【技术实现步骤摘要】
本专利技术公开一种实现星座通信的装置和方法，涉及卫星通信网络的技术，属于电通信的。
技术介绍
1、目前，卫星通信系统主要应用于卫星互联网业务，分为窄带卫星通信系统和宽带卫星通信系统，窄带卫星通信系统体制标准通常借鉴地面通信系统标准，宽带卫星通信系统体制标准对原有宽带多媒体标准协议（dvb）进行修改，卫星通信系统体制标准协议标准化程度低导致卫星通信系统应用范围小。宽带卫星通信系统有着诸多不足：一是现有协议无法支持多种不同业务共存，体制多、不兼容，产业规模小，成本高，无规模经济优势；二是现有协议的空口设计资源调度灵活性不足且效率和可靠性低，业务质量控制较弱，服务质量得不到保障，无法支持复杂业务；三是现有协议虽然实现了空口基本传输的底层协议标准化，但是极少涉及系统上层协议标准、系统构建、测试等，也缺乏支持网络切换、灵活传输架构、星间接口、网络安全等组网的必要能力。
2、从2017年到2022年，itu、3gpp和etsi大力开展并推动基于5g/6g体制的卫星互联网星座组网探索，这拉开了卫星互联网与地面蜂窝系统体制走向融合的序幕。
3、着眼于通过卫星与地面移动网络的优势互补实现更广阔的覆盖满足用户接入服务需求，3gpp从r14开始研究卫星通信，将卫星网络划入非地面网络（ntn,non-terrestrialnetworks）范畴，在r15明确将支持卫星接入作为5g系统需求，定义了服务连续性、服务普遍性和服务可扩展性等ntn-5g系统的3个主要服务类别。在r16对新空口（nr,new radio）支持ntn解决方案
4、欧洲电信标准协会在2017年6月成立的sat5g联盟探索将卫星集成到5g网络中的可行性方案，主要工作包括在卫星5g网络中实施nfv/sdn技术、研究卫星/5g多链路和异构传输技术、融合卫星网络和5g网络的控制面与数据面、卫星/5g网络一体化的管理与运维技术以及5g安全技术在卫星通信中的扩展。欧洲电信标准协会将卫星集成到5g网络的方案所需建立的星链需要配合地面基站使用，不能满足星座通信的低延时要求。
5、星链手机直连卫星业务（starlink direct to cell）是spacex推出的一种利用低轨道卫星网络为现有的lte手机提供通信服务的技术。美国的星链直连手机业务目前还处于测试阶段，尚未正式商用。spacex已经在全球超过50个国家和地区部署了星链卫星，为超过150万用户提供宽带互联网接入服务。星链官方网站已经开放了星链直连手机业务的商业服务板块，预计2024年实现短信发送，2025年实现语音通话和上网（data），同年分阶段实现物联网（iot），该项业务合作的手机运营商及国家包括：t-mobile (美国)、rogers (加拿大)、kddi (日本)、optus (澳大利亚)、one nz (新西兰)、salt（瑞士）。
6、starlink星链直连手机业务的核心是在卫星上安装一个基于lte标准的小型基站，通过与地面基站共享一段频段，实现卫星和手机之间的直接通信。这样，用户无需更换手机或安装特殊的应用，就可以在星链的覆盖范围内享受卫星通信的服务。
7、星链直连手机业务的主要优点是能够扩大卫星通信的覆盖范围和用户群，尤其是对于那些地面基站信号不稳定或缺乏的地区，如偏远山区、海洋、灾区等。此外，星链直连手机业务也能够提高卫星通信的可靠性和安全性，因为它减少了中间的转发环节，降低了信号的延迟和干扰。
8、星链直连手机业务的主要缺点是其技术难度较高，需要解决卫星的组网、测控、天线、频率分配等多方面的问题。目前，spacex还处于测试阶段，只能提供有限的频段和数据速率，无法支持高速的宽带业务，只适合传输简单的文本、图片和密钥等信息。另外，星链直连手机业务也需要获得fcc等各国的频率授权和监管，可能会遇到政策和法律的障碍。此外，星链直连手机业务也面临着与地面网络的兼容性和竞争性的挑战，需要与各个运营商进行合作和协调，保证用户的体验和服务质量。
9、目前，星链直连手机业务面临的问题有：网络拓扑高速动态变化问题、ntn规范中的透明转发和再生模式部署问题、面向动态mesh网络的新型路由体系问题、算力融合问题。
