫星获取预先建立的所有地面分区的标识，其中，所述所有地面分区的标识包括：第一地面分区的第一标识及第二地面分区的第二标识，所述第一卫星为天地一体化网络中的任一颗卫星，所述第一地面分区与所述第二地面分区分别为预先建立的所有地面分区中的任一个地面分区，所述第二地面分区与所述第一地面分区不同；

所述第一卫星由所述第一地面分区运动至所述第二地面分区，根据所述所有地面分区的标识，所述第一卫星的地址由处于第一地面分区内具有第一标识的第一地址、变更为处于第二地面分区内具有第二标识的第二地址；

所述第一卫星向所述第二地面分区广播卫星信息包，以使接收所述卫星信息包的第一用户终端根据所述卫星信息包维持所述第一用户终端的本地信息表，其中，所述卫星信息包中的信息包括：所述第一卫星的地址；

所述第一卫星获取并根据，由所述第一用户终端根据所述第一用户终端的本地信息表发送的本地通信包，建立所述第一用户终端与目标终端的通信连接，其中，所述本地通信包中的信息包括：所述第一用户终端的地址、所述目标终端的地址及所述第一用户终端的通信数据，所述目标终端为与所述第一用户终端建立通信连接的通信目标。

一种天地一体化网络中低轨卫星通信的方法，应用于用户终端，包括：

第一用户终端获取预先建立的所有地面分区的标识，所述第一用户终端根据第三地面分区的第三标识，确定所述第一用户终端处于第三地面分区时，所述第一用户终端的地址，其中，所述第一用户终端为所述第三地面分区中的用户终端，所述所有地面分区的标识包括：所述第三地面分区的第三标识，所述第三地面分区为第二地面分区，或所述第三地面分区为所述第二地面分区相邻的一个地面分区，所述第二地面分区为除第一地面分区外的任一个地面分区，所述第一地面分区为任一个地面分区；

所述第一用户终端接收，由第一卫星向所述第二地面分区广播的卫星信息包，所述第一用户终端根据所述卫星信息包维持所述第一用户终端的本地信息表，其中，所述第一卫星为由第一地面分区运动至第二地面分区的卫星，且所述第一卫星的地址由处于第一地面分区内具有第一标识的第一地址、变更为处于第二地面分区内具有第二标识的第二地址，所述卫星信息包中的信息包括：所述第一卫星的地址，所述第一标识为所述第一地面分区的标识，所述第二标识为所述第二地面分区的标识；

所述第一用户终端根据所述第一用户终端的本地信息表，向所述第一卫星发送本地通信包，以使所述第一用户终端通过所述第一卫星建立与目标终端的通信连接，其中，所述本地通信包中的信息包括：所述第一用户终端的地址、所述目标终端的地址及所述第一用户终端的通信数据。

一种天地一体化网络中低轨卫星通信的系统，应用于卫星，包括：

标识获取模块，用于获取预先建立的所有地面分区的标识，其中，所述所有地面分区的标识包括：第一地面分区的第一标识及第二地面分区的第二标识，所述第一卫星为天地一体化网络中的任一颗卫星，所述第一地面分区与所述第二地面分区分别为预先建立的所有地面分区中的任一个地面分区，所述第二地面分区与所述第一地面分区不同；

卫星地址切换模块，用于在所述第一卫星由所述第一地面分区运动至所述第二地面分区时，根据所述所有地面分区的标识，将所述第一卫星的地址由处于第一地面分区内具有第一标识的第一地址、变更为处于第二地面分区内具有第二标识的第二地址；

卫星信息包广播模块，用于向所述第二地面分区广播卫星信息包，以使接收所述卫星信息包的第一用户终端根据所述卫星信息包维持所述第一用户终端的本地信息表，其中，所述卫星信息包中的信息包括：所述第一卫星的地址；

第一通信建立模块，用于获取并根据，由所述第一用户终端根据所述第一用户终端的本地信息表发送的本地通信包，建立所述第一用户终端与目标终端的通信连接，其中，所述本地通信包中的信息包括：所述第一用户终端的地址、所述目标终端的地址及所述第一用户终端的通信数据，所述目标终端为与所述第一用户终端建立通信连接的通信目标。

一种天地一体化网络中低轨卫星通信的系统，应用于用户终端，包括：

终端地址确定模块，用于获取预先建立的所有地面分区的标识，根据第三地面分区的第三标识，确定第一用户终端处于第三地面分区时，所述第一用户终端的地址，其中，所述第一用户终端为所述第三地面分区中的用户终端，所述所有地面分区的标识包括：所述第三地面分区的第三标识，所述第三地面分区为第二地面分区，或所述第三地面分区为所述第二地面分区相邻的一个地面分区，所述第二地面分区为除第一地面分区外的任一个地面分区，所述第一地面分区为任一个地面分区；

卫星信息包接收模块，用于接收由第一卫星向所述第二地面分区广播的卫星信息包，根据所述卫星信息包维持所述第一用户终端的本地信息表，其中，所述第一卫星为由第一地面分区运动至第二地面分区的卫星，且所述第一卫星的地址由处于第一地面分区内具有第一标识的第一地址、变更为处于第二地面分区内具有第二标识的第二地址，所述卫星信息包中的信息包括：所述第一卫星的地址，所述第一标识为所述第一地面分区的标识，所述第二标识为所述第二地面分区的标识；

第二通信建立模块，用于根据所述第一用户终端的本地信息表，向所述第一卫星发送本地通信包，以使所述第一用户终端通过所述第一卫星建立与目标终端的通信连接，其中，所述本地通信包中的信息包括：所述第一用户终端的地址、所述目标终端的地址及所述第一用户终端的通信数据。

本发明实施例提供的天地一体化网络中低轨卫星通信的方法及系统，卫星的地址与自身对应的地面分区想对应，卫星与自身对应的地面分区内的用户终端进行通信，支持本地化的寻呼策略，缩短了转发链，减少了延时和信令负载。卫星对自身对应的地面分区广播卫星信息包，用户终端根据自身的本地信息表发送注册包，降低了注册包的发送频率，减少了无线网络资源及用户终端的能量的消耗。总之，本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的方法，减少了天地一体化网络中通信系统的资源浪费，节约了通信资源。当然，实施本发明的任一产品或方法必不一定需要同时达到以上所述的所有优点。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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发明的一些实施例，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。

图1为本发明实施例的将地球表面划分成多个地面分区的示意图；

图2为本发明实施例的分别为多个地面分区注明标识的示意图；

图3为本发明实施例的卫星运行轨道与经线存在偏角时的轨道模型示意图；

图4为本发明实施例的卫星运行轨道与经线重合时的轨道模型示意图；

图5为本发明实施例的同轨卫星与对应分区分布情况示意图；

图6为本发明实施例的卫星变换地面分区后改变卫星地址的示意图；

图7为本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的方法应用于卫星侧的流程示意图；

图8为本发明实施例的用户终端的注册过程示意图；

图9为本发明实施例的目标终端不存在中继卫星时，用户终端之间的通信示意图；

图10为本发明实施例的目标终端具有中继卫星时，用户终端之间的通信示意图；

图11为本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的方法应用于用户终端侧的流程示意图；

图12为本发明实施例的用户终端之间进行通信的示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在LEO卫星(以下统称为卫星)组网的移动性管理中，借鉴地面网络使用的移动IP及其改进方案并不是最优的选择，为了节约天地一体化网络中的通信资源，本发明实施例提供了一种天地一体化网络中低轨卫星通信的方法。

首先，在本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的方法中，要划分地面分区及对用户终端和卫星进行编址：

