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CN111835396B - 处理数据包的方法和装置 - Google Patents

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CN111835396B CN201910313969.7A CN201910313969A CN111835396B CN 111835396 B CN111835396 B CN 111835396B CN 201910313969 A CN201910313969 A CN 201910313969A CN 111835396 B CN111835396 B CN 111835396B
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Abstract

本申请提供了一种处理数据数据包的方法和装置，应用于卫星通信系统中，通过对地球表面、太空空间以及网络空间按照卫星星座和卫星的运行轨迹进行划分，并为划分得到的每一个地面区域、太空区域和网络分配一个标识，以建立地面区域标识EID、太空区域SID和网络标识NID之间固定的映射关系。同时，在每个卫星上维护记录有所述映射关系的映射关系信息。在卫星星座中没有卫星加入或者服役到期退出的情况下，映射关系信息所记录的映射关系都不需要更新。基于此映射关系信息，卫星可以实现数据包的路由，减少了按照传统方式建立和维护路由表带来的大量的信令交互。

Description

处理数据包的方法和装置
技术领域
本申请涉及无线通信技术领域，尤其涉及一种处理数据包的方法和装置。
背景技术
第三代合作伙伴计划(the 3rd generation partnership project,3GPP)标准组织已经发布了第五代(the 5th generation,5G)技术标准，后续将研究天地融合通信技术，也即将卫星通信融合到地面蜂窝网络，实现无线信号在整个地球的无缝覆盖。
在现有的卫星通信系统中，通信卫星通过转发无线电信号，实现卫星和地面站之间或者卫星和卫星之间的无线电通信。卫星可以传输电话、电报、传真、数据和电视等信息。在典型的卫星通信系统中，地面上的终端设备通过服务链路(service link)和太空的卫星建立连接，同时，卫星通过反馈链路(feeder link)和地面站进行通信。一般来说，卫星可以有两种工作模式，分别为透明模式和再生模式。在透明模式中，卫星不具有路由功能。一个终端设备发将数据发送到太空的卫星之后，卫星负责将数据转发到地面站，然后通过地面站的路由功能，将数据发送到目的终端设备对应的目的卫星。最后，由目的卫星转发到目的终端设备。由于地面站和卫星之间的往返，因此传输时延较大，大概在500毫秒甚至更长。而在再生模式中，卫星上添加了基于互联网协议(internet protocol,IP)的路由功能，这样可以实现在卫星之间的简单交换或者路由，避免了透明模式中数据必须经过地面站的路由才能达到目的卫星。
但是，卫星通信和地面站所不同的是，卫星是在快速移动的。一颗卫星服务于地面的终端设备的时间大概在10分钟左右。因此，在卫星上建立基于IP进行转发的路由表，需要非常频繁地更新路由表的信息。实践数据表明，路由表的更新周期大概在30秒到1分钟。由此可见，在卫星上建立基于IP转发的路由表，会导致整个卫星通信系统承受巨大的信令传输。
发明内容
本申请提供一种处理数据包的方法和装置，应用于卫星通信系统中，可以降低卫星通信系统中数据转发过程中的信令开销。
第一方面，本申请提供一种处理数据包的方法，该方法包括：第一卫星接收数据包，所述数据包携带有目的设备的互联网协议IP地址，所述IP地址包括网络标识NID；第一卫星根据所述NID、映射关系信息和星历表，确定所述NID对应的目的卫星的标识，其中，所述映射关系信息用于记录NID、地球表面标识EID和太空空间标识SID之间的映射关系；第一卫星将所述数据包发送给所述目的卫星。
这里，第一方面的方法适用于卫星通信系统中的任意一个卫星。为了清楚地说明技术方案，本申请中以卫星通信系统中的一个卫星作为示例进行说明，为了便于描述，将这个卫星记作第一卫星。
在本申请的技术方案中，通过对地球表面、太空空间以及网络空间按照卫星星座和卫星的运行轨迹进行划分，并为划分得到的每一个地面区域、太空区域和网络分配一个标识，以建立地面区域标识EID、太空区域SID和网络标识NID之间固定的映射关系。同时，在每个卫星上维护记录有NID、EID和SID的所述映射关系的映射关系信息，从而在卫星星座中没有新的卫星加入或者没有卫星服役到期退出的情况下，都不需要对所述映射关系信息进行更新。映射关系信息的更新可以以年为单位。
基于此映射关系信息，卫星可以实现数据包的转发(或者说，路由)，减少了按照传统方式建立和维护路由表带来的大量的信令交互。
另外，由于数据包是由卫星通过星间链路进行转发，不需要通过地面站的参与，不仅减少了数据的传输时延，而且节省了星地之间的频谱资源。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述卫星通信系统的全局网络包含多个IP网络，每个IP网络被分配一个NID，地球表面被划分为多个地面区域，每个地面区域被分配一个地面区域标识EID，每个EID对应一个或多个NID，每个NID唯一对应一个EID，太空空间被划分为多个太空区域，每个太空区域被分配一个太空区域标识SID，每个SID唯一对应一个EID。
