基于天地一体化通信系统的车载通信网络切换方法与流程

1.本发明属于车辆通信网络技术领域，具体涉及一种基于天地一体化通信系统的车载通信网络切换方法。

背景技术：

2.随着航天技术和卫星通信技术的高度发展，和用户对全域通信需求的日益迫切，由卫星网络、高空无人通信平台、地面网络等多种网络融合的天地一体化网络被纳入6g泛在接入的范畴内。在此背景下，车辆行驶到地面网络无法覆盖的地区、地域时，无法通信的问题将得到解决。但针对车载通信系统的网络切换方法，目前还没有明确提出。
3.现有技术中，中国发明专利cn202010240726.8提供了一种基于天地一体化网络跨域无缝切换方法，通过网络状态信息采集，利用q学习方法预测优化切换策略，但对卫星网络受到天气、大气等因素影响时，预测的信号强度信息并不准确，预测方法可能不再适用。中国发明专利cn201610949771.4提供了一种天地一体化网络中低轨卫星通信的方法及系统，提出了将地面分区并标识的方法，在地面蜂窝网络和非地面网络深度融合与协同的网络架构下，可利用卫星网络的地面分区和地面网络分区相结合的方法，将各类网络能覆盖的空间边界明确，因此，车载通信终端可得以在天地一体化网络中无缝切换，以支持用户业务正常进行。然而该系统仅限于卫星通信网络，也不涉及网络切换设计，对于民用的市场车辆不具备可行性。