第一步，根据低轨道卫星星座中卫星的通信范围及卫星的数量将地球表面划分为多个地面分区，并为多个地面分区分别分配标识，其中，所有地面分区中的每个地面分区的标识固定且唯一，低轨道卫星星座为天地一体化网络中的卫星星座。

本发明实施例中以由48颗卫星组成的低轨道卫星星座为例，48颗卫星在6条轨道上运转，每条轨道上有8颗卫星。为了尽量减少覆盖区域的重叠，使8颗卫星均匀分布在轨道上，为了与卫星在轨道上的分布对应，将地球表面按照纬度进行了八等份的划分(即每个分区维度跨度为45°)。同样地，使6条轨道在经度上平均分布，地球表面也相应的在经度上进行了12等分的划分(每条轨道跨越东、西半球，每个分区经度跨度为30°)，其地球表面的划分具体参见图1所示。

地球表面被划分成48个地面分区后，要为48个地面分区各自分配标识，该标识为阿拉伯数字、汉字、英文字母或任意符合本发明实施例的字符或标记。本发明实施例中，以阿拉伯数字为例，将每个地面分区的经度及纬度的中值点作为该地面分区的中心，则地面分区的中心与标识的映射关系表如下：

对应的分别为多个地面分区注明标识的示意图，如图2所示。

第二步：获取第一用户终端所在的第三地面分区的第三标识，根据第三标识，确定第一用户终端的终端分区地址；获取第一用户终端的终端ID地址，其中，第一用户终端的终端ID地址固定且唯一；根据第一用户终端的终端分区地址及终端ID地址，确定第一用户终端的地址。

对用户终端进行编址，用户终端的地址包括：终端分区地址和终端ID地址。终端分区地址根据用户终端所在的地面分区的标识确定，在用户终端所在的地面分区发生改变时，该用户终端的终端分区地址也相应改变。用户终端的终端ID地址为该用户终端区别于其他用户终端的独有的ID地址，任一用户终端的终端ID地址固定且唯一。

用户终端的地址(相当于有线网络中的IP地址)由终端分区地址和终端ID地址两部分共同组成，即IDU＝IDn+MACU，其中，IDU为用户终端的地址，IDn为终端分区地址，MACU为终端ID地址。用户终端的终端分区地址为该用户终端所处的地面分区的区号，用户终端的终端ID地址为该用户终端，区别于除自身外的其他用户终端的独有的ID地址，任一用户终端的终端ID地址固定且唯一，进一步，可以将用户终端的终端ID地址设定为MAC地址(Media Access Control Address，物理地址)。在用户终端不进行远距离移动(指用户终端不跨越地面分区)的情况下，该用户终端的地址是保持不变的。

在本发明实施例中，用户终端的地址可以沿用IPv4(Internet Protocol Version4，互联网协议第四版)的A类地址格式，32位地址中终端分区地址占8位，相当于IPv4中的子网号。终端ID地址为用户终端的全球唯一的标识。终端分区地址的范围为0-127，其中，IPv4地址中的0和127为保留地址，分别用于表示所有地址和测试回环。终端分区地址的实际范围为1-126之间，可表示126个子网，即126个地面分区，也即126颗卫星。

第三步：获取第一地面分区的第一标识，将第一标识编入第一卫星的地址，得到第一地址，作为第一卫星在第一地面分区时第一卫星的地址。

第一卫星获取第一地面分区的第一标识，将第一标识编入第一卫星的地址，得到第一地址；第一卫星将第一地面分区与第一地址的映射关系，存储到第一卫星的映射表中；第一卫星获取并根据第一卫星当前的经度和纬度，确定当前第一卫星处于第一地面分区；第一卫星根据第一卫星的映射表，确定第一卫星处于第一地面分区时，第一卫星的地址为第一地址。

卫星的地址包括：卫星的映射分区地址。卫星的映射分区地址为卫星的对地接口，卫星的映射分区地址根据卫星所在的地面分区的标识确定，且卫星对应的地面分区发生改变时，卫星的映射分区地址也相应的发生改变。

为了能够准确地找到负责某一地面分区的卫星或某一卫星负责的地面分区，需要维持一张卫星和地面分区之间的映射表，该映射表中卫星与地面分区是一一对应的。以由48颗卫星组成的低轨道卫星星座为例，48个地面分区在任意时刻都能找到自身映射卫星，且没有重复，48颗卫星能随时找到自身负责的地面分区，且没有重复。卫星的映射表中的信息包括：地面分区与卫星的地址之间的第一映射关系，和该卫星与该卫星所在的低轨道卫星星座中其他卫星的第二映射关系。其中，第一映射关系用于确定卫星的地址，更进一步说，确定卫星的映射分区地址(即卫星的对地接口)，以确保卫星的对地通信。第二映射关系用于确保卫星与其他卫星的通信。

本发明实施中，给出了地面分区的划分方法，对卫星及用户终端采用身份与地址分离的编制方式，有效的确定了卫星的地址及用户终端的地址，为后续卫星与用户终端之间的通信提供了技术上的支持。

优选的，第一卫星获取并根据第一卫星当前的经度和纬度，确定当前第一卫星处于第一地面分区，包括：

当卫星在轨道上运行时，地球也在以约15°/h(15度每小时)的角速度进行自转，这一特性决定了，卫星与地球表面之间存在南北方向的相对运动，卫星轨道与地球表面之间存在东西方向的相对运动，卫星运行轨道与经线存在偏角时的轨道模型如图3所示，其中，R为地球的半径，OA为地球的自转轴，OH与OA所成的夹角即为偏角γ。为了匹配地面分区方案，最终使映射表达到一一对应的效果，需要对卫星的经度进行修正。

根据图3中的几何关系有：

OO'＝R×sinθ_w

O′N＝OO′×tanγ

O'M＝O'D＝R×cosθ_w

OO'＝R×sinθ_w

根据以上各式可以推导出：

若卫星处于北半球，则

若卫星处于南半球，则

其中，θ'_j为修正后卫星的经度，θ_j为修正前卫星的精度，为∠DO'M，γ为∠O'ON，θ_w为∠DOC为修正前卫星的纬度，且修正前后卫星的纬度不变。

第一卫星根据修正的经度和纬度，确定当前第一卫星处于第一地面分区。

通过对经纬度的修正，可以减少低轨卫星的轨道倾角的影响，卫星的运行轨道与经线重合时的轨道模型如图4所示，原卫星运行轨道(参见图3中的轨道CH)等效为图4中的轨道CA。

在得到修正后的卫星经纬度后，可以直接通过卫星的经纬度确定卫星所在地面分区(或者称为卫星对应的地面区域)。但是由于两极附近经度修正存在的误差比较显著，使用这种方法会造成某两颗卫星同时存在于一个分区的情况。现在采用的是，通过半条轨道(同一轨道的东半球段或西半球段)上低纬度的两颗卫星的分区情况推导同一条半轨道上高纬度卫星的分区情况。例如：参见图5，根据低纬度的2、3号卫星的坐标可得出2号卫星对应1号地面分区，3号卫星对应3号地面分区。通过地面分区经纬度关系以及同轨卫星间的位置关系，可以推断出1号卫星对应2号地面分区，4号卫星对应4号地面分区。

使用本发明实施例的计算方法得出的卫星的映射表准确程度较高，与卫星之间路由的匹配程度也较好。例如当更新映射表的频率为一秒一次时，正确率可以达到99.652％。但是，卫星的映射表可能会存在以约431秒为周期的错误。原因是431秒左右恰好是卫星南北方向进行一次换区的周期，由于计算精度等原因的限制，会存在非常短时间的对应错误。由于这种差错周期比较固定，采用周期性更新卫星的映射表的方法就可以消除这种差错。