本申请中，通过将地球表面、太空空间和网络空间分别划分为多个区域，并建立这些区域之间固定的映射关系，为卫星进行数据转发提供了良好的基础。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，当第一卫星在第一SID标识的第一太空区域运行时，第一卫星覆盖的地面区域为第一SID对应的第一EID所标识的第一地面区域，第一卫星为第一EID对应的第一NID的终端设备提供服务；当第一卫星从第一太空区域运行至第二SID标识的第二太空区域时，第一卫星覆盖的地面区域变为第二SID对应的第二EID所标识的第二地面区域，第一卫星为第二EID对应的第二NID的终端设备提供服务。
换句话说，随着第一卫星的运行，当第一卫星从所述多个太空区域的第一太空区域(用第一SID标识)运行至第二太空区域(用第二SID标识)时，卫星服务的对象发生变化，原来覆盖的第一EID变为第二EID,原来服务的第一NID变为第二NID。其中，所述第一SID标识所述第一太空区域，所述第一EID标识第一地面区域，所述第一SID和所述第一EID对应，所述第一NID和所述第一EID对应。所述第二SID标识所述第二太空区域，所述第二EID标识第二地面区域，所述第二SID和所述第二EID对应，所述第二NID和所述第二EID对应。
换句话说，第一卫星每运行到一个太空区域，就将自己记录的SID修改为当前这个太空区域的SID，同时，将记录的NID和EID也修改为和当前这个太空区域的SID对应的EID和NID。也即，卫星每运行到一个太空区域，就将自己记录的SID修改为当前这个太空区域的SID，并为该SID对应的EID范围内的终端设备提供服务。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，目的设备的IP地址是目的设备接入卫星通信系统时被分配的，目的设备接入卫星通信系统时位于第三地面区域，所述IP地址中包含的NID和第三地面区域对应。
这里，第三地面区域用于表示目的设备接入卫星通信系统时所在的地面区域。编号“第三”仅仅为了和上文中的“第一地面区域”和“第二地面区域”进行区分，以更清楚地描述本申请的技术方案。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述第一卫星根据所述NID、映射关系信息和星历表，确定所述NID对应的目的卫星的标识，包括：第一卫星根据所述NID和所述映射关系信息，确定所述NID对应的EID，并确定所述EID对应的SID；第一卫星根据所述星历表和所述SID，确定所述目的卫星的标识。
应理解，星历表是指卫星运行随时间而变的精确位置或轨迹表，它是时间的函数。星历表以开普勒定律的6个轨道参数之间的数学关系确定卫星运行的时间、坐标、方位、速度等各项参数。所述6个轨道参数分别为半长轴的平方根、偏心率、近地点幅角、平近点角、升交点经度和轨道倾角，其详细说明可以参考现有技术。
结合第一方面，在第一方面的某些实现方式中，所述映射关系信息记录在第一映射关系表中，第一映射关系表的表项包括NID、EID和SID，或者，所述映射关系信息记录在第二映射关系表和第三映射关系表中，其中，第二映射关系表的表项包括NID和EID，第三映射关系表的表项包括EID和SID。
在本申请实施例中，对映射关系信息的存储形式不作限定。例如，映射关系信息记录的EID、NID和SID的映射关系可以记录在一个映射表中，或者记录在2个映射表中。这样，可以便于卫星的查询，快速确定接收到的数据包携带的NID对应的SID，进而结合星历表确定NID对应的目的卫星。
第二方面，本申请提供一种通信装置，该通信装置具有实现第一方面及其任意可能的实现方式中的方法的功能。所述功能可以通过硬件实现，也可以通过硬件执行相应的软件实现。所述硬件或软件包括一个或多个与上述功能相对应的单元。
第三方面，本申请提供一种网络设备，包括处理器和存储器。存储器用于存储计算机程序，处理器用于调用并运行存储器中存储的计算机程序，使得网络设备执行第一方面或第一方面任意可能的实现方式中的方法。
这里，第三方面中的网络设备可以对应第一方面中所述的第一卫星。
第四方面，本申请提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机指令，当计算机指令在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面或其任意可能的实现方式中的方法。
第五方面，本申请提供一种芯片，包括处理器。处理器用于读取并执行存储器中存储的计算机程序，以执行第一方面或其任意可能的实现方式中的方法。
可选地，所述芯片还包括存储器，存储器与处理器通过电路或电线与存储器连接。
进一步可选地，所述芯片还包括通信接口。
可选的，上述存储器可以是物理上独立的单元，也可以与处理器集成在一起
第六方面，本申请提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序代码，当所述计算机程序代码在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面或其任意可能的实现方式中的方法。
