一种低轨卫星切换方法、系统、装置与存储介质与流程

1.本技术涉及卫星通信技术领域，尤其是一种低轨卫星切换方法、系统、装置与存储介质。


背景技术：

2.目前，随着5g技术的日益成熟，中国5g发展稳步前进。由于5g的高性能、低延迟和高容量等突出特点，5g技术开启了互联网时代万物互联的新时代，融入了人工智能、大数据等多项技术。但是作为陆地移动系统，还是有一定的局限性。陆地移动通信服务由于经济和技术的限制，有很多区域都没有覆盖到，比如海洋、森林、沙漠等偏远地区船舶、飞机、科考的宽带通信问题。卫星网络可以解决这些陆地移动服务覆盖不到的区域，成为陆地移动通信的有利补充，所以5g和卫星网络的结合可以大大的提升网络覆盖范围。高轨卫星由于轨道资源有限，所以只能在一个拥挤的环境下工作，并且由于高轨卫星的数据传输延迟很大，在500ms 左右，在线视频聊天或者游戏等服务的时间要求都不能满足。而低轨卫星能大大缩短数据传输延迟。并且随着现代移动通信和电子元器件技术的飞速发展，制约早期低轨卫星通信系统的通话质量、数据传输速率和使用成本等问题都迎刃而解，低轨卫星通信的应用时机已经成熟。低轨卫星系统由于高速运动，会出现频繁的切换，如果切换不到合适的链路，会导致通信中断或者通着通信延迟大大增加。相关技术中，在进行切换的时候，可以根据rrc测量来决定是否进行切换，但是这种切换方式可能会出现切换后的卫星rrc测量结果比较好，但是卫星所在卫星间的链路无法到达核心网或者卫星间的链路质量很差的情况，导致降低通信效率，因此需要新的一种低轨卫星切换方法。
3.rrc(radio resource control)：无线资源控制协议。


技术实现要素：

4.本技术的目的在于至少一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。
5.为此，本技术实施例的一个目的在于提供一种低轨卫星切换方法、系统、装置与存储介质，该方法可以根据最佳路由完成卫星间的切换，可以减少卫星通信过程中的rrc测量结果比较好，可以提高卫星的通信效率。
6.为了达到上述技术目的，本技术实施例所采取的技术方案包括：
7.第一方面，本技术实施例提供了一种低轨卫星切换方法，包括以下步骤：
8.获取卫星网络中第一卫星的第一位置信息和第二卫星的第二位置信息；
9.根据所述第一位置信息，确定所述第一卫星的第一星间路由集；根据所述第二位置信息，确定所述第二卫星的第二星间路由集；
10.获取所述第一星间路由集的第一资源信息以及所述第二星间路由集的第二资源信息；
11.其中，所述第一资源信息包括所述第一卫星的第一剩余可通信时间和所述第一星间路由集中每条星间路由的第一卫星平均占用率；所述第二资源信息包括所述第二卫星的
第二剩余可通信时间和所述第二星间路由集中每条星间路由的第二卫星平均占用率；
12.根据所述第一资源信息和所述第二资源信息确定最佳路由；
13.若所述最佳星间路由为所述第二卫星发出，所述第一卫星切换至所述第二卫星。
14.另外，根据本发明中上述实施例的一种低轨卫星切换方法，还可以有以下附加的技术特征：
15.进一步地，本技术实施例中，所述根据所述第一资源信息和所述第二资源信息确定最佳路由，具体包括：获取第一卫星平均占用率和第二卫星平均占用率；根据所述第一卫星平均占用率，在所述第一星间路由集中得到第一最佳路由；根据所述第二卫星平均占用率，在所述第二星间路由集中得到第二最佳路由；根据所述第一剩余可通信和所述第二剩余可通信时间，在所述第一最佳路由与所述第二最佳路由中确定最佳路由。
16.进一步地，本技术实施例中，所述根据所述第一卫星平均占用率，在所述第一星间路由集中得到第一最佳路由，具体包括：获取第一星间路由集中每条星间路由的第一卫星平均占用率；对比每条星间路由的所述卫星平均占用率，在所述第一星间路由集中得到第一最佳路由。