在本发明实施例中，通过修正卫星的经度和纬度，确定卫星对应的地面分区，保证了卫星与地面分区的一一对应，通过计算得到卫星对应的地面分区，充分利用了卫星运动的规律性和周期性，有效地节约了卫星有限的存储空间，而且，在用户量较大的情况下，计算所引起的时延相较于查表产生的时延会更加缩短，更具有优势。

在本发明实施例中，卫星的映射分区地址(卫星的对地接口)沿用用户终端编址(如IPv4地址)，卫星周期性的计算自身的经度与纬度(卫星将自身经度与纬度所在的地面分区作为自身对应的地面分区)。因为卫星相对于地球表面在不断运动，当卫星的经度与纬度所在的地面分区发生改变时，启动切换。切换时查找卫星维持的映射表，找到对应地面分区的信息，修改其对地接口的地址，参见图6，当卫星S1运动到另外一个地面分区时，会改变自身的地址，从而能支持该地面分区内用户终端的对外通信。

然后，在本发明实施例中需要对卫星通信的方法进行设定，参见图7，图7为本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的方法，应用于卫星侧的流程示意图，该方法包括：

步骤701，第一卫星获取预先建立的所有地面分区的标识，其中，所有地面分区的标识包括：第一地面分区的第一标识及第二地面分区的第二标识，第一卫星为天地一体化网络中的任一颗卫星，第一地面分区与第二地面分区分别为预先建立的所有地面分区中的任一个地面分区，第二地面分区与第一地面分区不同。

优选的，第一卫星获取预先建立的所有地面分区的标识之后，该方法还包括：根据所有地面分区的标识，第一卫星确定第一卫星的映射表。第一卫星获取第一卫星所在的第一地面分区的第一标识，根据第一标识，编址第一卫星的地址为第一地址。通过确定第一卫星所在的地面分区，编址第一卫星的地址，实现了第一卫星身份与位置分离的编址方式。

步骤702，第一卫星由第一地面分区运动至第二地面分区，根据所有地面分区的标识，第一卫星的地址由处于第一地面分区内具有第一标识的第一地址、变更为处于第二地面分区内具有第二标识的第二地址。

在第一卫星处于第一地面分区时，第一卫星根据第一地面分区的第一标识，确定第一卫星的地址为第一地址。第一卫星在运动过程中，周期性的计算自身所在的地面分区。在第一卫星由第一地面分区运动至第二地面分区时，第一卫星根据第二地面分区的第二标识，将第一卫星的地址由第一地址变更为第二地址。

步骤703，第一卫星向第二地面分区广播卫星信息包，以使接收卫星信息包的第一用户终端根据卫星信息包维持第一用户终端的本地信息表，其中，卫星信息包中的信息包括：第一卫星的地址。

第一卫星向第一卫星所在的第二地面分区周期性的广播卫星信息包。第一卫星广播卫星信息包的周期为符合本发明实施例的任意时间周期，可以根据实际通信情况自行设定。第一用户终端接收并根据卫星信息包，维护第一用户终端的本地信息表。本地信息表中存储的信息包括：卫星的地址。第一用户终端为第二地面分区内的用户终端或为与第二地面分区相邻的地面分区内的用户终端。

步骤704，第一卫星获取并根据，由第一用户终端根据第一用户终端的本地信息表发送的本地通信包，建立第一用户终端与目标终端的通信连接，其中，本地通信包中的信息包括：第一用户终端的地址、目标终端的地址及第一用户终端的通信数据，目标终端为与第一用户终端建立通信连接的通信目标。

第一用户终端根据自身的本地信息表，向第一卫星发送本地通信包。第一卫星接收由第一用户终端发送的本地通信包，并根据该本地通信包建立第一用户终端与目标终端的通信连接。

现有技术中P-MIP协议，不支持本地化的寻呼策略，随着LEO卫星的运动，用户会距离注册卫星越来越远，产生较长的转发链，会在造成延时的同时产生过多的信令负载，不适合应用到位置管理算法。而Cellular IP没有设置寻呼区，这使得卫星不论区域大小都要采用定时发送寻呼来更新消息，在卫星网络中会消耗大量的无线网络资源及用户终端的能量，会降低的寻呼的性能。在本发明实施例中，卫星的地址与自身对应的地面分区想对应，卫星与自身对应的地面分区内的用户终端进行通信，支持本地化的寻呼策略，相对于P-MIP协议，缩短了转发链，减少了延时和信令负载。卫星对自身对应的地面分区广播卫星信息包，相对于Cellular IP设置了寻呼区，减少了无线网络资源及用户终端的能量的消耗。总之，本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的方法，减少了天地一体化网络中通信系统的资源浪费，节约了通信资源。

优选的，在第一卫星向第二地面分区广播卫星信息包，以使接收卫星信息包的第一用户终端根据卫星信息包维持第一用户终端的本地信息表之后，该方法还包括：

步骤一，第一卫星接收由第二用户终端发送的注册包，其中，第二用户终端为天地一体化网络中的第二地面分区内的用户终端，或者与第二地面分区位置相邻的地面分区内的用户终端，注册包为第二用户终端根据卫星信息包发送的，注册包中的信息包括：第二用户终端的地址及中继卫星标识。

第二用户终端可以是第一用户终端，也可以不是。第二用户终端接收由第一卫星广播的卫星信息包，根据卫星信息包维持第二用户终端的本地信息表。第二用户终端根据第二用户终端的本地信息表，确定向第一卫星发送注册包。第二用户终端向第一卫星发送注册包。第一卫星接收由第二用户终端发送的注册包。

步骤二，第一卫星根据第二地址和注册包，判断第一卫星所在的地面分区与第二用户终端所在的地面分区是否相同。

步骤三，在第一卫星所在的地面分区与第二用户终端所在的地面分区相同时，第一卫星确定第一卫星为第二用户终端的注册卫星，第一卫星根据注册包，维持第一卫星的注册表。

在第一卫星的注册表中，不包含第二用户终端的信息时，第一卫星将第二用户终端的信息添加到第一卫星的注册表。在第一卫星的注册表中，包含第二用户终端的信息时，第一卫星根据注册包，更新第一卫星的注册表，更新的内容包括：第一卫星接收到注册包的时间戳。

步骤四，在第一卫星所在的地面分区与第二用户终端所在的地面分区不相同时，第一卫星确定第一卫星为第二用户终端的中继卫星，第一卫星修订中继卫星标识，标记第一卫星为第二用户终端的中继卫星，得到修订包。

实际情况中，地面分区与卫星服务面积不完全相同，卫星投射地面存在重叠，且卫星相对于地面的移动也会导致其自身服务面积的改变，因此该方案可能存在误差。参见图8，用户终端一801处于地面分区一804中，但是用户终端一801无法直接与自身的注册卫星(卫星一802，且卫星一802对应地面分区一804)进行通信，但是用户终端一801可以直接与卫星二803(卫星二803对应地面分区二805)进行通信。用户终端一801通过卫星二803，间接在卫星一802上进行注册。

可选的，第一卫星确定第一卫星为第二用户终端的中继卫星时，第一卫星将注册包中的信息写入第一卫星的注册表中，并在第一卫星的注册表中标记第一卫星为第二用户终端的中继卫星。第一卫星作为第二用户终端的中继卫星时，将第二用户终端的信息写入第一卫星的注册表中，方便后续第一卫星根据第一卫星的注册表，向第二用户终端发送数据。