第七方面，本申请提供一种卫星通信系统，包括第一方面及其任意可能的实现方式中的第一卫星。
附图说明
图1是卫星通信系统的架构示意图。
图2示出了一个典型的卫星通信系统的示意图。
图3为卫星处于透明模式时的数据传输过程的示意图。
图4为卫星处于再生模式时的数据传输过程的示意图。
图5示出了单个卫星的EID,SID和NID之间的映射关系。
图6示出了多个卫星的EID,SID和NID之间的映射关系。
图7为本申请提供处理数据包的方法一个示例。
图8为本申请提供的处理数据包的方法的另一个示例。
图9为本申请提供的通信装置600的示意图。
图10为本申请提供的网络设备1000的示意性结构图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本申请中的技术方案进行描述。
本申请的技术方案可以应用于卫星通信系统。参见图1，图1是卫星通信系统的架构示意图。卫星通信系统100通常由空间段、地面段和用户段三部分组成。空间段可以由静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星、非静止轨道(none-geostationary earthorbit，NGEO)卫星或者两者构成的多颗卫星网络101构成。地面段一般包括卫星测控中心102、网络控制中心(network control center，NCC)103以及各类关口站(gateway)104等，关口站或称信关站。其中，网络控制中心也称为系统控制中心(system control center，SCC)。用户段由各种终端设备构成。终端设备可以是各种移动终端106，例如，移动卫星电话，也可以是各种固定终端107，例如，通信地面站等。图1中虚线是指卫星与终端设备之间的通信信号。实线是指卫星与地面段的设备之间的通信信号。双向箭头线是指地面段的网元之间的通信信号。
在卫星通信系统中，卫星也可以称为卫星基站。在图1中，卫星基站可以向终端设备传输下行数据。其中，下行数据可以经过信道编码、调制映射后传输给终端设备。终端设备也可以向卫星基站传输上行数据。其中，上行数据也可以经过信道编码、调制映射后传输给卫星基站。
地面段的卫星测控中心102具有保持、监视和控制卫星的轨道位置和姿态，并管理卫星的星历表等功能。网络控制中心103具有处理用户登记、身份确认、计费和其它的网络管理功能。在一些卫星移动通信系统中，网络控制中心和卫星测控中心是合二为一的。关口站104具有呼叫处理、交换以及与地面通信网的接口等功能。地面通信网105是卫星网络的地面段的一个组成部分，用于将卫星的数据包交换到核心网并发送至最终的终端设备。地面通信网可以是公共交换电话网(public switched telephone network，PSTN)、公共地面移动网(public land mobile network，PLMN)或其它各种专用网络，不同地面通信网要求关口站具有不同的网关功能。
在一些卫星通信系统中，卫星通信系统的空间段可以是由管理卫星和一个或多个服务卫星组成的多层结构。在多层结构的卫星通信系统的组网中，空间段可以包括一颗或多颗管理卫星以及这些管理卫星所管理的服务卫星。本申请中提到的卫星或卫星基站不限于是管理卫星或服务卫星。
卫星基站和终端设备包括但不限于采用如下通信系统进行通信：全球移动通信(global system for mobile communications，GSM)系统、码分多址(code divisionmultiple access，CDMA)系统、宽带码分多址(wideband code division multipleaccess，WCDMA)系统、通用分组无线业务(general packet radio service，GPRS)、长期演进(long term evolution，LTE)系统、LTE频分双工(frequency division duplex，FDD)系统、LTE时分双工(time division duplex，TDD)、通用移动通信系统(universal mobiletelecommunication system，UMTS)、全球互联微波接入(worldwide interoperabilityfor microwave access，WiMAX)通信系统、未来的第五代(5th generation，5G)系统或新无线(new radio，NR)等。
本申请实施例中的终端设备需要通过卫星通信系统的地面段接入移动卫星通信网络中进行移动通信。终端设备可以指用户设备(user equipment,UE)、接入终端、用户单元、用户站、移动站、移动台、远方站、远程终端、移动设备、用户终端、终端、无线通信设备、用户代理或用户装置。终端设备还可以是蜂窝电话、无绳电话、会话启动协议(sessioninitiation protocol，SIP)电话、无线本地环路(wireless local loop，WLL)站、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、具有无线通信功能的手持设备、计算设备或连接到无线调制解调器的其它处理设备、车载设备、可穿戴设备，未来5G网络中的终端设备或者未来演进的公用陆地移动通信网络(public land mobile network，PLMN)中的终端设备等。以卫星电话、车载卫星系统为代表的终端设备可以与卫星直接通信。以地面通信站为代表的固定终端需要经地面站中继后才能与卫星通信。终端设备通过安装有无线收发天线实现对通信状态的设置、获取，完成通信。