技术实现要素：

4.本发明的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提出一种基于天地一体化通信系统的车载通信网络切换方法，基于导航应用和卫星星历协同计算，实现车载通信终端在卫星通信网络和地面网络之间无缝切换，以有效解决在没有地面网络覆盖地区的通信问题。
5.为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
6.基于天地一体化通信系统的车载通信网络切换方法，天地一体化通信系统包括车载终端、卫星网络系统以及地面网络系统；
7.车载终端包括卫星定位模块、车载通信系统以及车载娱乐系统；车载通信系统包括卫星通信模块、地面网络通信模块以及主控单元；
8.卫星网络系统包括卫星、地面信关站以及卫星运控中心；
9.地面网络系统为由无线、回传网络以及核心网组成的5g或6g地面蜂窝网络系统；
10.车载通信网络切换方法包括以下步骤：
11.s1、在地面蜂窝网络信号良好时，车载通信系统接入地面蜂窝网络，用户在车载娱乐系统中开启车载导航应用，主控单元通过导航应用接口获取路线信息，并通过核心网计算出该路线中需要切换到卫星网络的t1和该路线上可重新接入地面蜂窝网络的
t2；
12.s2、当车辆行驶至t1覆盖区域时，车载通信系统向核心网发起网络切换申请；
13.s3、核心网向卫星运控中心获取行进路线的卫星星历信息，并将将星历信息下发到车载通信系统；
14.s4、车载终端提示用户前方无地面网络，是否切换到卫星网络；
15.s5、用户确认切换到卫星网络后，主控单元根据星历信息选择卫星波段，通过随机接入的方式接入卫星信关站，在卫星通信网络中进行身份认证；
16.s6、身份认证通过后，地面关口站将接入信息通知到核心网；核心网通知信关站、卫星为车载终端的接入预留资源；得到资源预留成功的反馈后，核心网通过卫星链路通道通知车载终端接入完成；
17.s7、车载通信系统成功接入卫星网络后，核心网将该用户的业务数据从t1切换到卫星信关站，并通过卫星链路下发到车载通信系统；此后，在车辆行进过程中，以一预设周期更新星历信息，并根据星历信息动态调整接入卫星波束的工作频率；
18.s8、接入卫星网络后，以一预设周期检测蜂窝网络无线信号，以便在行进途中车辆未按照预定线路行驶，而进入地面网络覆盖区域时主动接入地面网络；
19.s9、车辆行驶到地面蜂窝网络信号强度达到了预设阀值的地点时，通过卫星链路向核心网发起切换请求和资源预留请求；
20.s10、核心网根据卫星定位判断车载终端可接入的目标t2并下发资源预留申请，核心网与t2完成资源预留后，通知车载终端可以切换网络，车载终端向t2发起随机接入请求；
21.s11、车载通信系统按地面网络的3gpp协议标准流程完成与t2和核心网鉴权加密后，接入地面蜂窝网络；否则，继续保持卫星网络接入，并以一预设周期尝试接入地面蜂窝网络；
22.s12、车载通信系统接入地面蜂窝网络，核心网将车载终端的业务数据从卫星链路切换到t2，通过地面蜂窝网络无线信道传输到车载通信系统。
23.进一步的，车载终端中，卫星定位模块用于车辆位置的实时信息获取；
24.车载娱乐系统用于运行导航、语音、音乐以及视频应用程序；
25.卫星通信模块用于卫星网络的接入和切换功能，地面网络通信模块用于地面网络制式的接入和切换功能；
26.主控单元是通信控制功能，用于接入控制、切换计算以及车内网络控制；
27.车载终端能根据实时位置信息，对比星历信息计算出当前位置对应的卫星波束频率。
28.进一步的，卫星运控中心开放星历信息共享，使车载终端能通过核心网系统获取星历信息。
29.进一步的，核心网用于明确地面网络覆盖的边缘地理信息以及卫星网络在地面覆盖的逻辑分区与地理位置信息。
30.进一步的，步骤s9中，车辆行驶到地面蜂窝网络信号强度达到了预设阀值的地点时，核心网还可根据实时定位信息判定该车辆已进入地面网络覆盖区域，主动为该车辆预留资源，进而车辆完成网络切换。
31.进一步的，步骤s7中，更新星历信息的周期为30秒；
32.步骤s8中，检测蜂窝网络无线信号的周期为60秒；
33.步骤s11中，尝试接入地面蜂窝网络的周期为5秒。
34.本发明与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