17.进一步地，本技术实施例中，所述根据所述第一剩余可通信和所述第二剩余可通信时间，在所述第一最佳路由与所述第二最佳路由中确定最佳路由，具体包括：获取第一剩余可通信时间和第二剩余可通信时间；根据所述第一剩余可通信时间和所述第二剩余可通信时间，确定最优卫星；根据所述最优卫星，在所述第一最佳路由与所述第二最佳路由中确定最佳路由。
18.进一步地，本技术实施例中，所述获取第一星间路由集中每条星间路由的卫星平均占用率，具体包括：获取第一星间路由集中每条星间路由的卫星个数、每个卫星的实时用户数以及每个卫星的最大用户数；根据所述实时用户数和所述最大用户数，得到第一星间路由集中每个卫星的占用率；根据第一星间路由集中所述每条星间路由的卫星个数和所述每个卫星的占用率，得到卫星平均占用率。
19.进一步地，本技术实施例中，所述获取第一剩余可通信时间，具体包括：获取第一卫星的覆盖区域地心角、卫星角速度和卫星已通信时间；根据所述地心角和所述角速度，确定所述第一卫星的最大通信时间；计算所述最大通信时间与所述卫星已通信时间的差值，得到所述第一卫星的第一剩余可通信时间。
20.进一步地，本技术实施例中，还包括：若所述最佳星间路由为所述第一卫星发出，不进行卫星切换。
21.另一方面，本技术实施例还提供一种低轨卫星切换系统，包括：
22.第一获取单元，用于获取卫星网络中第一卫星的第一位置信息、第二卫星的第二位置信息；
23.第二获取单元，用于获取所述第一星间路由集的第一资源信息以及所述第二星间路由集的第二资源信息；
24.第一处理单元，用于根据所述第一位置信息，确定第一卫星的第一星间路由集；根据所述第二位置信息，确定第二星间路由集；
25.第二处理单元，用于根据所述第一资源信息和所述第二资源信息确定最佳路由；
26.第三处理单元，用于判断所述最佳星间路由是否为所述第二卫星发出，以及生成
切换指令发送至所述第一卫星。
27.另一方面，本技术还提供一种低轨卫星切换装置，包括：
28.至少一个处理器；
29.至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
30.当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现如前述的一种低轨卫星切换方法。
31.此外，本技术还提供一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行前述的一种低轨卫星切换方法。
32.本技术的优点和有益效果将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到：
33.本技术可以通过卫星的位置信息确定卫星的所有星间路由，根据星间路的卫星平均占用率结合卫星的可剩余时间确定卫星的最佳路由，根据最佳路由对卫星进行切换，可以减少传统卫星切换过程中终端发送的待切换目标卫星的rrc测量结果比较好，但完成卫星切换后目标卫星没有星间路由可以到达核心网或者是切换后星间链路质量很差的情况、可以减少卫星的无效切换或者抵效切换，提高卫星的通信效率。
附图说明
34.图1为本发明中一种具体实施例中一种低轨卫星切换方法的步骤示意图；
35.图2为本发明中一种具体实施例中星间路由的结构示意图；
36.图3为本发明中一种具体实施例中根据所述第一资源信息和所述第二资源信息确定最佳路由的步骤示意图；
37.图4为本发明中一种具体实施例中获取第一星间路由集中每条星间路由的卫星平均占用率的步骤示意图；
38.图5为本发明中一种具体实施例中一种低轨卫星切换系统的结构示意图；
39.图6为本发明中一种具体实施例中一种低轨卫星切换装置的结构示意图。
具体实施方式
40.下面结合附图详细描述本发明的实施例对本发明实施例中的低轨卫星切换方法、系统、装置和存储介质的原理和过程作以下说明。
41.参照图1，本发明提出了一种低轨卫星切换方法，包括以下步骤：
42.s1、获取卫星网络中第一卫星的第一位置信息、第二卫星的第二位置信息；