卫星通过转发无线电信号，实现卫星和地面站之间或者卫星和卫星之间的无线电通信。卫星可以通过传输电话、电报、传真、数据和电视等信息。
参见图2，图2示出了一个典型的卫星通信系统的示意图。如图2所示，地面的终端设备通过服务链路(service link)和太空中的卫星建立连接。同时，卫星通过反馈链路(feeder link)和地面的网关进行通信。地面的网关一般也称作地面站。地面站负责路由终端设备的数据到地面的电话、电视网或者互联网(internet)。
一般来说，卫星有两种工作方式，一种称作透明模式(transparent)，另一种称作再生模式(regenerative)。卫星一般会产生一个或者多个无线波束，这些波束大部分都是椭圆形的，这可以通过调整卫星上的天线阵列来实现。
透明模式下的信号传输(也称为transparent payload)，卫星主要对无线信号进行滤波、频率变换和信号放大，因此信号波形只是被简单重复，并没有改变。透明模式下的信号传输可以参见图3所示。
参见图3，图3为卫星处于透明模式时的数据传输过程示意图。在透明模式下，终端设备的数据一般是经过卫星到达地面站，再由地面站到达目的地。以图3所示为例，假设终端设备1接入到卫星1，终端设备2接入卫星2。如果终端设备1发送数据给终端设备2，数据传输的过程大概是：终端设备1首先将数据发送至卫星1，卫星1直接将数据转发至地面站。地面站查询路由表，将数据发送到卫星2。卫星2再将数据转发到终端设备2。可见，在透明模式下，卫星不具有路由功能，因此，卫星1不能直接将数据发送至卫星2。
一般地，卫星和地面上的终端设备的距离在1000公里以上，例如，地球同步卫星距离地面的终端设备的35786千米，从一个终端设备发出数据，经过卫星的转发以及地面站的路由，到数据被另一个终端设备接收到，所需的时间为500多毫秒。因此，卫星在这种工作模式下传输数据，不仅占用地空频谱资源，而且传输时延也较大。
而再生模式下的信号传输(也称为regenerative payload)，卫星除了对无线信号进行滤波、频率和信号放大，同时会涉及信号解调、解码、数据包的交换或者路由，以及编码和调制。因此，工作在再生模式的卫星，基本具有蜂窝网络中的基站的部分或全部功能。
参见图4所示，图4为卫星处于再生模式时的数据传输过程的示意图。如图4所示，卫星之间通过建立无线链路(也即，星间链路)，并在卫星上添加基于IP的路由功能，由此可以实现数据在卫星之间的简单交换或者路由，然后传输到地面的终端设备，可以避免如透明模式下，数据先从源终端设备所在的卫星传输到地面站，再从地面站传输到目的终端设备所在的卫星，从而可以降低传输时延。
然而，由于卫星是快速移动的，特别是地轨卫星，其绕地球一周的时间大概是100分钟左右。一颗卫星服务地面终端设备的时间大概是10分钟左右。因此，在卫星上建立IP路由表需要频繁更新位置信息。
以图4为例，假设图4中所示为低轨道卫星。在8:00左右，卫星1记录着5.6.7.8卫星2，表示终端设备2需要通过卫星2进行转发，其中，5.6.7.8为终端设备2的IP地址。一段时间(大概是几分钟)之后，由于卫星2绕轨道运行，不再服务于终端设备2了，假设服务于终端设备2的卫星为卫星3。此时，卫星1的记录也需要更新为5.6.7.8卫星3。同时，由于卫星1的运行，卫星1可能也不再服务于终端设备1了，例如，服务于终端设备1的卫星可能变成卫星2了。此时，卫星2需要更新路由表信息，记录为终端设备1进行数据转发所需的信息，例如记录5.6.7.8卫星3。也即，每个卫星都需要将当前覆盖范围内的终端设备进行数据转发所需的信息添加到路由表中，同时删除原来覆盖但是当前不覆盖的终端设备进行数据转发所需的信息。可见，由于卫星的运动，导致卫星上的路由表需要频繁更新。从实践数据来看，更新路由表的周期大约为30s到1分钟。
因此，这将导致整个卫星通信系统承受巨大的信令传输，占用非常多的空口资源。
为此，本申请提供一种数据包的路由方法，旨在降低卫星通信系统进行数据传输的信令开销，降低对空口资源的利用。
本申请通过对地球表面和太空空间进行划分，从而可以根据地面区域和卫星所在的空间位置来确定终端设备的位置，从而简化路由表的维护，从而为数据的转发提供良好的基础。
应理解，一个典型的卫星通信系统一般是设计成一定数据的轨道，每个轨道上发射一定数量的卫星。例如，铱星系统设计有6个轨道，每个轨道上均匀分布11颗卫星，共66颗卫星。这66颗卫星组成一个完整的卫星通信系统。
在本申请中，根据卫星通信系统中的轨道数量和每个轨道上发射的卫星数量，将地球表面划分为多个地面区域，并为每个地面区域分配一个标识(identifier,ID)，称之为地球表面标识(earth surface identifier,EID)。在卫星星座系统内，EID是全局唯一的，并且是固定不变的。
同时，将太空空间划分为多个太空区域，并为每个太空区域分配一个ID，称之为空间标识(space identifier,SID)。
同时，将地面区域和太空区域之间建立一一映射关系。也即，每个EID对应一个SID。