步骤五，第一卫星根据注册包中的第二用户终端的地址，确定并向第二卫星发送修订包，以使第二卫星根据修订包，维持第二卫星的注册表，其中，第二卫星所在的地面分区与第二用户终端所在的地面分区相同。

在第二卫星的注册表中，不包含第二用户终端的信息时，第二卫星将第二用户终端的信息添加到第二卫星的注册表。在第二卫星的注册表中，包含第二用户终端的信息时，第二卫星根据注册包，更新第二卫星的注册表，更新的内容包括：第二卫星接收到注册包的时间戳及第二用户终端的中继卫星信息。

在本发明实施例中，卫星根据由用户终端发送的注册包更新自身的注册表，提供了卫星注册表的维持方法，为卫星向用户终端发送数据提供了依据，有效支持了后续卫星根据自身的注册表向用户终端发送数据。

优选的，第一卫星获取并根据，由第一用户终端根据第一用户终端的本地信息表发送的本地通信包，建立第一用户终端与目标终端的通信连接，包括：

步骤一，第一卫星获取，由第一用户终端根据第一用户终端的本地信息表发送的本地通信包。

第一用户终端根据第一用户终端的本地信息表，确定并向第一卫星发送本地通信包。第一卫星获取由第一用户终端发送的本地通信包。

步骤二，根据本地通信包中目标终端的地址，第一卫星向第三卫星发送本地通信包，以使第三卫星向目标终端发送本地通信包，其中，第三卫星所在的地面分区与目标终端所在的地面分区相同。

第一卫星根据本地通信包中目标终端的地址，确定并向第三卫星发送本地通信包。通过星间链路的路由过程，该本地通信包发送至第三卫星。第三卫星接收由第一卫星发送的本地通信包，根据第三卫星的注册表，判断目标终端是否有中继卫星。在目标终端没有中继卫星时，第三卫星向目标终端发送本地通信包。在目标终端有中继卫星时，第三卫星向目标终端的中继卫星发送本地通信包，以使目标终端的中继卫星接收该本地通信包，并向目标终端发送该本地通信包。

步骤三，第一卫星接收，通过目标终端根据本地通信包发送的非本地通信包，其中，非本地通信包中的信息包括：第一用户终端的地址、目标终端的地址及目标终端的通信数据。

非本地通信包，由目标终端根据本地通信包及目标终端的本地信息表，发送给第四卫星并通过星间链路的路由作用发送至第一卫星，第四卫星的地址与目标终端的本地信息表中记录的卫星的地址相同。

目标终端接收本地通信包，目标终端根据本地通信包确定非本地通信包的内容，目标终端根据目标终端的本地信息表，确定并向第四卫星发送非本地通信包。第四卫星接收由目标终端发送非本地通信包，第四卫星向第一卫星发送该非本地通信包。通过星间链路的路由作用，该非本地通信包被发送至第一卫星。第一卫星接收该非本地通信包。

步骤四，第一卫星向第一用户终端发送非本地通信包，建立第一用户终端与目标终端的通信连接。

第一卫星根据非本地通信包和第一卫星的注册表，向第一用户终端发送该非本地通信包。第一用户终端接收由第一卫星发送的非本地通信包。第一卫星建立了第一用户终端与目标终端的通信连接。

参见图9，图9为本发明实施例的目标终端不存在中继卫星时，用户终端之间的通信示意图。第一用户终端901根据自身的本地信息表，确定并向第一卫星903发送本地通信包，第一卫星903获取由第一用户终端901发送的本地通信包。第一卫星903根据本地通信包中目标终端的地址，确定并向第二卫星904发送本地通信包。通过星间链路的路由过程，该本地通信包发送至第二卫星904。第二卫星904接收本地通信包，在目标终端902没有中继卫星时，第二卫星904发送本地通信包至目标终端902。

参见图10，图10为本发明实施例的目标终端具有中继卫星时，用户终端之间的通信示意图。第一用户终端901根据自身的本地信息表，确定并向第一卫星903发送本地通信包，第一卫星903获取由第一用户终端901发送的本地通信包。第一卫星903根据本地通信包中目标终端的地址，确定并向第二卫星904发送本地通信包。通过星间链路的路由过程，该本地通信包发送至第二卫星904。第二卫星904接收本地通信包，在目标终端有中继卫星1005时，第二卫星904向目标终端902的中继卫星1005发送本地通信包，以使目标终端902的中继卫星1005接收该本地通信包。目标终端902的中继卫星1005根据本地通信包中目标终端902的地址，向目标终端902发送本地通信包。

在本发明实施例中，给出了天地一体化网络中，卫星与用户终端建立通信连接及用户终端通过卫星与另一用户终端传输数据的具体方式。支持本地化的寻呼策略，缩短了转发链，减少了延时和信令负载，减少了天地一体化网络中通信系统的资源浪费，节约了通信资源。

此外，本发明实施例中还提供了容错机制，在第一卫星接收，由目标终端根据本地通信包发送的非本地通信包之后，该方法还包括：

第一步，在第一卫星接收，由目标终端根据本地通信包发送的非本地通信包，并在第一卫星所在的地面分区发生变化时，第一卫星确定第一卫星的邻近卫星，其中，第一卫星的邻近卫星为天地一体化网络中，能够直接与第一卫星进行通信的卫星。

第二步，第一卫星向第一卫星的邻近卫星发送非本地通信包，以使第一卫星的邻近卫星向第一用户终端发送非本地通信包。

由于卫星投射地面存在交叠，地面分区可能和卫星服务面积无法对等看待，且存在卫星在移动过程中横跨多个地面分区的情况，因此该方案可能会存在误差。在数据包的路由过程中，若同时发生了卫星的切换，即接收数据包后卫星由于运动而不再服务于原地面分区。针对这种特殊情形，本发明实施例中提出了相应的容错机制。

鉴于卫星运动的周期性和规律性、卫星之间相对位置的稳定性及每颗卫星所管理的星间链路的有限性(每颗卫星与沿其运动方向上前后左右的四颗卫星相连)，当第一卫星收到数据包后在其所辖范围内未找到相应用户终端(第一用户终端)时，第一卫星确定星间链路中直接与第一卫星相连的卫星(直接与第一卫星进行通信的卫星)，为自身的邻近卫星。第一卫星向自身的邻近卫星发送该数据包，以使四个邻近卫星进行路由，最终定位到相应用户终端，并发送该数据包至相应用户终端。

通过本发明实施例，设计了容错机制，保证了在数据包的路由过程的同时卫星所在的地面分区发生切换时，用户终端之间的通信仍然可达。

其次，在本发明实施例中需要对用户终端通信的方法进行设定，参见图11，图11为本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的方法应用于用户终端侧的流程示意图，该方法包括：

步骤1101，第一用户终端获取预先建立的所有地面分区的标识，第一用户终端根据第三地面分区的第三标识，确定第一用户终端处于第三地面分区时，第一用户终端的地址，其中，第一用户终端为第三地面分区中的用户终端，所有地面分区的标识包括：第三地面分区的第三标识，第三地面分区为第二地面分区，或第三地面分区为第二地面分区相邻的一个地面分区，第二地面分区为除第一地面分区外的任一个地面分区，第一地面分区为任一个地面分区。

第一用户终端获取第一用户终端所在的第三地面分区的第三标识，第一用户终端根据第三标识，确定第一用户终端的终端分区地址。第一用户终端获取第一用户终端的终端ID地址，根据第一用户终端的终端分区地址及第一用户终端的终端ID地址，确定第一用户终端的地址。当第一用户终端所在的地面分区发生改变时，第一用户终端的终端分区地址也相应改变。但是第一用户终端的终端ID地址始终保持不变。第一用户终端的终端ID地址为提前设定好的，任一个用户终端的终端ID地址固定且唯一。