43.在本技术实施例中，第一卫星和第二卫星均为地面终端可接入的低轨卫星，第一位置信息可以反映出第一卫星在整个低空轨道的位置，而同样地，第二位置信息可以反映出第二卫星在整个低空轨道的位置，而对于由多个卫星组成的整个卫星网络，低轨卫星在运控中心注册后，运控中心可以得到第一卫星的星历数据，星历数据可以以列表的形式传送至运控中心，运控中心可以通过列表数据得到第一卫星的实时的位置，运控中心可以根据第一卫星的第一位置信息、第二卫星的第二位置信息以及整个卫星网络中所有卫星的资源信息规划处连接核心网的最佳路由，具体地，可以参照图2，在图2中终端可以通过第一卫星和第二卫星的星间路由接入核心网，其中第一卫星在卫星矩阵中第0行，第0列，因此可以
标记第一卫星s00，第二卫星为卫星矩阵中第1行，第0列，因此可以标记第二卫星；第二卫星s00与s10，s10 与s11由于某种原因卫星间链路断开，此时到达第一卫星s00与第二卫星的s10的星间路由分别是s00-s01-s02-s03-信关站-5g核心网，s00-s01-s11-s12-s13-信关站-5g核心网以及s10-s20-s21-s22-s23-信关站-5g核心网三种星间的路由了，结合卫星矩阵中上传的卫星s01、卫星s02、卫星s03，卫星s01、卫星s11、卫星s12、卫星s13、卫星s20、卫星s21、卫星 s22和卫星s23的资源信息可以得到第一卫星或者第二卫星到达核心网的最佳星间路由。
44.s2、根据所述第一位置信息，确定所述第一卫星的第一星间路由集；根据所述第二位置信息，确定所述第二卫星的第二星间路由集；
45.具体地，在本技术实施例中，根据第一卫星的位置信息和第二卫星的位置信息，可以采用广度优先搜索算法得到第一星间路由集和第二星间路由集；广度优先搜索算法 (breadth-first search，bfs)是一种盲目搜寻法，目的是系统地展开并检查图中的所有节点，以找寻结果。换句话说，它并不考虑结果的可能位置，彻底地搜索整张图，直到找到结果为止。
46.s3、获取所述第一星间路由集的第一资源信息以及所述第二星间路由集的第二资源信息；
47.在本技术实施例中，其中，所述第一资源信息可以包括所述第一卫星的第一剩余可通信时间和所述第一星间路由集中每条星间路由的第一卫星平均占用率；所述第二资源信息可以包括所述第二卫星的第二剩余可通信时间和所述第二星间路由集中每条星间路由的第二卫星平均占用率；低轨卫星在运控中心注册后，低轨卫星可以周期性的上传自身的资源信息至运控中心，卫星的剩余可通信时间和卫星的占用率均可反映出卫星网络中卫星和通信路由的通信质量。
48.s4、根据所述第一资源信息和所述第二资源信息确定最佳路由；
49.具体地，在本技术实施例中，第一剩余可通信时间可以为第一卫星到达终端的通信时间，所述第二剩余可通信时间可以为第二卫星到达核心网的通信时间；第一卫星平均占用率可以为在卫星网络中所有包含第一卫星的第一星间路由集合中各自星间路由的平均卫星占用率；而第二卫星平均占用率可以为第二卫星在卫星网络中所有包含第二卫星的第二星间路由集合中各自星间路由的平均卫星占用率；根据第一卫星平均占用率可以在第一星间路由集合中的众多星间路由中得到通信质量最好的星间路由；卫星的占用率可以反映卫星的通信质量，而星间链路由多个卫星组成，根据平均占用率可以得到由第一卫星发出的第一最佳路由；根据第二卫星平均占用率可以在第二星间路由集合中得到通信质量最好的第二最佳路由。根据第一剩余可通信时间和第二剩余可通信时间，可以确定最好的低轨通信卫星。
50.s5、若所述最佳星间路由为所述第二卫星发出，所述第一卫星切换至所述第二卫星。若确定最佳路由为第二卫星发出，运控中心可以生成切换指令并发送至所述第一卫星，第一卫星可以根据切换指令对进行卫星切换。
51.进一步地，参照图3，所述根据所述第一资源信息和所述第二资源信息确定最佳路由，具体可以包括：
52.s41、获取第一卫星平均占用率和第二卫星平均占用率；
