【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及低轨卫星网络移动性管理，尤其涉及一种卫星互联网分布式移动性管理方法与系统。
技术介绍
1、随着全球第五代移动通信技术（5th generation mobile communicationtechnology，简称5g）网络和卫星通信技术的发展，卫星互联网成为实现全球无缝网络覆盖和广泛应用的关键手段之一。卫星互联网是通过在地球轨道上运行的卫星向地面提供互联网接入服务的一种通信方式。它能在全球范围内，特别是地面通信网络难以覆盖的偏远和海洋地区，提供互联网连接。根据3gpp tr 38.821标准，卫星通信可分为多种架构，其中包括通过卫星实现非地面网络（non-terrestrial network，简称ntn）的数据传输。卫星互联网主要由空间段、地面段和用户段几个连接组成。用户设备（user equipment，简称ue）直连卫星访问互联网是未来卫星互联网发展的趋势。数据上传时，ue将数据发送到卫星，卫星将数据转发到地面站，再由地面站发往互联网骨干网；数据下载时，数据从互联网骨干网经过地面站传输到卫星，再由卫星回传到ue。
2、现今，卫星互联网正从传统的地球同步轨道（geostationary earth orbit，简称geo）卫星向低地球轨道（low earth orbit，简称leo）卫星网络发展，主要得益于低轨卫星所具备的优势。leo卫星网络由于其低轨道高度较低，通常在200到2000公里之间，具备低延迟、全球覆盖和高带宽等优势。然而，由于低轨卫星移动速度快，ue需要频繁地切换连接的卫星，增加了通
3、卫星网络的快速移动性，造成了传统基于ip地址的路由和转发机制在卫星网络通信中面临巨大的困难。ip地址具有与位置绑定的属性，在地面网络具有很好的可规划性、安全性，但是在高移动卫星网络中存在明显的缺陷，体现在如果将终端接入的网关设在卫星上，那么其ip地址的网段就应该是接入卫星的ip地址网段中的地址，卫星的快速移动会造成其网关地址段跟随接入卫星的切换而发生改变，同时由于终端接入的卫星发生变化，终端的主机路由需要重新洪泛，让所有卫星刷新接入终端的主机路由。因此，这种传统的ip路由机制极易造成路由的频繁震荡，影响卫星网络的稳定性和可用性。
4、现有5g的网络架构包括核心网（core network，简称cn）、接入网（radio accessnetwork，简称ran）、ip移动承载网（ip radio access network，简称ipran）和ue等组件。核心网包括接入与移动性管理功能（access and mobility management function，简称amf）、会话管理功能（session management function，简称smf）、统一数据管理（unifieddata management，简称udm）、用户平面功能（user plane function，简称upf）、策略控制功能（policy control function，简称pcf）等模块，ran负责连接ue，通过基站实现无线数据的传输，ipran负责连接基站和cn，各模块协同工作，实现接入和移动性管理、连接管理、会话管理和策略控制等功能。
5、在集中式移动性管理架构中， ue直连卫星，ue的注册和切换都需要通过地面核心网，尽管这种方式在一定程度上简化了网络设计，但是ue注册需要经过星地之间多次信令交互，造成用户注册时间非常长,卫星切换时ue与核心网交互信令多等问题，集中式移动性管理应用于卫星互联网暴露出了扩展性差和效率低等问题。
技术实现思路
1、专利技术目的：针对上述卫星互联网中，现有ip路由机制存在频繁震荡，集中式移动性管理面临用户注册时间长，卫星切换时ue与核心网交互信令多等问题，本专利技术公开了一种卫星互联网分布式移动性管理方法与系统。本专利技术基于5g核心网架构，提出一种基于虚拟集群网格（grid）与簇（cluster）路由管理机制，并将核心网功能部署到每颗卫星上，实现了在卫星移动时ue的ip地址可以保持不变，使得ue数据传输在接入卫星频繁切换时依然保持连接不中断。本专利技术提出的虚拟ip的管理机制，核心思想是通过cluster的聚合路由和子网路由的管理机制隐藏卫星的移动性，实现ue的ip地址在卫星频繁切换时依然保持不变，并将核心网的移动管理和会话管理部署到每颗卫星上，直接在卫星cluster的子网中为ue分配ip 地址，从而降低用户注册开销和卫星切换信令开销。
2、本专利技术首先提供一种卫星互联网分布式移动性管理方法，该方法通过虚拟集群cluster/grid聚合路由（虚拟集群cluster/grid聚合路由简称vip）和子网路由（子网路由简称subvip）管理机制来隐藏卫星的移动性，老卫星向新卫星实时同步已上线用户的连接管理信息和卫星路由，使得用户在卫星切换前后能够保持相同的ip地址，该方法具体包括如下步骤：
3、s1.基于簇的卫星节点拓扑管理与路由管理，路由管理包括vip管理与subvip管理以及vip网段路由加载及发布；