步骤1102，第一用户终端接收，由第一卫星向第二地面分区广播的卫星信息包，第一用户终端根据卫星信息包维持第一用户终端的本地信息表，其中，第一卫星为由第一地面分区运动至第二地面分区的卫星，且第一卫星的地址由处于第一地面分区内具有第一标识的第一地址、变更为处于第二地面分区内具有第二标识的第二地址，卫星信息包中的信息包括：第一卫星的地址，第一标识为第一地面分区的标识，第二标识为第二地面分区的标识。

第一卫星从第一地面分区运动到第二地面分区，相应的，第一卫星的地址由根据第一标识确定的第一地址变更为根据第二标识确定的第二地址。第一卫星周期性的向第一卫星所在的第二地面分区广播卫星信息包。第一用户终端接收由第一卫星广播的卫星信息包，第一用户终端根据卫星信息包维持第一用户终端的本地信息表。第一用户终端的本地信息表中存储的信息包括：卫星的地址。第一用户终端所在第三地面分区为第二地面分区，或第一用户终端所在第三地面分区为与第二地面分区相邻的地面分区。第一用户终端根据卫星信息包维持第一用户终端的本地信息表，包括：第一用户终端根据卫星信息包中第一卫星的地址，跟新第一用户终端的本地信息表。

步骤1103，第一用户终端根据第一用户终端的本地信息表，向第一卫星发送本地通信包，以使第一用户终端通过第一卫星建立与目标终端的通信连接，其中，本地通信包中的信息包括：第一用户终端的地址、目标终端的地址及第一用户终端的通信数据。

第一用户终端根据第一用户终端的本地信息表中第一卫星的地址，确定并向第一卫星发送本地通信包。第一卫星接收由第一用户终端发送的本地通信包，根据该通信包，第一卫星建立第一用户终端与目标终端的通信连接。

在本发明实施例中，用户终端与同自身的注册卫星或中继卫星进行通信，支持本地化的寻呼策略，缩短了转发链，减少了延时和信令负载。本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的方法，减少了天地一体化网络中通信系统的资源浪费，节约了通信资源。

优选的，在根据卫星信息包，第一用户终端根据卫星信息包维持第一用户终端的本地信息表，包括：

步骤一，在第一用户终端的本地信息表中所存储的卫星的地址，与卫星信息包中的第一卫星的地址相同时，第一用户终端保持监听状态等待下一卫星信息包。

步骤二，在第一用户终端的本地信息表中所存储的卫星的地址，与卫星信息包中的第一卫星的地址不同时，第一用户终端将第一用户终端的本地信息表中所存储的卫星的地址，更新为第一卫星的地址，第一用户终端向第一卫星发送注册包，其中，注册包中的信息包括：第一用户终端的地址及中继卫星标识。

在第一用户终端的本地信息表中所存储的卫星的地址，与卫星信息包中的第一卫星的地址不同时，第一用户终端更新第一用户终端的本地信息表。第一用户终端更新第一用户终端的本地信息表，包括第一用户终端将第一用户终端的本地信息表中所存储的卫星的地址，变更为第一卫星的地址。第一用户终端向第一卫星发送注册包。以使在第一卫星为第一用户终端的注册卫星时，第一卫星根据注册包更新第一卫星的注册表；或在第一卫星为第一用户终端的中继卫星时，第一卫星修改注册包得到修订包，第一卫星向第一用户终端的注册卫星发送修订包，以使第一用户终端的注册卫星根据修订包，更新第一用户终端的注册卫星的注册表。其中，用户终端的注册卫星为所在的地面分区，与该用户终端所在的地面分区相同的卫星，用户终端的中继卫星为直接接收该用户终端发送的注册包，且对应的地面分区与该用户终端所在的地面分区不同的卫星。

相应的，用户终端采用此种方式发送注册包，在第一卫星所在的地面分区变更为第四地面分区时，第一卫星根据第一卫星的映射表，从第五卫星(第五卫星为地面分区变更前，处于第四地面分区的卫星)处下载注册表。第四地面分区为任一个地面分区。或

在第一卫星对应的地面分区变更为第四地面分区时，在预设时间内，第一卫星在向第四地面分区广播的卫星信息包中添加注册标识，以使用户终端接收到注册标识后，立即发起注册。其中，预设时间为任一个符合本发明实施例的时间段，预设时间可以根据首次注册时延设定，首次注册时延为用户终端首次将自身的信息注册到自身的注册卫星上所需的时间。

在本发明实施例中，给出了用户终端更新自身本地信息表的具体方法，为后续用户终端根据自身的本地信息表向卫星发送数据，提供了技术上的支持。同时，用户终端根据自身的本地信息表，有选择的发送注册包，降低了用户终端的注册频率，减少了无线网络资源及用户终端的能量的消耗。本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的方法，减少了天地一体化网络中通信系统的资源浪费，节约了通信资源。

优选的，在根据卫星信息包，第一用户终端根据卫星信息包维持第一用户终端的本地信息表，还包括：

步骤一，在第一用户终端的本地信息表中所存储的卫星的地址，与卫星信息包中的第一卫星的地址相同时，第一用户终端向第一卫星发送注册包。

步骤二，在第一用户终端的本地信息表中所存储的卫星的地址，与卫星信息包中的第一卫星的地址不同时，第一用户终端将第一用户终端的本地信息表中所存储的卫星的地址，更新为第一卫星的地址，第一用户终端向第一卫星发送注册包，其中，注册包中的信息包括：第一用户终端的地址及中继卫星标识。

相应的，用户终端采用此种方式发送注册包，在第一卫星所在的地面分区变更为第四地面分区时，第一卫星仅需周期性的广播卫星信息包即可。

在本发明实施例中，在本发明实施例中，给出了用户终端更新自身本地信息表的具体方法，为后续用户终端根据自身的本地信息表向卫星发送数据，提供了技术上的支持。同时，用户终端每接收一个卫星信息包，就发送一个注册包，确保了卫星的注册表中为用户终端的最新信息，卫星仅需向自身所在的地面分区周期性的广播卫星信息包，减少了无线网络资源及卫星的能量的消耗。本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的方法，减少了天地一体化网络中通信系统的资源浪费，节约了通信资源。

优选的，在本发明实施例的方法中，在第一用户终端根据卫星信息包维持第一用户终端的本地信息表之前，该方法还包括：

步骤一，在第一用户终端的本地信息表中不包含信息时，在预设时隙中，当第一用户终端只接收到第一用户终端的注册卫星广播的卫星信息包时，第一用户终端保持向第一用户终端的注册卫星发送注册包，其中，预设时隙是根据首次注册时延设定的，首次注册时延为第一用户终端首次将自身的信息注册到自身的注册卫星上所需的时间，第一用户终端的注册卫星为所在的地面分区，与第一用户终端所在的地面分区相同的卫星。

步骤二，在预设时隙中，当第一用户终端只接收到第一用户终端的中继卫星广播的卫星信息包时，第一用户终端每接收到一个卫星信息包，就像广播该卫星信息包的卫星发送一个注册包，第一用户终端的中继卫星为直接接收第一用户终端发送的注册包，且所在的地面分区与第一用户终端所在的地面分区不同的卫星。

步骤三，在预设时隙中，当第一用户终端既接收到第一用户终端的注册卫星广播的卫星信息包，又接收到第一用户终端的中继卫星广播的卫星信息包时，第一用户终端保持向第一用户终端的注册卫星发送注册包。