35.1、本发明通过导航获取车辆行驶路线，获取卫星星历信息，可以有效地解决天地一体化网络环境下，车载终端行进到地面网络覆盖边缘时，接入网络在地面蜂窝网络和卫星网络间的切换问题，为车联网、智能驾驶、数据业务通信等应用提供新的通信保障方法。
附图说明
36.图1是本发明方法通信网络切换的示意图；
37.图2是实施例中车载终端的结构示意图。
具体实施方式
38.下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
39.实施例
40.本发明，基于天地一体化通信系统的车载通信网络切换方法，天地一体化通信系统包括车载终端、卫星网络系统以及地面网络系统；
41.如图2所示，车载终端包括卫星定位模块、车载通信系统以及车载娱乐系统；车载通信系统包括卫星通信模块、地面网络通信模块以及主控单元；
42.卫星定位模块用于车辆位置的实时信息获取；
43.车载娱乐系统用于运行导航、语音、音乐以及视频等应用程序；
44.卫星通信模块用于卫星网络的接入、切换功能，地面网络通信模块用于地面网络制式的接入、切换功能；
45.主控单元是通信控制功能，用于接入控制、切换计算、车内网络控制；
46.车载终端能根据实时位置信息，对比星历信息计算出当前位置对应的卫星波束频率。
47.卫星网络系统包括卫星、地面信关站以及卫星运控中心；卫星运控中心开放星历信息共享，使车载终端能通过核心网系统或其他方式从卫星运控中心获取星历信息。
48.地面网络系统为由无线、回传网络、核心网等组成的5g或6g地面蜂窝网络系统；核心网用于明确地面网络覆盖的边缘地理信息，以及卫星网络在地面覆盖的逻辑分区与地理位置信息。
49.如图1所示，在本实施例中，车载通信网络切换方法包括以下步骤：
50.s1、在a处，地面蜂窝网络信号良好，车载通信系统接入地面蜂窝网络，用户在车载娱乐系统中开启车载导航应用，主控单元通过导航应用接口获取路线信息，并通过核心网计算出该路线中需要切换到卫星网络的t1和该路线上可重新接入地面蜂窝网络的t2；
51.s2、当车辆行驶至t1覆盖的b处区域时，地面蜂窝网络信号开始减弱到预设阀值时，车载通信系统向核心网发起网络切换申请；
52.s3、核心网向卫星运控中心获取行进路线的卫星星历信息，并将将星历信息下发到车载通信系统；
53.s4、车载终端提示用户前方无地面网络，是否切换到卫星网络；
54.s5、用户确认切换到卫星网络后，主控单元根据星历信息选择卫星波段，通过随机接入的方式接入卫星信关站，在卫星通信网络中进行身份认证；
55.s6、身份认证通过后，地面关口站将接入信息通知到核心网；核心网通知信关站、卫星为车载终端的接入预留资源；得到资源预留成功的反馈后，核心网通过卫星链路通道通知车载终端接入完成；
56.s7、车载通信系统成功接入卫星网络后，核心网将该用户的业务数据从t1切换到卫星信关站，并通过卫星链路下发到车载通信系统；此后，在车辆行进过程中，以30秒的周期更新星历信息，并根据星历信息动态调整接入卫星波束的工作频率；
57.s8、接入卫星网络后，以60秒的周期检测蜂窝网络无线信号，以便在行进途中车辆未按照预定线路行驶，而进入地面网络覆盖区域时主动接入地面网络；
58.s9、车辆行驶到地面蜂窝网络信号强度达到了预设阀值的d点时，通过卫星链路向核心网发起切换请求和资源预留请求；核心网还可根据实时定位信息判定该车辆已进入地面网络覆盖区域，主动为该车辆预留资源，进而车辆完成网络切换。
59.s10、核心网可根据卫星定位判断车载终端可接入的目标t2并下发资源预留申请，核心网与t2完成资源预留后，通知车载终端可以切换网络，车载终端向t2发起随机接入请求；
60.s11、车载通信系统按地面网络的3gpp协议标准流程完成与t2与核心网完成鉴权加密后，接入地面蜂窝网络；否则，继续保持卫星网络接入，并以5秒的周期尝试接入地面蜂窝网络；
61.s12、车载通信系统接入地面蜂窝网络，核心网将车载终端的业务数据从卫星链路切换到t2，通过地面蜂窝网络无线信道传输到车载通信系统。
62.还需要说明的是，在本说明书中，诸如术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
63.对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其他实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