4、s2.用户注册，从subvip地址池中为ue分配ip地址（把为ue分配ip地址简称ueip），为卫星网关分配浮动ip地址/网络前缀长度和vmac地址，其中浮动ip地址/网络前缀长度简称sip，卫星网关分配浮动ip地址/网络前缀长度和vmac地址为subvip网段；
5、s3.星载路由器的ue主机路由及卫星网关sip子网加载，星载路由器通过sip向地面核心网中的用户平面功能模块，即upf建立分组无线服务隧道协议隧道（分组无线服务隧道协议隧道简称gtp隧道）；
6、s4.星载udm与地面udm的信息同步：星载udm中的ue连接管理信息、卫星ssp信息和路由信息同步到地面udm；
7、s5. ue数据通过地面upf访问互联网：ue与星载基站建立连接，星载基站接收来自ue的射频信号转换为ip分组报文传递到星载路由器，ue采用分配的ueip作为源ip地址，将星载路由器sip作为下一跳网关地址，vmac作为网关的mac地址发送报文；星载路由器接收到ue分组报文后，通过gtp隧道发送到地面upf访问互联网，其中，星载路由器通过空间ip网络传输数据到ntn网关；
8、s6.互联网数据返回：互联网报文借助vip网段路由到达ntn网关，ntn网关查找sip获得波束信道，将分组报文路由到与之连接的卫星，星载路由器查找ueip主机路由将报文回传到ue；
9、s7.基于预测组网控制的卫星切换。
10、进一步地，步骤s1所述基于簇的卫星节点拓扑管理与路由管理，是基于簇的卫星节点拓扑管理通过将卫星轨道按空间分布拓扑和覆盖范围划分为若干类似蜂窝的簇实现路由聚合，具体包括：
11、1）将卫星轨道按空间分布拓扑本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种卫星互联网分布式移动性管理方法，其特征在于，该方法通过VIP聚合路由管理和subVIP子网路由管理机制来隐藏卫星的移动性，老卫星向新卫星实时同步已上线用户的连接管理信息和卫星路由，使得用户在卫星切换前后能够保持相同的IP地址，该方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的卫星互联网分布式移动性管理方法，其特征在于，步骤S1所述基于簇的卫星节点拓扑管理与路由管理，是基于簇的卫星节点拓扑管理通过将卫星轨道按空间分布拓扑和覆盖范围划分为若干类似蜂窝的簇实现路由聚合，具体包括：
3.根据权利要求1所述的卫星互联网分布式移动性管理方法，其特征在于，步骤S2所述用户注册，具体包括：
4.根据权利要求1所述的卫星互联网分布式移动性管理方法，其特征在于，步骤S7所述基于预测组网控制的卫星切换，首先基于星历进行卫星切换的信息同步，将老卫星上的路由信息和用户连接信息同步到新卫星，当卫星移出当前Cluster时，将触发切换过程，老卫星将其UDM中的SIP、VMAC、UEIP主机路由、UE的稳态连接管理信息同步到新卫星的UDM，做到在卫星切换后新卫星上的路
5.根据权利要求4所述的卫星互联网分布式移动性管理方法，其特征在于，所述基于星历进行卫星切换的信息同步，是一个Grid对应的Cluster中的卫星每若干分钟切换一次，通过预设的时间节点和切换节奏，从而获得1天24小时的Cluster集合时间图，形成可预测的卫星切换集合，即星历，基于该星历进行卫星切换的信息同步的控制，具体包括：
6.根据权利要求5所述的卫星互联网分布式移动性管理方法，其特征在于，所述的卫星状态定义，包括：
7.根据权利要求5所述的卫星互联网分布式移动性管理方法，其特征在于，所述的路由同步，具体流程包括：
8.一种卫星互联网分布式移动性管理系统，该系统用于运行权利要求1-7之一所述的卫星互联网分布式移动性管理方法，其特征在于，所述系统包括星载基站、星载路由器、星载核心网、NTN网关和地面核心网，其中：
...【技术特征摘要】
1.一种卫星互联网分布式移动性管理方法，其特征在于，该方法通过vip聚合路由管理和subvip子网路由管理机制来隐藏卫星的移动性，老卫星向新卫星实时同步已上线用户的连接管理信息和卫星路由，使得用户在卫星切换前后能够保持相同的ip地址，该方法具体包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的卫星互联网分布式移动性管理方法，其特征在于，步骤s1所述基于簇的卫星节点拓扑管理与路由管理，是基于簇的卫星节点拓扑管理通过将卫星轨道按空间分布拓扑和覆盖范围划分为若干类似蜂窝的簇实现路由聚合，具体包括：
3.根据权利要求1所述的卫星互联网分布式移动性管理方法，其特征在于，步骤s2所述用户注册，具体包括：
4.根据权利要求1所述的卫星互联网分布式移动性管理方法，其特征在于，步骤s7所述基于预测组网控制的卫星切换，首先基于星历进行卫星切换的信息同步，将老卫星上的路由信息和用户连接信息同步到新卫星，当卫星移出当前cluster时，将触发切换过程，老卫星将其udm中的sip、vmac、ueip...
【专利技术属性】
技术研发人员：刘珺，徐斯妍，李文峰，赵康僆，叶言飞，
申请(专利权)人：南京大学，
类型：发明
国别省市：
还没有人留言评论。发表了对其他浏览者有用的留言会获得科技券。