当用户终端开机启动时，其本地信息表中没有根据卫星信息包维持的信息，因此用户终端需要确定向哪一颗卫星发送注册包。若在预设时隙内，第一用户终端只接收到自身注册卫星广播的卫星信息包，则第一用户终端保持向自身的注册卫星发送注册包；若在预设时隙内，第一用户终端既接收到自身注册卫星广播的卫星信息包，又接收到自身中继卫星广播的卫星信息包，则第一用户终端保持向自身的注册卫星发送注册包；若在预设时隙内，第一用户终端只接收到自身中继卫星广播的卫星信息包，则第一用户终端每接收到一个卫星信息包，第一用户终端就向广播该卫星信息包的卫星发送一个注册包。根据注册包，卫星维持卫星的注册表。其中，预设时隙为符合本发明实施例的任意时间段，预设时隙根据首次注册时延设定，首次注册时延为用户终端首次将自身的信息注册到自身的注册卫星上所需的时间。

在本发明实施例中，给出了用户终端的本地信息表中不包含卫星信息时，用户终端发送注册包的方法。解决了用户终端开机时或本地信息表意外丢失时，用户终端的注册方法，拓宽了本发明实施例的适用范围。

优选的，在本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的方法中，卫星维持卫星注册表，包括：

步骤一，第六卫星获取注册包，其中，第六卫星所在的地面分区与第一用户终端所在的地面分区相同。

在第一用户终端与中继卫星时，第六卫星(此时第六卫星为第一卫星)直接接收由第一用户终端发送的注册包；在第一用户终端有中继卫星(第一用户终端的中继卫星为第一卫星)时，第六卫星接收，由第一用户终端的中继卫星发送的修订后的注册包(第一卫星接收由第一用户终端发送的注册包，第一卫星标记第一卫星为第一用户终端的中继卫星到注册包中的中继卫星标识，得到修订后的注册包，第一卫星向第六卫星发送修订后的注册包)。

步骤二，在注册包的中继卫星标识显示第一用户终端没有中继卫星时，第六卫星查询自身的注册表中是否包含第一用户终端的信息：若不包含，则第六卫星根据注册包，在注册表中写入第一用户终端的信息。若包含，则第六卫星根据注册包，更新第一用户终端的信息。

其中，则第六卫星根据注册包，更新第一用户终端的信息包括：更新第六卫星接收由第一用户终端发送的注册包的时间戳。

步骤三，在注册包的中继卫星字段显示第一用户终端有中继卫星时，第六卫星查询自身的注册表中是否包含第一用户终端的信息：若不包含，则第六卫星根据注册包，在注册表中写入第一用户终端的信息。若包含，则第六卫星查询第六卫星的注册表，在第六卫星的注册表中，包含第一卫星的中继卫星信息时，第六卫星根据注册包更新第六卫星的注册表(在第六卫星的注册表中第一用户终端的中继卫星不是第一卫星时，第六卫星更新第一用户终端的中继卫星为第一卫星，第六卫星更新第六卫星接收由第一用户终端发送的注册包的时间戳。在第六卫星的注册表中第一用户终端的中继卫星是第一卫星时，第六卫星更新第六卫星接收由第一用户终端发送的注册包的时间戳。)；在第六卫星的注册表中，不包含第一卫星的中继卫星信息时，若本次接收注册包与上次接收注册包之间的时间间隔大于第六卫星广播卫星信息包的时间周期，第六卫星更新第六卫星的注册表(第六卫星在注册表中写入第一用户终端的中继卫星为第一卫星，更新第六卫星接收由第一用户终端发送的注册包的时间戳。)。

在本发明实施例中，给出了卫星维持自身注册表的具体方法，有效支持卫星对自身注册表的维持。

优选的，在本发明实施例的方法中，第一用户终端根据第一用户终端的本地信息表，向第一卫星发送本地通信包，以使第一用户终端通过第一卫星建立与目标终端的通信连接，包括：

步骤一，第一用户终端根据第一用户终端的本地信息表，确定并向第一卫星发送本地通信包，以使第一卫星向第三卫星发送本地通信包，以使第三卫星向目标终端发送本地通信包，其中，第三卫星所在的地面分区与目标终端所在的地面分区相同，即第三卫星为目标终端的注册卫星。

第一用户终端查询自身的本地信息表，确定向第一卫星发送本地通信包。第一用户终端根据本地信息表中第一卫星的地址，向第一卫星发送本地通信包。第一卫星接收该本地通信包，根据目标终端的地址，向目标终端的注册卫星(第三卫星)发送本地通信包。本地通信包经过星间链路，到达第三卫星。第三卫星接收本地通信包，根据第三卫星的注册表，判断目标终端是否有中继卫星。在目标终端没有中继卫星时，第三卫星向目标终端发送本地通信包。在目标终端有中继卫星时，第三卫星向目标终端的中继卫星发送本地通信包，以使目标终端的中继卫星向目标终端发送本地通信包。

步骤二，第一用户终端接收由第一卫星发送的非本地通信包，与目标终端建立通信连接，其中，非本地通信包中的信息包括：目标终端的地址、第一用户终端的地址及目标终端的通信数据，非本地通信包，由目标终端根据本地通信包及目标终端的本地信息表，发送给第四卫星并通过星间链路的路由作用发送至第一卫星，第四卫星的地址与目标终端的本地信息表中记录的卫星的地址相同。

目标终端接收本地通信包后，根据该本地通信包向第四卫星发送非本地通信包。第四卫星获取非本地通信包，向第一卫星发送该非本地通信包。非本地通信包经过星间链路的路由作用，到达第一卫星。第一卫星接收该非本地通信包。第一卫星根据非本地通信包中第一用户终端的地址，向第一用户终端发送非本地通信包。第一用户终端接收该非本地通信包，实现了第一用户终端与目标终端的通信连接。其中，在目标终端有中继卫星时，第四卫星为目标终端的中继卫星；在目标终端无中继卫星时，第四卫星为第三卫星(目标终端的注册卫星)。

在本发明实施例中，给出了天地一体化网络中，用户终端与另一用户终端传输数据的具体方式。支持本地化的寻呼策略，缩短了转发链，减少了延时和信令负载，减少了天地一体化网络中通信系统的资源浪费，节约了通信资源。

参见图12，图12为本发明实施例的用户终端之间进行通信的示意图。

用户终端二1201在地理位置上属于地面分区三1207，同时，根据卫星的映射表可知，与地面分区三1207相对应的卫星为卫星三1203，但卫星三1203的通信范围覆盖不到用户终端二1201。卫星四1204的通信范围覆盖用户终端二1201，同时，根据卫星的映射表可知，卫星四1204对应地面分区四1208。在远端的用户终端三1202在地理位置上属于地面分区五1209，同时，根据卫星的映射表可知，与地面分区五1209相对应的卫星为卫星五1205，但卫星五1205的通信范围覆盖不到用户终端三1202。卫星六1206的通信范围覆盖用户终端三1202，同时，根据卫星的映射表可知，卫星六1206对应地面分区六1210。

由于用户终端二1201的注册卫星三1203不能直接与用户终端二1201进行通信，用户终端二1201必须通过中继方式进行通信。用户终端与卫星之间及用户终端与用户终端之间进行通信的体流程如下：

步骤一，用户终端二1201接收由卫星四1204广播的卫星信息包，根据该卫星信息包向卫星四1204发送注册包。

卫星四1204周期性的向自身对应的地面分区四1208广播卫星信息包，由于地面分区与卫星服务面积不完全相同，处于地面分区三1207中的用户终端二1201接收由卫星四1204广播的卫星信息包。并根据该卫星信息包，用户终端二1201维持自身的本地信息表。用户终端二1201根据自身的本地信息表，向卫星四1204发送注册包。