53.具体地，在本技术实施例中，运控中心可以根据卫星网络中周期性上报的资源信息中得到卫星网络中所有卫星的占用率，其中第一卫星平均占用率为第一星间路由集中所有路由的平均占用率，而第二卫星平均占用率为第二星间路由集中所有路由的平均占用率。
54.s42、根据所述第一卫星平均占用率，在所述第一星间路由集中得到第一最佳路由；
55.具体地，在本技术实施例中，第一卫星平均占用率的可以反映第一星间路由集中每条星间路由的中的卫星平均占用率，根据平均占用率的大小可以区分在第一星间路由集合中哪条的星间路由为第一最佳星间路由。
56.s43、根据所述第二卫星平均占用率，在所述第二星间路由集中得到第二最佳路由；
57.具体地，在本技术实施例中，与第一卫星平均占用率相似，第二卫星平均占用率的可以反映第二星间路由集中每条星间路由的中的卫星平均占用率，根据平均占用率的大小可以区分在第二星间路由集合中哪条的星间路由为第二最佳星间路由。
58.s44、根据所述第一剩余可通信时间和所述第二剩余可通信时间，在所述第一最佳路由与所述第二最佳路由中确定最佳路由；
59.具体地，在本技术中，第一剩余可通信时间可以反映第一卫星的剩余可通信时间和第二剩余可通信时间可以反映待切换的第二卫星的可通信时间，比对第一剩余可通信时间与第二可通信时间可以得到哪个卫星的为最优的通信卫星，结合根据平均占用率得到的第一最佳路由与所述第二最佳路由，可以得到在卫星网络中，所有路由之中的最佳路由。
60.进一步地，参照图4，所述获取第一星间路由集中每条星间路由的卫星平均占用率；可以包括一下步骤：
61.s411、获取第一星间路由集中每条星间路由的卫星个数、每个卫星的实时用户数以及每个卫星的最大用户数；
62.具体地，第一星间路由中，每个卫星的实时用户数，每个卫星的最大用户数可以通过卫星周期性上传的资源信息中得到，结合第一星间路由集中的每条星间路由的卫星个数，可得到每条星间路由的卫星平均占用率。
63.s412、根据所述实时用户数和所述最大用户数，得到第一星间路由集中每个卫星的占用率；
64.具体地，在本技术实施例中，每个卫星的占用率为每个卫星的实时用户数与每个卫星的最大用户数的比值。
65.s413、根据第一星间路由集中所述每条星间路由的卫星个数和所述每个卫星的占用率，得到卫星平均占用率；
66.具体地，在本技术实施例中，将每条星间路由的每个卫星的占用率除以每条星间路由的卫星个数，可以得到卫星平均占用率。
67.此外，值得说明的是，第二星间路由集中每条星间路由的卫星平均占用率的获取方法与所述第一星间路由的获取方法相同，在此不再赘述。
68.进一步地，所述根据所述第一卫星平均占用率，在所述第一星间路由集中得到第一最佳路由，可以包括以下步骤：
69.s421、获取第一星间路由集中每条星间路由的卫星平均占用率；
70.具体地，在本技术实施例中，第一星间路由集中有多条由第一卫星发起。到达核心网的星间路由，每条星间路由沿途经过的卫星基站各不相同，通过获取第一卫星平均占用率，可以在众多星间路由中得到占用率最少的路由。
71.s422、对比每条星间路由的所述卫星平均占用率，在所述第一星间路由集中得到第一最佳路由；
72.具体地，在本技术的实施例中，对比第一星间路由集中每条路由的卫星平均占用率可以得到占用率最少的星间路由，平均占用率越少的星间路由通信质量越好，平均占用率最少的星间路由可以作为第一最佳路由。
73.此外，值得说明的是，本文中步骤“根据所述第二卫星平均占用率，在所述第二星间路由集中得到第二最佳路由”与上文所述根据所述第一卫星平均占用率，在所述第一星间路由集中得到第一最佳路由的具体步骤相同，在此不再赘述。
74.进一步地，所述根据所述第一剩余可通信和所述第二剩余可通信时间，在所述第一最佳路由与所述第二最佳路由中确定最佳路由，可以包括步骤：
75.s441、获取第一剩余可通信时间和第二剩余可通信时间；
76.具体地，在本技术实施例中，第一剩余可通信时间主要包括切换前的第一卫星到卫星终端剩余可通信时间；第二剩余可通信时间主要包括待切换的第二卫星到核心网的剩余可通信时间；