应理解，EID是对地球表面的标识，它可以体现出终端设备所在的地面位置。SID是对太空空间的标识，它体现出卫星在太空中的位置。当一个卫星运行到某一个太空区域时，就拥有这个太空区域的SID。当卫星离开一个太空区域时，该卫星拥有的SID也随之发生变化。也即，当卫星从一个太空区域运行到另一个太空区域时，这个卫星又拥有所述另一个太空区域的SID。
例如，一个卫星在第一太空区域运行时，具有第一太空区域的SID(假设记作第一SID)，同时该卫星为第一SID对应的第一地面区域的终端设备提供服务。这里，将第一地面区域的标识记作第一EID。随着卫星的运行，当卫星离开第一太空区域运行至第二太空区域时，卫星服务的对象发生变化，原来覆盖的第一EID变为第二EID,原来服务的第一NID变为第二NID，该卫星不再服务于第一EID标识的第一地面区域的终端设备，而为第二EID标识的第二地面区域内的终端设备提供服务
可选地，如果一个太空区域同时存在多颗卫星，则该太空区域的SID可以通过这多个卫星的设备ID进行区分。
可替换地，卫星的设备ID称为硬件ID(device identifier,DID)。
根据上面的定义，容易理解的是，卫星绕地球运行一圈的过程中，卫星的SID会有规律的发生变化。
继续以铱星系统为例，铱星系统共包括6个轨道，每个轨道上运行11颗卫星。根据本申请中的设计原则，整个地球表面可以被划分为66块地面区域，共对应66个EID。以一个轨道作为示例，一个轨道上的卫星的SID从1到11连续变化。因此，卫星的SID会周期地从1到11变化，分别记作SID1，SID2，…,SID11。假设卫星绕地球运行的周期是110分钟，则可以认为该轨道上的1号卫星的SID和时间之间具有如表1所示的对应关系。
表1
时间(分钟) SID
0-10 1
10-20 2
20-30 3
30-40 4
40-50 5
50-60 6
60-70 7
70-80 8
80-90 9
90-100 10
100-110 11
110-120 1
120-130 2
…… ……
应理解。这里的1号卫星是指所述轨道上位于SID1所标识的太空区域的卫星。
一个终端设备在接入卫星网络时，卫星会根据全网的互联网协议(internetprotocol,IP)规划，为接入的终端设备分配一个全局唯一的IP地址。一个IP地址包括一个网络标识(internet identifier，NID)和一个主机ID。
在本申请中，规定一个EID对应固定的NID。可选地，一个EID可以对应一个NID，或者一个EID也可以对应多个NID。但是，每个NID只唯一对应一个EID。并且，NID是全局唯一的。
例如，当某个地面区域内的用户数量较多时，可以为该地面区域分配不止一个IP网络。此时，该地域区域的EID就可以对应多个NID。
终端设备在接入卫星通信时会被分配一个全局唯一的IP地址。在业务持续的情况下，这个IP地址是始终不变的。并且，一个终端设备的IP地址不会随着终端设备的位置移动而发生变化，也不会因为卫星的运动而发生变化。只有当终端设备退网时，终端设备的IP地址会被释放(或者说，回收)，以由网络侧重新分配给新接入网络的终端设备，以便重复使用。
应理解，在建立了EID和NID的映射关系的基础上，一个终端设备的IP地址的分配和该终端设备接入卫星通信系统时所位于的地面区域是相关的。例如，一个终端设备接入卫星通信时位于某一个地面区域，假设将这个地面区域记作第三地面区域，第三地面区域具有自己的EID(记作第三EID)。第三EID具有对应的NID。网络侧为该终端设备分配的IP地址中包含的NID即是该第三EID对应的NID。
根据上面的设计原则可以知道，在卫星通信系统中，EID，SID和NID之间具有固定的映射关系。参见图5和图6所示。
图5示出了单个卫星的EID,SID和NID之间的映射关系。
图6示出了多个卫星的EID,SID和NID之间的映射关系。
从图5和图6可以看出，本申请中通过建立EID、SID和NID之间的固定的映射关系，简化了传统路由表的更新和维护，为卫星上数据包的传输提供了帮助。
在这种固定的映射关系的基础上，卫星通信系统中的每个卫星都维护记录有EID、SID和NID的映射关系的信息，在本申请中称为映射关系信息。
可选地，映射关系信息可以通过一个映射表来记录，或者也可以通过多个映射表来记录。
例如，当映射关系信息通过一个映射表来记录时，假设将该映射表记作第一映射表。第一映射表可以如表2所示。
表2
NID EID SID
网络1 1.x.x.x 地面区域1 太空区域1
网络2 2.x.x.x 地面区域2 太空区域2
网络3 3.x.x.x 地面区域3 太空区域3
…… …… ……
网络N N.x.x.x 地面区域N 太空区域N
如表2所示，地面区域1，地面区域2，…，以及地面区域N是对地球表面进行划分得到的几个地面区域。
又例如，当映射关系信息通过两个映射表来记录时，假设将这两个映射表分别记作第二映射表和第三映射表，其分别如下表3和表4所示。
表3
NID EID
网络1 1.x.x.x 地面区域1
网络2 2.x.x.x 地面区域2
网络3 3.x.x.x 地面区域3
…… ……
网络N N.x.x.x 地面区域N
表4
EID SID
地面区域1 太空区域1
地面区域2 太空区域2
地面区域3 太空区域3
…… ……
地面区域N 太空区域N
每个卫星上维护所述EID、SID和EID的映射关系信息。根据所述映射关系信息，每给定一个NID，卫星就可以确定与该NID对应的SID。