步骤二，卫星四1204接收注册包，卫星四1204根据注册包与自身的映射表，确定自身为用户终端二1201的中继卫星，卫星四1204修改注册包中的中继卫星字段，分配自身为用户终端二1201的中继卫星，得到修订包。卫星四1204根据注册包或修订包确定并向卫星三1203发送修订包。

卫星四1204确定自身为用户终端二1201的中继卫星，根据注册包将用户终端二1201的信息写入自身的注册表，后续根据注册表向用户终端二1201发送数据。或

卫星四1204确定自身为用户终端二1201的中继卫星后，不跟新自身的注册表，后续根据卫星三1203的指令(卫星三1203根据自身的注册表判断用户终端二1201有中继卫星四1204，卫星三1203向卫星四1204发送数据，同时，卫星三1203向卫星四1204发送指令，以使卫星四1204向用户终端二1201发送该数据)，向用户终端二1201发送数据。

步骤三，通过星间链路的路由作用，卫星三1203接收修订包，根据修订包维持自身的注册表。

用户终端三1202在通过中继卫星六1206卫星，在卫星五1205上完成注册。

步骤四，在用户终端二1201向用户终端三1202发送本地通信包时，用户终端二1201向卫星四1204发送本地通信包，以使卫星四1204接收本地通信包后向卫星五1205发送该本地通信包。

用户终端二1201根据自身的本地信息表确定向卫星四1204发送本地通信包，用户终端二1201向卫星四1204发送该本地通信包。卫星1024接收由用户终端二1201发送的本地通信包，根据本地通信包中目标终端(用户终端三1202)的地址，确定并向卫星五1205发送该本地通信包。通过星间链路的路由作用，将本地通信包发送至卫星五1205。

步骤五，卫星五1205接收本地通信包，卫星五1205根据自身的注册表确定用户终端三1202存在中继卫星六1206，卫星五1205向卫星六1206发送本地通信包。

若用户终端不在自身的中继卫星上进行注册，则卫星五1205向卫星六1206发送本地通信包的同时，卫星五1205向卫星六1206发送指令，以使卫星六1206向用户终端三1202发送本地通信包。通过星间链路的路由作用，将该指令发送至卫星六1206。

步骤六，卫星六1206接收本地通信包，卫星六1206向用户终端三1202发送该本地通信包。

通过星间链路的路由作用，将该本地通信包发送至卫星六1206。卫星六1206接收本地通信包，若用户终端在自身的中继卫星上进行注册，卫星六1206根据自身的注册表向用户终端三1202发送该本地通信包；若用户终端不在自身的中继卫星上进行注册，卫星六1206接收指令，根据该指令向用户终端三1202发送本地通信包。用户终端三1202接收由卫星六1206发送的注册包。

本发明实施例提供了一种天地一体化网络中低轨卫星通信的系统，应用于卫星，该系统包括：

标识获取模块，用于获取预先建立的所有地面分区的标识，其中，所有地面分区的标识包括：第一地面分区的第一标识及第二地面分区的第二标识，第一卫星为天地一体化网络中的任一颗卫星，第一地面分区与第二地面分区分别为预先建立的所有地面分区中的任一个地面分区，第二地面分区与第一地面分区不同。

卫星地址切换模块，用于在第一卫星由第一地面分区运动至第二地面分区时，根据所有地面分区的标识，将第一卫星的地址由处于第一地面分区内具有第一标识的第一地址、变更为处于第二地面分区内具有第二标识的第二地址。

卫星信息包广播模块，用于向第二地面分区广播卫星信息包，以使接收卫星信息包的第一用户终端根据卫星信息包维持第一用户终端的本地信息表，其中，卫星信息包中的信息包括：第一卫星的地址。

第一通信建立模块，用于获取并根据，由第一用户终端根据第一用户终端的本地信息表发送的本地通信包，建立第一用户终端与目标终端的通信连接，其中，本地通信包中的信息包括：第一用户终端的地址、目标终端的地址及第一用户终端的通信数据，目标终端为与第一用户终端建立通信连接的通信目标。

本发明实施例的系统中，卫星的地址与自身对应的地面分区想对应，卫星与自身对应的地面分区内的用户终端进行通信，支持本地化的寻呼策略，卫星对自身对应的地面分区广播卫星信息包，减少了无线网络资源及用户终端的能量的消耗。总之，本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的系统减少了天地一体化网络中通信系统的资源浪费，节约了通信资源。

本发明实施例的系统，是应用上述天地一体化网络中低轨卫星通信的方法的系统，则上述天地一体化网络中低轨卫星通信的方法的所有实施例均适用于该系统，且均能达到相同或相似的有益效果。

相应的，由于本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的系统，应用于卫星，因此，本发明实施例还提供了一种卫星，其中，上述天地一体化网络中低轨卫星通信的系统的实施例均适用于该卫星的实施例中，也能达到相同的技术效果。

优选的，在本发明实施例的系统中，标识获取模块包括：

地面分区划分子模块，用于根据低轨道卫星星座中卫星的通信范围及卫星的数量，将地球表面划分为多个地面分区，并为多个地面分区分别分配标识，其中，所有地面分区中的每个地面分区的标识固定且唯一，低轨道卫星星座为天地一体化网络中的卫星星座。

相应的，在本发明实施例的系统中，该系统还包括：

卫星地址确定子模块，用于获取第一地面分区的第一标识，将第一标识编入第一卫星的地址，得到第一地址，作为第一卫星在第一地面分区时第一卫星的地址。

本发明实施例的系统的实施例中，给出地面分区的划分方法，提供了卫星地址的确定方式，为支持本地化的寻呼策略提供了技术支持。

优选的，在本发明实施例的系统中，卫星地址确定模块，包括：

映射表生成子模块，用于根据所有地面分区的标识，分别编址每一个地面分区所对应的第一卫星的地址，将地面分区与第一卫星的地址的映射关系，存储到第一卫星的映射表中。

卫星位置确定子模块，用于获取并根据第一卫星当前的经度和纬度，确定此时第一卫星处于第一地面分区。

第一地址确定子模块，用于根据第一卫星的映射表，确定第一卫星处于第一地面分区时，第一卫星的地址为第一地址。

在本发明实施例中，通过计算卫星的经度和纬度确定卫星的地址，充分利用了卫星运动的规律性和周期性，有效地节约了卫星有限的存储空间，而且，在用户量较大的情况下，计算所引起的时延相较于查表产生的时延会更加缩短，更具有优势。

优选的，在本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的系统中，第一地址确定子模块，包括：

第一地址确定单元，用于获取第一地面分区的第一标识，将第一标识编入第一卫星的地址，得到第一地址。

映射存储单元，用于将第一地面分区与第一地址的映射关系，存储到第一卫星的映射表中。

分区确定单元，用于获取并根据第一卫星当前的经度和纬度，确定当前第一卫星处于第一地面分区；

第一地址确定单元，用于根据第一卫星的映射表，确定第一卫星处于第一地面分区时，第一卫星的地址为第一地址。

优选的，在本发明实施例的系统中，该系统还包括：

注册包接收模块，用于接收由第二用户终端发送的注册包，其中，第二用户终端为天地一体化网络中的第二地面分区内的用户终端，或者与第二地面分区位置相邻的地面分区内的用户终端，注册包为第二用户终端根据卫星信息包发送的，注册包中的信息包括：第二用户终端的地址及中继卫星标识。

