接入网关及卫星终端通过接入网关接入5G移动网络方法

技术领域

本发明涉及卫星移动通信领域，尤其涉及一种接入网关及卫星终端通过接入网关接入5G移动网络方法。

背景技术

目前，国内在卫星移动通信系统应用方面，开展了大量的研究，卫星移动通信系统的建设工作迫在眉睫，很多关键技术亟待突破。在通信协议方面，参考地面成熟的移动通信协议体系是降低技术风险，加快开发进度的最佳实现途径。卫星移动通信系统体制繁杂、设备种类多、互联互通差等因素在一定程度上制约了卫星通信的进一步发展，在对现有卫星移动通信系统体制设备最小化改动为前提，如何实现将不同卫星移动通信系统体制接入地面标准5G网络，实现统一认证、统一运营、互联互通等功能，成为重要的研究方向。在对现有卫星移动通信系统体制最小化改动，实现将不同卫星移动通信系统体制用户接入地面标准5G网络的目标，需借鉴N3IWF的思想，进行功能增强和流程定制，形成适配各类卫星移动通信系统的5G网关。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种传统卫星终端通过基于N3IWF的5G网关接入5G移动网络的方法。

本发明采用的技术方案为：

一种卫星终端通过接入网关接入5G移动网络的方法，包括以下步骤：

(1)卫星终端向网络发起注册消息，该消息携带网络能力和安全能力，以及携带SUCI或5G-GUTI，注册消息经过接入网转发至接入网关；

(2)接入网关构造N1消息，若注册消息携带了5G-GUTI，则接入网关根据5G-GUTI找到卫星终端上下文，并根据存储的安全上下文对N1消息进行完整性保护和加密操作，并构造卫星终端的网络能力和安全能力，然后将N1消息发送给5GC；若注册消息携带了SUCI，则跳转到步骤(7)；

(3)5GC解析N1消息获取5G-GUTI，不能识别时向接入网关发起认证请求消息；

(4)接入网关将认证请求消息转换为用户标识请求，发送给卫星终端；

(5)卫星终端接收到用户标识请求后，向接入网关发送带有用户永久标识的用户标识请求响应消息；

(6)接入网关从用户标识请求响应消息中提取出用户永久标识，构造认证响应消息发送给5GC；

(7)5GC收到认证响应消息后对用户永久标识进行认证，认证通过后向接入网关发送鉴权请求消息；

(8)接入网关将鉴权请求消息通过接入网转发给卫星终端；

(9)卫星终端接收鉴权请求消息，校验成功后发送鉴权响应到接入网关；

(10)接入网关收到鉴权响应后建立卫星终端上下文，并将鉴权响应转发给5GC；

(11)5GC接收鉴权响应，校验成功后发送安全模式命令给接入网关，其中，安全模式命令中携带5GC选择的加密和完整性保护算法；

(12)接入网关根据安全模式命令进行密钥派生，并向5GC返回安全模式完成消息；

(13)5GC接收到安全模式完成消息后向接入网关发送注册接受消息，包含5G-GUTI/T3512/TA列表、服务列表和切片信息；

(14)接入网关将注册接受消息中携带的信息存入卫星终端上下文，并通过接入网将5G-GUTI、网络能力以及对应的IP配置信息发送给卫星终端，并根据卫星终端的网络能力发起并完成PDU会话建立流程；

(15)接入网关发送注册完成消息给5GC，注册流程结束。

一种接入网关，包括：

卫星接入模块，用于接收卫星终端发送的注册消息、用户标识响应和鉴权响应消息，解析出相关参数，发送给流程控制模块；还用于接收流程控制模块发送的消息类型标识及参数，组建自定义消息发送给卫星终端；还用于接收卫星终端的业务数据转发给流程控制模块，并接收流程控制模块发送的业务数据转发给卫星终端；

流程控制模块，用于接收卫星接入模块发送的参数进行判断，判断出消息类型，并把消息类型标识及参数发送给N1接口模块；还用于接收N1接口模块发送的相关参数，若判断出是鉴权请求消息、用户标识请求消息和注册接受所需参数，则把消息类型标识及参数发送给卫星接入模块，若为其他参数，则生成N1响应消息所需参数，发送给N1接口模块；还用于接收N2接口模块发送的相关参数，生成N2响应消息所需参数，发送给N2接口模块；还用于接收N3接口模块发送的业务数据，转发给卫星接入模块；还用于接收卫星接入模块发送的业务数据，转发给N3接口模块；

