一种低轨卫星通信系统基于分布式的位置管理方法与流程

1.本发明属于卫星通信技术领域，涉及一种用于低轨卫星通信系统中基于分布式的位置管理方法。


背景技术：

2.与地面通信系统融合的卫星通信系统是3gpp组织最新标准化研究的内容之一，它可以有效解决偏远地区无法部署地面通信网络及自然灾害导致地面通信网络无法正常工作等问题，从而保障通信的连续性及可靠性，达到万物互联的效果。
3.卫星通信系统的引入同时也带来了长传播时延及高移动性的问题。根据3gpp标准，将卫星波束作为卫星小区，会导致终端进行频繁的小区重选、切换等问题，同时由于卫星小区及跟踪区域较大，传统的位置信息存储与更新方法会导致系统在寻呼等过程中造成大量的信令开销。
4.因此，如何实现卫星通信系统与地面通信系统最大化融合，提高卫星通信系统寻呼等过程的效率，减少信令开销等是目前亟需解决的一个问题。


技术实现要素：

5.本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种低轨卫星通信系统基于分布式的位置管理方法，它为卫星通信系统实现简单地位置信息管理、提高系统寻呼效率、减少信令开销等提供了有效方法与实现方案。
6.本发明解决技术问题的方案是：一种低轨卫星通信系统基于分布式的位置管理方法，所述低轨卫星通信系统在卫星上建立并维护星上终端位置信息列表，在地面通信系统维护核心网终端位置信息列表；所述星上终端位置信息列表对于每一个被服务的用户终端设置一条用户终端位置记录，用户终端位置记录包括用户终端的唯一标识、覆盖用户终端的波束编号和用户终端的终端经纬度信息；所述核心网终端位置信息列表包括卫星编号、卫星所覆盖的用户终端唯一标识、卫星所覆盖的用户终端经纬度信息和卫星星历；
7.当用户终端从服务卫星的第一波束覆盖范围移动到第二波束覆盖范围时，包括如下步骤：
8.s1.1、用户终端接收到服务卫星发送的第二波束的广播信息后，向服务卫星发送波束间位置更新请求消息；所述波束间位置更新请求消息包括：消息类型、用户终端唯一标识、第二波束的编号和用户终端的经纬度信息；
9.s1.2、用户终端的服务卫星根据用户终端向其上报的波束间位置更新请求消息，星上终端位置信息列表中对应用户终端的波束编号替换为第二波束的编号，同时更新该用户终端的经纬度信息；
10.s1.3、用户终端的服务卫星向地面通信系统发送用户终端位置更新信息，所述位置更新信息包括：用户终端唯一标识和用户终端经纬度信息；
11.s1.4、地面通信系统收到用户终端位置更新信息之后，更新核心网终端位置信息
列表中该用户终端的用户终端经纬度信息。
12.优选地，上述低轨卫星通信系统基于分布式的位置管理方法于还包括如下步骤：
13.s2.1、当用户终端从源卫星的覆盖区域移动到目的卫星的覆盖区域时，当用户终端接收到了目的卫星发送的广播信息，则向服务卫星发送跨星位置更新请求信息；所述跨星位置更新请求信息包括：消息类型、用户终端唯一标识、目的卫星的卫星编号和用户终端的经纬度信息；
14.s2.2、目的卫星根据用户终端向其上报的跨星位置更新请求信息，新建该用户终端的位置信息记录；
15.s2.3、目的卫星向地面通信系统发送卫星标识更新信息，所述卫星标识更新信息包括目的卫星编号、终端唯一标识和终端经纬度信息；
16.s2.4、地面通信系统收到卫星标识更新信息之后，更新核心网终端位置信息列表中该用户终端对应的卫星编号、该用户终端经纬度信息；
17.s2.5、地面通信系统通知源卫星删除其存储的星上终端位置信息列表中该终端相关属性；
18.s2.6、源卫星删除终端位置信息列表中该终端的信息，包括终端唯一标识、波束编号和终端经纬度信息。
19.优选地，步骤s2.4中，地面通信系统收到卫星标识更新信息之后，判断用户终端是否在目的卫星的覆盖范围内，如果在覆盖范围内，则更新核心网终端位置信息列表中该用户终端对应的卫星编号、该用户终端经纬度信息；否则，报告“卫星与终端不匹配”的告警信息。