技术特征：

1.基于天地一体化通信系统的车载通信网络切换方法，其特征在于，天地一体化通信系统包括车载终端、卫星网络系统以及地面网络系统；车载终端包括卫星定位模块、车载通信系统以及车载娱乐系统；车载通信系统包括卫星通信模块、地面网络通信模块以及主控单元；卫星网络系统包括卫星、地面信关站以及卫星运控中心；地面网络系统为由无线、回传网络以及核心网组成的5g或6g地面蜂窝网络系统；车载通信网络切换方法包括以下步骤：s1、在地面蜂窝网络信号良好时，车载通信系统接入地面蜂窝网络，用户在车载娱乐系统中开启车载导航应用，主控单元通过导航应用接口获取路线信息，并通过核心网计算出该路线中需要切换到卫星网络的t1和该路线上可重新接入地面网络系统的t2；s2、当车辆行驶至t1覆盖区域时，车载通信系统向核心网发起网络切换申请；s3、核心网向卫星运控中心获取行进路线的卫星星历信息，并将将星历信息下发到车载通信系统；s4、车载终端提示用户前方无地面网络，是否切换到卫星网络；s5、用户确认切换到卫星网络后，主控单元根据星历信息选择卫星波段，通过随机接入的方式接入卫星信关站，在卫星通信网络中进行身份认证；s6、身份认证通过后，地面关口站将接入信息通知到核心网；核心网通知信关站、卫星为车载终端的接入预留资源；得到资源预留成功的反馈后，核心网通过卫星链路通道通知车载终端接入完成；s7、车载通信系统成功接入卫星网络后，核心网将该用户的业务数据从t1切换到卫星信关站，并通过卫星链路下发到车载通信系统；此后，在车辆行进过程中，以一预设周期更新星历信息，并根据星历信息动态调整接入卫星波束的工作频率；s8、接入卫星网络后，以一预设周期检测蜂窝网络无线信号，以便在行进途中车辆未按照预定线路行驶，而进入地面网络覆盖区域时主动接入地面网络；s9、车辆行驶到地面蜂窝网络信号强度达到了预设阀值的地点时，通过卫星链路向核心网发起切换请求和资源预留请求；s10、核心网根据卫星定位判断车载终端可接入的目标t2并下发资源预留申请，核心网与t2完成资源预留后，通知车载终端可以切换网络，车载终端向t2发起随机接入请求；s11、车载通信系统按地面网络的3gpp协议标准流程完成与t2和核心网鉴权加密后，接入地面蜂窝网络；否则，继续保持卫星网络接入，并以一预设周期尝试接入地面蜂窝网络；s12、车载通信系统接入地面蜂窝网络，核心网将车载终端的业务数据从卫星链路切换到t2，通过地面蜂窝网络无线信道传输到车载通信系统。2.根据权利要求1所述的基于天地一体化通信系统的车载通信网络切换方法，其特征在于，车载终端中，卫星定位模块用于车辆位置的实时信息获取；车载娱乐系统用于运行导航、语音、音乐以及视频应用程序；卫星通信模块用于卫星网络的接入和切换功能，地面网络通信模块用于地面网络制式的接入和切换功能；
主控单元是通信控制功能，用于接入控制、切换计算以及车内网络控制；车载终端能根据实时位置信息，对比星历信息计算出当前位置对应的卫星波束频率。3.根据权利要求1所述的基于天地一体化通信系统的车载通信网络切换方法，其特征在于，卫星运控中心开放星历信息共享，使车载终端能通过核心网系统获取星历信息。4.根据权利要求1所述的基于天地一体化通信系统的车载通信网络切换方法，其特征在于，核心网用于明确地面网络覆盖的边缘地理信息以及卫星网络在地面覆盖的逻辑分区与地理位置信息。5.根据权利要求1所述的基于天地一体化通信系统的车载通信网络切换方法，其特征在于，步骤s9中，车辆行驶到地面蜂窝网络信号强度达到了预设阀值的地点时，核心网还可根据实时定位信息判定该车辆已进入地面网络覆盖区域，主动为该车辆预留资源，进而车辆完成网络切换。6.根据权利要求1所述的基于天地一体化通信系统的车载通信网络切换方法，其特征在于，步骤s7中，更新星历信息的周期为30秒；步骤s8中，检测蜂窝网络无线信号的周期为60秒；步骤s11中，尝试接入地面蜂窝网络的周期为5秒。

技术总结

本发明公开了一种基于天地一体化通信系统的车载通信网络切换方法，方法在地面蜂窝网络信号良好时，车载通信系统接入地面蜂窝网络，用户在车载娱乐系统中开启车载导航应用，主控单元通过导航应用接口获取路线信息，并通过核心网计算出该路线中需要切换到卫星网络的和该路线上可重新接入地面蜂窝网络的站点；获取行进路线的卫星星历信息，在无地面网络时，切换到卫星网络；车辆行驶到地面蜂窝网络信号强度达到了预设阀值的地点时，切换回地面蜂窝网络。本发明基于导航应用和卫星星历协同计算，实现车载通信终端在卫星通信网络和地面网络之间无缝切换。地面网络之间无缝切换。地面网络之间无缝切换。