N1接口模块，用于接收N2接口模块发送的标准N1消息，解析出相关参数，发送给流程控制模块；还用接收流程控制模块发送的消息类型标识及参数，组建标准N1消息发送给N2接口模块；

N2接口模块，用于接收N1接口模块发送的标准N1消息，并封装在标准N2直传消息中，发送给5GC；还用于接收流程控制模块发送的N2响应消息所需参数，组建标准N2消息发送给5GC；还用于接收5GC发送的标准N2消息，若为标准N2直传消息，则解封装出标准N1消息发送给N1接口模块，若为其他消息，则解析出相关参数，发送给流程控制模块；

N3接口模块，用于接收5GC发送的业务数据，转发给流程控制模块；还用于接收流程控制模块发送的业务数据，转发给5GC。

本发明的有益效果在于：

本发明创新性的提出了一种通过接入网关接入5G移动网络的方法，填补了现有技术的空白，本发明对现有卫星移动通信系统体制最小化改动，实现了将不同卫星移动通信系统体制用户接入地面标准5G网络的目标。

附图说明

图1是本发明实施例的应用场景示意图。

图2是本发明实施例的通信流程示意图。

图3是本发明实施例5G网关的功能组成图。

具体实施方式

为了实现本发明，提供了一个低轨卫星移动通信系统，包括业务网络、传统卫星网络、卫星终端、卫星、网管服务器、5G网关(接入网关)、5GC(5G移动核心网)和大网运营支撑系统。

业务网络、卫星终端、传统卫星网络、网管服务器为传统卫星通信系统，接入网关为本发明新研设备，5G移动核心网和大网运营支撑系统为标准移动通信系统。其中接入网关主要实现卫星终端鉴权消息转换功能、卫星终端业务消息转换功能、5G协议规定的隧道协议处理、用户数据高速转发功能、用户策略传递功能等功能。接入网关总共6个对外接口，包括与5GC控制面接口、与5GC用户面接口、与运营商大网运营支撑系统间接口、与地面信关站网管服务器间接口、与地面信关站路由终端间接口。以下结合附图1、2、3对本发明做进一步说明。

图1是本发明的应用场景示意图。设计思路如下：

卫星终端首先在传统卫星系统中接入网管服务器，传统卫星链路为5G网关于卫星终端之间的空口链路，卫星终端通过空口链路向5G网关发起注册消息，5G网关为卫星终端建立上下文，并代理卫星终端组建NAS层消息，发往5GC，5G网关代理卫星终端与5GC进行NAS层消息对接，其中鉴权认证等权限认证过程依然由卫星终端新增的安全认证功能完成。

图2是本发明的通信流程示意图。主要示意了传统卫星终端通过5G网关到5GC注册的过程中，各网元(子系统)间的信令交互流程。

其主要步骤如下：

(1)卫星终端向网络发起注册消息，该消息携带网络能力和安全能力，以及携带SUCI或5G-GUTI，注册消息经过接入网转发至接入网关；

(2)接入网关构造N1消息，若注册消息携带了5G-GUTI，则接入网关根据5G-GUTI找到卫星终端上下文，并根据存储的安全上下文对N1消息进行完整性保护和加密操作，并构造卫星终端的网络能力和安全能力，然后将N1消息发送给5GC；若注册消息携带了SUCI，则跳转到步骤(7)；