77.s442、根据所述第一剩余可通信时间和所述第二剩余可通信时间，确定最优卫星；
78.具体地，在本技术实施例中，在确定第一最佳路由和第二最佳路由后，需要比对第一剩余可通信时间和第二剩余可通信时间确定第一最佳路由或第二最佳路由为整个卫星网络中最佳路由。
79.s443、根据所述最优卫星，在所述第一最佳路由与所述第二最佳路由中确定最佳路由。
80.具体地，在本技术实施例中，可以通过对比第一剩余可通信时间和第二剩余可通信时间，在第一卫星和第二卫星之间得到一个剩余可通信时间最长的卫星作为最优的卫星，而不是仅仅根据终端发起的rrc报告确定待切换的卫星是否为最佳卫星。
81.进一步地，参照图4，所述获取第一剩余可通信时间可以包括以下步骤：
82.s4411、获取第一卫星的覆盖区域地心角、卫星角速度和卫星已通信时间；
83.具体地，在本技术实施例中，运控中心可以通过周期性上报的信息中得到第一卫星的覆盖区域地心角、卫星角速度和卫星已通信时间。根据覆盖区域地心角和卫星的角速度可以得到卫星的最大通信时间。
84.s4412、根据所述地心角和所述角速度，确定所述第一卫星的最大通信时间；
85.具体地，通过公式可以计算得到第一卫星的最大通信时间，所述公式如下所示:
[0086][0087]
其中t
max
为最大通信时间，a为覆盖区域地心角，w为卫星角速度。
[0088]
s4413、计算所述最大通信时间与所述卫星已通信时间的差值，得到所述第一卫星的第一剩余可通信时间。
[0089]
具体地，在本技术实施例中，可参照计算公式得到第一卫星的第一剩余可通信时间，其公式如下：
[0090]
ts＝t
max-t；
[0091]
其中，t为已通信时间，ts为剩余可通信时间，t
max
为最大通信时间。
[0092]
此外，在本技术的一些实施例中，还包括：若所述最佳星间路由为所述第一卫星发出，不进行卫星切换；若经过上述步骤确定最佳路由，其为第一卫星所发出的星间路由，则维持原来的卫星通信，不执行卫星的切换。
[0093]
具体地，下面以第一卫星为源空间基站，以第二卫星为目标空间基站为例，对本技术的卫星切换流程进行说明：其中ue为卫星通信终端，amf、smf和upf均为核心网的网元，amf (access and mobility management function)为移动性管理功能网元，smf(sessionmanagement function)为会话管理功能网元，upf(the user plane function)为用户面功能网元；pfcp(packet forwarding control protocol)为报文转发控制协议。
[0094]
卫星终端向源空间基站发起rrc测量，终端上报合适的测量报告，根据上报的测量报告，源卫星基站发现可能要进行卫星基站的切换。此时，源基站需要向运控中心发送源基站和目标基站的id以及ip，运控中心会根据源基站的状况和其他待切换的目标基站间的状况判断是否需要进行切换；若运控中心判定可以需要进行切换，则发送切换指令至源基站，源基站接收到切换指令后向目标基站发起切换请求，目标基站接收到切换请求后会进行终端准入判断，如果允许此终端切换，会根据需要建立的服务质量流(qosflow)为卫星终端ue分配包含临时标识等的无线资源，同时向源基站发送应答指示(handover request acknowledge)，完成基站切换准备，同时，完成基站间逻辑通道的建立；切换开始后，源基站通过rcc消息给终端发送切换命令，并停止发送下行数据；同时，连接源基站和核心网的星间链路的最后那个可以连上核心网的网元amf的卫星基站会给网元amf发起path switch请求，接收到请求后，网元amf会向网元smf发送http消息，并且携带源空间基站和目的空间基站的mac48 地址，接收到发送的http消息后，网元smf向网元upf发送pfcp协议的会话修改请求，从而将源空间基站和目的空间基站的地址传送给upf；upf向smf发送会话修改请求的响应，网元smf根据响应完成源空间基站和目的空间基站的地址的切换。