20.优选地，在地面通信系统判断用户终端是否在目的卫星的覆盖范围内的方法为：
21.根据目的卫星的卫星星历计算当前时刻目的卫星在卫星轨道上的位置，根据目的卫星在卫星轨道上的位置计算目的卫星星下点位置，再以目的卫星星下点位置为中心点，确定目的卫星覆盖的范围，再根据用户终端的经纬度信息，判断用户终端是否在目的卫星的覆盖范围内。
22.优选地，当用户终端入网注册时，该用户终端的服务卫星，在星上终端位置信息列表中增加一条用户终端位置记录，同时，地面通信系统在核心网终端位置信息列表中增加一条用户终端位置记录。
23.优选地，当用户终端退网时，该用户终端的服务卫星，在星上终端位置信息列表中删除该用户终端位置记录，同时，地面通信系统在核心网终端位置信息列表中删除该用户终端位置记录。
24.本发明与现有技术相比的有益效果是：
25.(1)、本发明通过分布式的位置信息维护方式，实现了对终端位置的分级维护，减少了信令开销，降低了信令时延，相比现有技术中在核心网维护位置的方式简化了位置更新流程。
26.(2)、本发明为系统中移动性管理、上行接入与下行寻呼等过程提供了精准化的信令传输，达到节省大量信令开销的目标。
附图说明
27.图1为本发明实施例低轨卫星通信系统基于分布式的位置管理方法流程图。
具体实施方式
28.下面结合实施例对本发明作进一步阐述。
29.本发明提供了一种低轨卫星通信系统基于分布式的位置管理方法，所述低轨卫星通信系统在卫星上建立并维护星上终端位置信息列表，在地面通信系统维护核心网终端位置信息列表；所述星上终端位置信息列表对于每一个被服务的用户终端设置一条用户终端位置记录，用户终端位置记录包括用户终端的唯一标识、覆盖用户终端的波束编号和用户终端的终端经纬度信息；所述星上终端位置信息列表包括所述核心网终端位置信息列表包括卫星编号、卫星所覆盖的用户终端唯一标识、卫星所覆盖的用户终端经纬度信息和卫星星历；
30.当用户终端退网时，该用户终端的服务卫星，在星上终端位置信息列表中删除该用户终端位置记录，同时，地面通信系统在核心网终端位置信息列表中删除该用户终端位置记录；
31.当用户终端从服务卫星的第一波束覆盖范围移动到第二波束覆盖范围时，包括如下步骤：
32.s1.1、用户终端接收到服务卫星发送的第二波束的广播信息后，向服务卫星发送波束间位置更新请求消息；所述波束间位置更新请求消息包括：消息类型、用户终端唯一标识、第二波束的编号和用户终端的经纬度信息；
33.s1.2、用户终端的服务卫星根据用户终端向其上报的波束间位置更新请求消息，星上终端位置信息列表中对应用户终端的波束编号替换为第二波束的编号，同时更新该用户终端的经纬度信息；
34.s1.3、用户终端的服务卫星向地面通信系统发送用户终端位置更新信息，所述位置更新信息包括：用户终端唯一标识和用户终端经纬度信息；
35.s1.4、地面通信系统收到用户终端位置更新信息之后，更新核心网终端位置信息列表中该用户终端的用户终端经纬度信息。
36.当用户终端从源卫星的覆盖区域移动到目的卫星的覆盖区域时，包括如下步骤：
37.s2.1、当用户终端接收到了目的卫星发送的广播信息，则向服务卫星发送跨星位置更新请求信息；所述跨星位置更新请求信息包括：消息类型、用户终端唯一标识、目的卫星的卫星编号和用户终端的经纬度信息；
38.s2.2、目的卫星根据用户终端向其上报的跨星位置更新请求信息，新建该用户终端的位置信息记录；
39.s2.3、目的卫星向地面通信系统发送卫星标识更新信息，所述卫星标识更新信息包括目的卫星编号、终端唯一标识和终端经纬度信息；
40.s2.4、地面通信系统收到卫星标识更新信息之后，更新核心网终端位置信息列表中该用户终端对应的卫星编号、该用户终端经纬度信息；
41.步骤s2.4中，地面通信系统收到卫星标识更新信息之后，判断用户终端是否在目的卫星的覆盖范围内，如果在覆盖范围内，则更新核心网终端位置信息列表中该用户终端