(3)5GC解析N1消息获取5G-GUTI，不能识别时向接入网关发起认证请求消息；

(4)接入网关将认证请求消息转换为用户标识请求，发送给卫星终端；

(5)卫星终端接收到用户标识请求后，向接入网关发送带有用户永久标识的用户标识请求响应消息；

(6)接入网关从用户标识请求响应消息中提取出用户永久标识，构造认证响应消息发送给5GC；

(7)5GC收到认证响应消息后对用户永久标识进行认证，认证通过后向接入网关发送鉴权请求消息；

(8)接入网关将鉴权请求消息通过接入网转发给卫星终端；

(9)卫星终端接收鉴权请求消息，校验成功后发送鉴权响应到接入网关；

(10)接入网关收到鉴权响应后建立卫星终端上下文，并将鉴权响应转发给5GC；

(11)5GC接收鉴权响应，校验成功后发送安全模式命令给接入网关，其中，安全模式命令中携带5GC选择的加密和完整性保护算法；

(12)接入网关根据安全模式命令进行密钥派生，并向5GC返回安全模式完成消息；

(13)5GC接收到安全模式完成消息后向接入网关发送注册接受消息，包含5G-GUTI/T3512/TA列表、服务列表和切片信息；

(14)接入网关将注册接受消息中携带的信息存入卫星终端上下文，并通过接入网将5G-GUTI、网络能力以及对应的IP配置信息发送给卫星终端，并根据卫星终端的网络能力发起并完成PDU会话建立流程；

(15)接入网关发送注册完成消息给5GC，注册流程结束。

图3是本发明5G网关的功能组成图。其中各功能模块的主要作用为：

(1)卫星接入模块

负责卫星终端接入部分，包括基站接入接口的链路管理，终端的非接入层和接入层消息的编解码，终端信息管理等功能。

用于接收卫星终端发送的注册消息、用户标识响应和鉴权响应消息，解析出相关参数，发送给流程控制模块；还用于接收流程控制模块发送的消息类型标识及参数，组建自定义消息发送给卫星终端；还用于接收卫星终端的业务数据转发给流程控制模块，并接收流程控制模块发送的业务数据转发给卫星终端。

(2)N1接口模块

实现非3GPP接入业务消息与N1消息的相互转换功能。

用于接收N2接口模块发送的标准N1消息，解析出相关参数，发送给流程控制模块；还用接收流程控制模块发送的消息类型标识及参数，组建标准N1消息发送给N2接口模块。

(3)N2接口模块

实现非3GPP接入相关消息与N2消息的相互转换功能。

用于接收N1接口模块发送的标准N1消息，并封装在标准N2直传消息中，发送给5GC；还用于接收流程控制模块发送的N2响应消息所需参数，组建标准N2消息发送给5GC；还用于接收5GC发送的标准N2消息，若为标准N2直传消息，则解封装出标准N1消息发送给N1接口模块，若为其他消息，则解析出相关参数，发送给流程控制模块。

(4)N3接口模块

实现非3GPP用户面消息与N3接口用户面消息的转换功能，包括IP数据、SIP语音等用户面消息。

用于接收5GC发送的业务数据，转发给流程控制模块；还用于接收流程控制模块发送的业务数据，转发给5GC。

(5)流程控制模块

实现5G接入网关处理流程控制的功能，包括接入流程、认证鉴权流程、业务流程等。

用于接收卫星接入模块发送的参数进行判断，判断出消息类型，并把消息类型标识及参数发送给N1接口模块；还用于接收N1接口模块发送的相关参数，若判断出是鉴权请求消息、用户标识请求消息和注册接受所需参数，则把消息类型标识及参数发送给卫星接入模块，若为其他参数，则生成N1响应消息所需参数，发送给N1接口模块；还用于接收N2接口模块发送的相关参数，生成N2响应消息所需参数，发送给N2接口模块；还用于接收N3接口模块发送的业务数据，转发给卫星接入模块；还用于接收卫星接入模块发送的业务数据，转发给N3接口模块。

(6)网管模块

实现5G接入网关的网管功能。

(7)服务接口模块

支持与大网运营支撑系统间服开接口，支持接收策略控制等，并将策略传递给信关站网管服务器。

(8)告警模块

负责告警管理功能。

(9)主备模块

负责主备链路维护，确认主备关系，主备切换处理，实时数据同步等功能。

(10)平台模块

负责内存、线程、日志等平台性功能。

本发明的上述各实例，独创了一种传统卫星终端通过N3IWF接入5G移动网络的方法，通过发明设计基于N3IWF的5G网关进行终端代理和协议转换，实现传统卫星终端接入到5G移动网络。