10、由于低轨卫星的快速移动，卫星网络拓扑处于高速动态变化中，一方面造成了星地/星间通信链路性能变化大、稳健性差等问题；另一方面也存在低轨卫星网络下卫星用户因服务卫星的频繁变化在星间频繁切换的问题。同时卫星网络拓扑的高速动态变化也意味天地一体融合网络中星地/星间路由的建立、维护等在高效、可靠、安全方面存在挑战。上述问题导致天地一体融合网络在全域覆盖及业务协同上存在挑战。
11、透明转发模式对卫星能力要求最低，卫星仅作为地面 ntn基站的射频拉远，易于与地面协同组网，成本较低；再生模式下的卫星具备较强的星上处理能力，配合星间链路可降低卫星网络对地面网络的依赖度，具备更强的性能及灵活性，实际部署中可以实现网络部分或者全部功能按需上星，其中基站 du 或基站上星配合星间链路组网，进一步降低接入时延；upf+mec/cdn上星实现星上直接交换和就近路由，满足低时延大带宽业务的需求；amf+smf上星实现星上就近处理，降低接入时延，地面网络故障时可提供应急基础通信能力。多轨融合情况下，再生网元可以灵活部署在不同轨道，通过分层组网架构，降低卫星转发跳数，简化传输路由与网络传输， 简化网络架构。
12、高、中、低轨星座异构，传统 ip 难以解决拓扑动态性、资源异构性等问题，通过建立面向动态mesh网络新型的路由体系，基于卫星运动轨迹划分地表区块，构造层次化的ipv4/v6路由编制，实现编址与移动性解耦，避免用户 ip 地址频繁切换和网关地址转换，保持动态连接下地址的稳定性，实现高、中、低轨星座构型解耦的统一编址寻址与多层异轨混合组网下的多级路由，构建天地一体融合网络。
13、通信和计算融合是将边缘计算、联邦学习等技术应用于通算融合的场景。天地一体融合网络可以搭载一定重量的计算与通信载荷，通过将计算任务下发到星上边缘计算节点，由边缘计算节点配备更多的算力执行计算任务，从而有效降低系统时延，提升通信效率，提高系统吞吐量和稳定性。目前的研究理论和架构集中在星上边缘计算体系，关键技术包括基础星上边缘计算结构设计、通算融合的业务场景设计等等。同时，面向星上感知数据计算的需求，可探索基于星上分布式云计算、边缘计算等框架技术、以及协同感知与计算模型构建技术，对于星上计算效率和感知准确度进行提升。
14、综上，本专利技术旨在提出一种能解决本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种实现星座通信的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述一种实现星座通信的装置，其特征在于，所述搭载在卫星上的多种接入星载计算装置包括：
3.根据权利要求2所述一种实现星座通信的装置，其特征在于，所述交换路由保护倒换模块包括：
4.根据权利要求2所述一种实现星座通信的装置，其特征在于，所述射频控制面包括：
5.根据权利要求2所述一种实现星座通信的装置，其特征在于，所述数据面隧道用于承载地面站、地面信关站、地面终端设备的业务数据，包括但不限于：用于承载接入不同卫星的地面终端设备之间业务数据的跨一颗卫星的数据面隧道、用于承载接入不同卫星的地面终端设备之间业务数据的跨多颗卫星的数据面隧道、用于承载接入不同卫星的地面终端设备与地面信关站之间业务数据的跨多颗卫星的数据面隧道、用于承载接入同一颗卫星的地面终端设备之间业务数据的数据面隧道。
6.根据权利要求2所述一种实现星座通信的装置，其特征在于，所述保护倒换隧道用于承载通信互联设备的保护倒换检测数据，具体为：转发网络数据的多种接入星载计算装置的交换路由保护倒换模块通过
7.根据权利要求2所述一种实现星座通信的装置，其特征在于，所述网管隧道用于承载地面网管中心的网管业务数据，具体为：星座网络接收到网管数据后，射频基带模块发送网管数据至一个卫星上搭载的多种接入星载计算装置，接收网管数据的多种接入星载计算装置将网管数据发送至交换路由保护倒换模块，交换路由保护倒换模块在网管数据的目的卫星为接收网管数据的多种接入星载计算装置搭载的当前卫星时转发网管数据至与接收网管数据的多种接入星载计算装置数据交互的网络管理模块，再由与接收网管数据的多种接入星载计算装置数据交互的网络管理模块转发网管数据到各个被管模块和电路，若目的卫星是其它卫星，则与接收网管数据的多种接入星载计算装置数据交互的交换路由保护倒换模块通过通信互联设备路由转发接收的网管数据至目的卫星搭载的多种接入星载计算装置。