对应的卫星编号、该用户终端经纬度信息；否则，报告“卫星与终端不匹配”的告警信息。
42.地面通信系统判断用户终端是否在目的卫星的覆盖范围内的方法为：
43.根据目的卫星的卫星星历计算当前时刻目的卫星在卫星轨道上的位置，根据目的卫星在卫星轨道上的位置计算目的卫星星下点位置，再以目的卫星星下点位置为中心点，确定目的卫星覆盖的范围，再根据用户终端的经纬度信息，判断用户终端是否在目的卫星的覆盖范围内。
44.s2.5、地面通信系统通知源卫星删除其存储的星上终端位置信息列表中该终端相关属性；
45.s2.6、源卫星删除终端位置信息列表中该终端的信息，包括终端唯一标识、波束编号和终端经纬度信息。
46.当用户终端入网注册时，该用户终端的服务卫星，在星上终端位置信息列表中增加一条用户终端位置记录，同时，地面通信系统在核心网终端位置信息列表中增加一条用户终端位置记录。
47.实施例1：
48.在本发明的某一具体实施例中，卫星通信系统将用户终端(ue)的位置信息分布式存储于卫星及地面通信系统的中，终端与波束相关的位置信息存储于卫星，与卫星相关的位置信息存储于地面通信系统的移动性管理模块，通过用户终端(ue)位置信息上报，卫星及地面通信系统对其存储的ue位置信息列表进行更新。
49.具体步骤如下：
50.步骤一、卫星及核心网移动性管理模块，根据用户终端(ue)的注册信息，分别在其存储模块建立星上终端位置信息列表pos_sat_list[i]和核心网终端位置信息列表pos_cn_list[j]，星上终端位置信息列表和核心网终端位置信息列表中属性按照如下规则定义：
[0051]
优先地，星上终端位置信息列表pos_sat_list[i]按照如下定义，i表示星上终端位置信息列每条记录的字段序号：
[0052][0053]
核心网终端位置信息列表pos_cn_list[j]按照如下定义，j表示星上终端位置信息列每条记录的字段序号：
[0054][0055]
步骤二,卫星根据ue向其上报的波束间位置更新请求消息依据如下规则，对其存储的ue位置信息列表中的波束编号进行更新；所述波束间位置更新请求消息包括波束间小区重选请求或切换请求信息，所述切换请求信息包括：终端唯一标识、终端的经纬度信息、第二波束信息；
[0056]
用户终端在待机状态时接收到服务卫星发送的第二波束的广播信息后，向服务卫星发送波束间位置更新请求消息；
[0057]
用户终端在业务通信状态时接收到服务卫星发送的第二波束的广播信息后，向服务卫星发送波束间位置更新请求消息；
[0058]
优先地，所述步骤二中，按照如下流程定义：
[0059][0060]
步骤三：目标卫星根据ue向其上报的星间小区重选请求或切换请求信息，根据如下规则，新建ue位置信息列表，并向地面通信系统移动性管理模块发送卫星标识更新信息；
[0061]
本步骤按照如下规则进行
[0062][0063]
步骤四：地面通信系统的移动性管理模块根据收到的的卫星标识更新信息，依据如下规则，对其存储的核心网终端位置信息列表进行更新；
[0064]
优先地，所述步骤四中，地面通信系统的移动性管理模块读取卫星标识更新信息里的guti、sat id、position,更新pos_cn_list[j]，(i＝1,2,3,4)中对应信息。
[0065]
步骤五：地面通信系统的移动性管理模块获取星历信息，通过星历计算该星当前的覆盖区域，并判断ue位置是否在该区域内，，若ue位置在该星的覆盖区域内，则确认更新成功，否则，执行步骤六；
[0066]
步骤六：移动性管理模块向运维中心报告告警信息，指示ue的位置信息与所属卫星信息不符。
[0067]
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发
明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。