[0095]
此外，参照图5，与图1的方法相对应，本技术的实施例中还提供一种低轨卫星切换系统，可以包括：
[0096]
第一获取单元，用于获取卫星网络中第一卫星的第一位置信息、第二卫星的第二位置信息；
[0097]
第二获取单元，用于获取所述第一星间路由集的第一资源信息以及所述第二星间路由集的第二资源信息；
[0098]
第一处理单元，用于根据所述第一位置信息，确定第一卫星的第一星间路由集；根据所述第二位置信息，确定第二星间路由集；
[0099]
第二处理单元，用于根据所述第一资源信息和所述第二资源信息确定最佳路由；
[0100]
第三处理单元，用于判断所述最佳星间路由是否为所述第二卫星发出，以及生成切换指令发送至所述第一卫星。
[0101]
与图1的方法相对应，本技术实施例还提供了一种低轨卫星切换装置，其具体结构可参照图6，包括：
[0102]
至少一个处理器；
[0103]
至少一个存储器，用于存储至少一个程序；
[0104]
当所述至少一个程序被所述至少一个处理器执行，使得所述至少一个处理器实现所述的低轨卫星切换方法。
[0105]
上述方法实施例中的内容均适用于本装置实施例中，本装置实施例所具体实现的功能与上述方法实施例相同，并且达到的有益效果与上述方法实施例所达到的有益效果也相同。
[0106]
与图1的方法相对应，本技术实施例还提供了一种存储介质，其中存储有处理器可执行的指令，所述处理器可执行的指令在由处理器执行时用于执行所述的低轨卫星切换方法。
[0107]
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，在本技术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。
[0108]
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程序的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供程序执行系统、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程序执行系统、装置或设备取程序并执行程序的系统)使用，或结合这些程序执行系统、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程序执行系统、装置或设备或结合这些程序执行系统、装置或设备而使用的装置。
[0109]
在本说明书的上述描述中，参考术语“一个实施方式/实施例”、“另一实施方式/实施例”或“某些实施方式/实施例”等的描述意指结合实施方式或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施方式或示例中。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方式或示例。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方式或示例中以合适的方式结合。
[0110]
尽管已经示出和描述了本技术的实施方式，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本技术的原理和宗旨的情况下可以对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，本技术的范围由权利要求及其等同物限定。
[0111]
以上是对本技术的较佳实施进行了具体说明，但本技术并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本技术精神的前提下还可做作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。