8.根据权利要求2所述一种实现星座通信的装置，其特征在于，所述鉴权隧道用于承载地面鉴权中心的签约数据和网元注册数据，具体为：星座网络接收到来自地面信关站的鉴权业务数据，通过射频基带模块发送鉴权业务数据至一个卫星上搭载的多种接入星载计算装置，接收鉴权业务数据的多种接入星载计算装置将鉴权业务数据发送给交换路由保护倒换模块，交换路由保护倒换模块在目的卫星为接收鉴权业务数据的多种接入星载计算装置搭载的当前卫星时转发鉴权业务数据至与接收鉴权业务数据的多种接入星载计算装置数据交互的射频控制面模块，若目的卫星是其它卫星，则与接收鉴权业务数据的多种接入星载计算装置数据相互的交换路由保护倒换模块通过无故障通信互联设备路由转发接收的鉴权业务数据至目的卫星搭载的多种接入星载计算装置的射频控制面模块。
9.根据权利要求2所述一种实现星座通信的装置，其特征在于，所述邻区Xn隧道用于承载射频基带模块的邻区数据，具体为：地面终端设备向源基带射频模块报告具有相邻卫星上部署的基带射频模块的信号强度的Xn业务数据，源射频基带模块发送Xn业务数据至源卫星多种接入星载计算装置的用户数据面模块，源卫星多种接入星载计算装置的用户数据面模块转发其接收的Xn业务数据至源卫星的交换路由保护倒换模块，源卫星的交换路由保护倒换模块在目的卫星为相邻卫星时通过邻星上的无故障通信互联设备转发Xn业务数据到相邻卫星的多种接入星载计算装置的用户数据面模块，若目的卫星是其它卫星，则源卫星多种接入星载计算装置的交换路由保护倒换模块通过其它卫星上的无故障通信互联设备路由转发接收的Xn业务数据到其它卫星多种接入星载计算装置的用户数据面模块，其它卫星的多种接入星载计算装置再把接收的Xn业务数据转发给其它卫星多种接入星载计算装置链接的射频基带模块。
10.一种实现星座通信的方法，其特征在于，包括如下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种实现星座通信的装置，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述一种实现星座通信的装置，其特征在于，所述搭载在卫星上的多种接入星载计算装置包括：
3.根据权利要求2所述一种实现星座通信的装置，其特征在于，所述交换路由保护倒换模块包括：
4.根据权利要求2所述一种实现星座通信的装置，其特征在于，所述射频控制面包括：
5.根据权利要求2所述一种实现星座通信的装置，其特征在于，所述数据面隧道用于承载地面站、地面信关站、地面终端设备的业务数据，包括但不限于：用于承载接入不同卫星的地面终端设备之间业务数据的跨一颗卫星的数据面隧道、用于承载接入不同卫星的地面终端设备之间业务数据的跨多颗卫星的数据面隧道、用于承载接入不同卫星的地面终端设备与地面信关站之间业务数据的跨多颗卫星的数据面隧道、用于承载接入同一颗卫星的地面终端设备之间业务数据的数据面隧道。
6.根据权利要求2所述一种实现星座通信的装置，其特征在于，所述保护倒换隧道用于承载通信互联设备的保护倒换检测数据，具体为：转发网络数据的多种接入星载计算装置的交换路由保护倒换模块通过部署在同一卫星上的通信互联设备周期性发送故障检测报文至x轴前后、y轴左右、z轴上下6个方向的对端通信互联设备，与对端通信互联设备连接的多种接入星载计算装置装置生成检测报文应答时，反馈检测报文应答至转发网络数据的多种接入星载计算装置的对端通信互联装置为无故障通信互联装置，转发网络数据的多种接入星载计算装置继续未接收到检测报文应答时继续进行故障检测和保护倒换，直至检测到与接收检测报文的多种接入星载计算装置连接的无故障通信互联设备。
7.根据权利要求2所述一种实现星座通信的装置，其特征在于，所述网管隧道用于承载地面网管中心的网管业务数据，具体为：星座网络接收到网管数据后，射频基带模块发送网管数据至一个卫星上搭载的多种接入星载计算装置，接收网管数据的多种接入星载计算装置将网管数据发送至交换路由保护倒换模块，交换路由保护倒换模块在网管数据的目的卫星为接收网管数据的多种接入星载计算装置搭载的当前卫星时转发网管数据至与接收网管数据的多种接入星载计算装置数据交互的网...
【专利技术属性】
技术研发人员：季一峰，庄玉娟，段艳齐，
申请(专利权)人：软银信息科技南京有限公司，
类型：发明
国别省市：
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