地面分区判定模块，用于根据第二地址和注册包，判断第一卫星所在的地面分区与第二用户终端所在的地面分区是否相同。

注册表维持模块，用于在第一卫星所在的地面分区与第二用户终端所在的地面分区相同时，确定第一卫星为第二用户终端的注册卫星，根据注册包，维持第一卫星的注册表。

修订模块，用于在第一卫星所在的地面分区与第二用户终端所在的地面分区不相同时，确定第一卫星为第二用户终端的中继卫星，修订中继卫星标识，标记第一卫星为第二用户终端的中继卫星，得到修订包。

修订包发送模块，用于根据注册包中的第二用户终端的地址，确定并向第二卫星发送修订包，以使第二卫星根据修订包，维持第二卫星的注册表，其中，第二卫星所在的地面分区与第二用户终端所在的地面分区相同，即第二卫星为第二用户终端您的注册卫星。

在本发明实施例中，卫星根据由用户终端发送的注册包更新自身的注册表，提供了卫星注册表的维持方法，为卫星向用户终端发送数据提供了依据，有效支持了后续卫星根据自身的注册表向用户终端发送数据。

优选的，在本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的系统中，第一通信建立模块，包括：

本地通信包接收子模块，用于获取由第一用户终端根据第一用户终端的本地信息表发送的本地通信包。

本地通信包第一发送子模块，用于根据本地通信包中目标终端的地址，向第三卫星发送本地通信包，以使第三卫星向目标终端发送本地通信包，其中，第三卫星所在的地面分区与目标终端所在的地面分区相同，即第三卫星为目标终端的注册卫星。

非本地通信包第一接收子模块，用于接收通过目标终端根据本地通信包发送的非本地通信包，其中，非本地通信包中的信息包括：第一用户终端的地址、目标终端的地址及目标终端的通信数据。

非本地通信包发送子模块，用于向第一用户终端发送非本地通信包，建立第一用户终端与目标终端的通信连接。

在本发明实施例中，给出了天地一体化网络中，卫星与用户终端建立通信连接及用户终端通过卫星与另一用户终端传输数据的具体方式。支持本地化的寻呼策略，缩短了转发链，减少了延时和信令负载，减少了天地一体化网络中通信系统的资源浪费，节约了通信资源。

优选的，在本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的系统中，第一通信建立模块，还包括：

邻近卫星确定子模块，用于在第一卫星接收，由目标终端根据本地通信包发送的非本地通信包的同时，若第一卫星所在的地面分区发生变化，确定第一卫星的邻近卫星，其中，第一卫星的邻近卫星为天地一体化网络中，能够直接与第一卫星进行通信的卫星。

第二非本地通信包发送子模块，用于向第一卫星的邻近卫星发送非本地通信包，以使第一卫星的邻近卫星向第一用户终端发送非本地通信包。

通过本发明实施例，设计了容错机制，保证了在数据包的路由过程的同时卫星所在的地面分区发生切换时，用户终端之间的通信仍然可达。

一种天地一体化网络中低轨卫星通信的系统，应用于用户终端，包括：

终端地址确定模块，用于获取预先建立的所有地面分区的标识，根据第三地面分区的第三标识，确定第一用户终端处于第三地面分区时，第一用户终端的地址，其中，第一用户终端为第三地面分区中的用户终端，所有地面分区的标识包括：第三地面分区的第三标识，第三地面分区为第二地面分区，或第三地面分区为第二地面分区相邻的一个地面分区，第二地面分区为除第一地面分区外的任一个地面分区，第一地面分区为任一个地面分区。

卫星信息包接收模块，用于接收由第一卫星向第二地面分区广播的卫星信息包，根据卫星信息包维持第一用户终端的本地信息表，其中，第一卫星为由第一地面分区运动至第二地面分区的卫星，且第一卫星的地址由处于第一地面分区内具有第一标识的第一地址、变更为处于第二地面分区内具有第二标识的第二地址，卫星信息包中的信息包括：第一卫星的地址，第一标识为第一地面分区的标识，第二标识为第二地面分区的标识。

第二通信建立模块，用于根据第一用户终端的本地信息表，向第一卫星发送本地通信包，以使第一用户终端通过第一卫星建立与目标终端的通信连接，其中，本地通信包中的信息包括：第一用户终端的地址、目标终端的地址及第一用户终端的通信数据。

在本发明实施例中，用户终端与同自身的注册卫星或中继卫星进行通信，支持本地化的寻呼策略，缩短了转发链，减少了延时和信令负载。本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的系统，减少了天地一体化网络中通信系统的资源浪费，节约了通信资源。

相应的，由于本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的系统，应用于用户终端，因此，本发明实施例还提供了一种用户终端，其中，上述天地一体化网络中低轨卫星通信的系统的实施例均适用于该用户终端的实施例中，也能达到相同的技术效果。

优选的，在本发明实施例的系统中，终端地址确定模块包括：

终端分区地址确定子模块，用于获取第一用户终端所在的第三地面分区的第三标识，根据第三标识，确定第一用户终端的终端分区地址。

终端ID地址确定子模块，用于确定第一用户终端的终端ID地址，其中，第一用户终端的终端ID地址固定且唯一。

用户终端地址确定子模块，用于根据第一用户终端的终端分区地址及终端ID地址，编址第一用户终端，得到第一用户终端的地址。

在本发明实施例中，给出了确定用户终端编址的系统，实现了用户终端身份与地址的分离，有效支持了后续的通信。

优选的，在本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的系统中，卫星信息包接收模块，包括：

信息包获取子模块，用于接收由第一卫星向第二地面分区广播的卫星信息包。

本地信息表第一维持子模块，用于在第一用户终端的本地信息表中所存储的卫星的地址，与卫星信息包中的第一卫星的地址相同时，保持监听状态等待下一卫星信息包。

本地信息表第二维持子模块，用于在第一用户终端的本地信息表中所存储的卫星的地址，与卫星信息包中的第一卫星的地址不同时，将第一用户终端的本地信息表中所存储的卫星的地址，更新为第一卫星的地址，向第一卫星发送注册包，其中，注册包中的信息包括：第一用户终端的地址及中继卫星标识。

在本发明实施例中，给出了用户终端更新自身本地信息表的具体方法，为后续用户终端根据自身的本地信息表向卫星发送数据，提供了技术上的支持。同时，用户终端根据自身的本地信息表，有选择的发送注册包，降低了用户终端的注册频率，减少了无线网络资源及用户终端的能量的消耗。本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的系统，减少了天地一体化网络中通信系统的资源浪费，节约了通信资源。

优选的，在本发明实施例的天地一体化网络中低轨卫星通信的系统中，第二通信建立模块，包括：

本地通信包第二发送子模块，用于终端根据第一用户终端的本地信息表，确定并向第一卫星发送本地通信包，以使第一卫星向第三卫星发送本地通信包，以使第三卫星向目标终端发送本地通信包，其中，第三卫星所在的地面分区与目标终端所在的地面分区相同，即第三卫星为目标终端的注册卫星；

非本地通信包第二接收子模块，用于接收由第一卫星发送的非本地通信包，与目标终端建立通信连接，其中，非本地通信包中的信息包括：目标终端的地址、第一用户终端的地址及目标终端的通信数据，非本地通信包，由目标终端根据本地通信包及目标终端的本地信息表，发送给第四卫星并通过星间链路的路由作用发送至第一卫星，第四卫星的地址与目标终端的本地信息表中记录的卫星的地址相同。

在本发明实施例中，给出了天地一体化网络中，用户终端与另一用户终端传输数据的具体方式。支持本地化的寻呼策略，缩短了转发链，减少了延时和信令负载，减少了天地一体化网络中通信系统的资源浪费，节约了通信资源。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。