需要说明的是，以上表2-表4中，每个EID唯一对应一个NID仅是一种示例。如上文所述，一个EID也可以对应多个NID，但是每个NID唯一对应一个EID。
在本申请的技术方案中，卫星通信系统中的每个卫星维护上述映射关系信息。其中，映射关系信息可以在卫星网络初始化的时候进行配置，只要卫星星座没有发生变化，所述映射关系信息所记录的NID、EID和SID的映射关系就不需要更新。
从映射关系信息记录的内容可以看出，映射关系信息更新的频率非常低，只有在新的卫星被发射或者卫星服役到期的情况下才需要更新。基本上，映射关系信息的更新周期可以以年为单位。
下面以该卫星通信系统中的第一卫星为例，说明卫星基于维护的映射关系信息所记录的EID、NID和SID之间的固定的映射关系，转发数据包的过程。
应理解，这里第一卫星可以是指卫星通信系统中的任意一个卫星。
第一卫星接收数据包，数据包携带有目的设备的IP地址。如上文所述，IP地址包含一个NID和主机ID。为了便于说明，下面将IP地址中包含的NID记作目的NID。
第一卫星根据目的NID和保存的映射关系信息，可以确定出目的NID对应的SID。进一步地，第一卫星根据星历表和目的NID对应的SID，结合当前时间，计算得到目的NID对应的卫星标识，从而可以确定目的卫星。进而，第一卫星通过和目的卫星之间的星间链路将数据包发送至目的卫星。
这里，目的卫星是指当前时间服务于目的设备的卫星。
另外，应理解，星历表是指卫星的运行随时间而变的精确位置或轨迹表，它是时间的函数。星历表以开普勒定律的6个轨道参数之间的数学关系确定卫星运行的时间、坐标、方位、速度等各项参数。所述6个轨道参数分别为半长轴的平方根、偏心率、近地点幅角、平近点角、升交点经度和轨道倾角，其详细说明可以参考现有技术。
目的卫星接收到数据包之后，根据数据包携带的IP地址，可以获知目的设备的设备标识。目的卫星根据目的设备的标识查看目的设备的入网信息，确定当前时间目的设备是否位于目的卫星的网络覆盖范围内。如果目的卫星确定当前时间目的设备位于目的卫星的网络覆盖范围内，则将数据包转发至目的设备。如果目的卫星确定当前时间目的设备已经切换到其它卫星，也即目的设备不在目的卫星的网络覆盖范围内，则目的卫星将数据包转发至当前时间为目的设备提供服务的卫星。
下面结合图7和图8进行举例说明。参见图7，图7为本申请提供的处理数据包的方法的一个示例。
假设终端设备1要给终端设备2发送一个IP数据包。
如图7所示，UE1接入卫星1，并获得卫星1为其分配的IP地址NID1_UE1。UE2接入卫星2，并获得卫星2为其分配的IP地址NID2_UE2。同时，卫星1和卫星2通过各自的地面站接入地面的网络，并和地面的各类服务器进行通信。
301、UE1通过空口发送IP数据包到卫星1。
相应地，卫星1从UE1接收IP数据包。
302、卫星1对IP数据包经过基带处理，译码成功后，查看IP数据包的目的地址。IP数据包的目的地址为UE2的IP地址NID2_UE2。
303、卫星1根据数据包的目的地址，映射关系信息和星历表，确定NID2对应的物理接口为卫星2。
应理解，这里所说的物理接口也即目的卫星。
特别地，如果IP地址中包括的NID在映射表(例如，表2或表3)中找不到时，卫星默认为该NID对应的物理接口为地面站。
304、卫星1通过星间链路(图7中所示的链路1)，将IP数据包发送给卫星2。
相应地，卫星2从卫星1接收IP数据包。
305、卫星2根据IP数据包的目的地址NID2_UE2，查找UE2的入网信息。
根据UE2的入网信息，卫星2知道UE2在自己的网络覆盖范围内。
306、卫星2通过空口(图7中所示的链路2)将IP数据包发送给UE2。
在图6所示的另一个示例中，假设UE1要访问地面的服务器(server)。
401、UE1发送IP数据包到卫星1。
卫星1从UE1接收IP数据包。IP数据包的目的地址为X.x.x.x。
402、卫星1根据数据包的目的地址，映射关系信息和星历表，确定IP数据包的目的地址对应的物理接口。
经过计算之后，卫星1确定目的地址对应的物理接口为默认网关，需要将IP数据包发送到地面站。
403、卫星1通过链路3将IP数据包发送到地面站。
地面站从卫星1接收IP数据包。
404、地面站对IP数据包经过空口处理，获取到目的地址，并根据常规的路由，将IP数据包发送给服务器。
这里，常规的路由是指地面站对数据包进行路由，具体方法可以和现有技术相同，这里不作详述。
下面结合图8，再给出一个卫星对数据包进行路由的过程。
参见图8，图8为本申请提供的处理数据包的方法的另一个示例。
如图8所示，UE1接入卫星1，并获得网络侧为其分配的IP地址NID1_UE1。UE2接入卫星2，并获得网络侧为其分配的IP地址NID2_UE2。
这里，终端设备的IP地址通常是在终端设备接入卫星通信网络时由核心网为其分配的。
经过一段时间t，UE2从卫星2的网络覆盖范围移动到了卫星3的网络覆盖范围。为UE2提供服务的卫星发生了一次切换。
但是，根据上文对NID的定义可知，UE2虽然从卫星2的网络覆盖范围内移动到了卫星3的网络覆盖范围内，但是UE2的IP地址不会改变，依然是NID2_UE2。
假设UE1需要向UE2发送一个IP数据包。
501、UE1通过空口发送IP数据包到卫星1。
相应地，卫星1从UE1接收IP数据包。
502、卫星1对IP数据包经过基带处理，译码成功后，查看IP数据包的目的地址。IP数据包的目的地址为UE2的IP地址NID2_UE2。
503、卫星1根据数据包的目的地址，映射关系信息以及星历表，确定NID2对应的物理接口为卫星2。
504、卫星1通过星间链路(图8中所示的链路1)，将IP数据包发送给卫星2。
相应地，卫星2从卫星1接收IP数据包。
505、卫星2根据IP数据包的目的地址NID2_UE2，查找UE2的入网信息。
根据UE2的入网信息，卫星2知道UE2已经切换到卫星3。于是，卫星2会通过星间链路(图8中所示的链路2)将IP数据包发送至卫星3。
相应地，卫星3从卫星2接收IP数据包。
506、卫星3根据IP数据包目的IP地址，查找UE2的入网信息，确定UE2位于自己的网络覆盖范围内。
507、卫星3通过空口(图8中所示的链路3)将IP数据包发送给UE2。
以上对本申请提供的数据包的路由方法进行了详细说明。
本申请提供的技术方案，通过划分地面、太空和网络空间，实现卫星间的数据包的转发和路由，通过星间链路转发数据，减少了数据包的传输时延，同时减少星地之间的频谱资源。
此外，和传统的路由表的建立和维护相比，本申请中映射关系信息的维护非常简单，只需要初始配置，之后不需要频繁更新，可以减少建立和维护路由表带来的大量的信令交互。
下面对本申请提供的通信装置进行说明。
参见图9所示，图9为本申请提供的通信装置600的示意图。通信装置600包括收发单元610和处理单元620。
收发单元610，用于接收数据包，所述数据包携带有目的设备的IP地址，所述目的设备的IP地址包括网络标识NID；
处理单元620，用于根据所述IP地址包括的NID，映射关系信息和星历表，确定所述NID对应的目的卫星的标识。其中，映射关系信息用于记录NID、地球表面标识EID和太空空间标识SID之间的映射关系；
收发单元610，还用于将所述数据包发送给目的卫星。
可选地，收发单元610也可以由接收单元和/或发送单元代替。
例如，收发单元610在执行接收的步骤时，可以由接收单元代替。收发单元610在执行发送的步骤时，可以由发送单元代替。
在一种实现方式中，通信装置600可以和方法实施例中的第一卫星完全对应。
在这种实现方式中，图9中所示的收发单元610可以为收发器。收发器具有发送和/或接收的功能。收发器也可以由接收器和/或发射器代替。处理单元620可以为处理器。收发器和处理器用于执行各方法实施例中的由第一卫星执行的步骤或处理。
可选地，通信装置600还包括存储器。
例如，收发器接收数据包。处理器根据收发器接收到的数据包携带的目的设备的IP地址、星历表和所述IP地址中包括的NID，确定所述NID对应的目的卫星的标识。收发器将所述数据包发送给目的卫星。
又例如，在第一卫星在第一太空区域(用第一SID标识)运行时，处理器记录第一卫星覆盖的地面区域为第一EID，第一卫星服务的NID为第一NID。其中，第一EID和第一SID对应，第一NID和第一EID对应。当第一卫星从第一太空区域运行至第二太空区域(用第二SID标识)时，处理器将第一卫星覆盖的地面区域修改为第二SID对应的第二EID，将第一卫星服务的第一NID修改为第二NID。其中，第二EID和第二SID对应，第一NID和第一EID对应。
可选地，收发单元610可以为射频装置，处理单元620可以为基带装置。
在另一种实现方式中，通信装置600可以为芯片或者集成电路。在这种实现方式中，图9中所示的收发单元610可以为通信接口。可选地，通信接口可以为输入输出接口或者收发电路。处理单元620可以是一个处理装置。处理装置的功能可以部分或全部通过软件实现。
在一种实现方式中，处理装置的功能可以部分或全部通过软件实现。在这种实现方式中，处理装置可以包括存储器和处理器，其中，存储器用于存储计算机程序，处理器读取并执行存储器中存储的计算机程序，以执行各实施例中由第一卫星内部实现的处理。例如，执行上文描述的由处理单元610执行的处理。
可选地，处理装置可以仅包括处理器，用于存储计算机程序的存储器位于处理装置之外。处理器通过电路/电线与存储器连接，以读取并执行存储器中存储的计算机程序。
在另一种实现方式中，处理装置的功能可以部分或全部通过硬件实现。在这种实现方式中，处理装置包括输入接口电路，逻辑电路和输出接口电路。其中，输入接口电路用于获取数据包携带的IP地址，IP地址包括的NID；逻辑电路用于根据所述NID、映射关系信息和星历表，确定所述NID对应的物理接口；输出接口电路用于输出所述NID对应的物理接口。
可选地，输出接口电路输出物理接口的标识。例如，目的卫星的标识。
可选地，如果逻辑电路在映射关系信息记录的NID中没有找到所述IP地址中携带的NID，则输出地面站的标识。
可选地，通信装置600可以为路由器。
参见图10，图10为本申请提供的网络设备的示意性结构图。网络设备1000可以对应各方法实施例中的卫星。如图10所示，网络设备1000包括天线1101、射频装置1102、基带装置1103。天线1101与射频装置1102连接。在上行方向上，射频装置1102通过天线1101接收来自终端设备的信号，并将接收到的信号发送给基带装置1103进行处理。在下行方向上，基带装置1103生成需要发送给终端设备的信号，并将生成的信号发送给射频装置1102。射频装置1102通过天线1101将该信号发射出去。
基带装置1103可以包括一个或多个处理单元11031。处理单元11031具体可以为处理器。
此外，基带装置1103还可以包括一个或多个存储单元11032以及一个或多个通信接口11033。存储单元11032用于存储计算机程序和/或数据。通信接口11033用于与射频装置1102交互信息。存储单元11032具体可以为存储器，通信接口11033可以为输入输出接口或者收发电路。
可选地，存储单元11032可以是和处理单元11031处于同一芯片上的存储单元，即片内存储单元，也可以是与处理单元处于不同芯片上的存储单元，即片外存储单元。本申请对此不作限定。
在一种实现中，当图9中所示的通信装置600和方法实施例中的第一卫星完全对应时，通信装置600可以通过图10中所示的网络设备1000实现，或者说，第一卫星可以如图10中所示的网络设备1000。例如，图9中所示的通信装置600的收发单元610可以为图10中所示的射频装置1102。处理单元620可以为图10中所示的基带装置1103。
此外，本申请还提供一种卫星通信系统，包括方法实施例中一个或多个第一卫星(也即，卫星1)。
本申请还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被计算机执行时，使得计算机执行任意一个方法实施例中由第一卫星执行的操作和/或处理。
本申请还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序代码，当所述计算机程序代码在计算机上运行时，使得计算机执行任意一个方法实施例中由第一卫星执行的操作和/或处理。
本申请还提供一种芯片，所述芯片包括处理器。用于存储计算机程序的存储器独立于芯片而设置，处理器用于执行存储器中存储的计算机程序，以执行任意一个方法实施例中由第一卫星执行的操作和/或处理。
进一步地，所述芯片还可以包括通信接口。所述通信接口可以是输入/输出接口，输入/输出电路等。进一步地，所述芯片还可以包括所述存储器。
本申请实施例中的处理器可以是集成电路芯片，具有处理信号的能力。在实现过程中，上述方法实施例的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。处理器可以是通用处理器、数字信号处理器(digital signal processor,DSP)、专用集成电路(application specific integrated circuit,ASIC)、现场可编程门阵列(field programmable gate array,FPGA)或其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。本申请实施例公开的方法的步骤可以直接体现为硬件编码处理器执行完成，或者用编码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
本申请实施例中的存储器可以是易失性存储器或非易失性存储器，或可包括易失性和非易失性存储器两者。其中，非易失性存储器可以是只读存储器(read-only memory,ROM)、可编程只读存储器(programmable ROM,PROM)、可擦除可编程只读存储器(erasablePROM，EPROM)、电可擦除可编程只读存储器(electrically EPROM,EEPROM)或闪存。易失性存储器可以是随机存取存储器(random access memory,RAM)，其用作外部高速缓存。通过示例性但不是限制性说明，许多形式的RAM可用，例如静态随机存取存储器(static RAM，SRAM)、动态随机存取存储器(dynamic RAM,DRAM)、同步动态随机存取存储器(synchronousDRAM,SDRAM)、双倍数据速率同步动态随机存取存储器(double data rate SDRAM,DDRSDRAM)、增强型同步动态随机存取存储器(enhanced SDRAM,ESDRAM)、同步连接动态随机存取存储器(synchlink DRAM,SLDRAM)和直接内存总线随机存取存储器(direct rambusRAM,DRRAM)。应注意，本文描述的系统和方法的存储器旨在包括但不限于这些和任意其它适合类型的存储器。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现，具体取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本申请实施例的目的。
另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (14)

1.一种处理数据包的方法，其特征在于，应用于卫星通信系统，所述方法包括：
第一卫星接收数据包，所述数据包携带有目的设备的互联网协议IP地址，所述IP地址包括网络标识NID；
所述第一卫星根据所述NID、映射关系信息和星历表，确定所述NID对应的目的卫星的标识，其中，所述映射关系信息用于记录NID、地球表面标识EID和太空空间标识SID之间的映射关系；
所述第一卫星将所述数据包发送给所述目的卫星。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卫星通信系统的全局网络包含多个IP网络，每个IP网络被分配一个NID，地球表面被划分为多个地面区域，每个地面区域被分配一个地面区域标识EID，每个EID对应一个或多个NID，每个NID唯一对应一个EID，太空空间被划分为多个太空区域，每个太空区域被分配一个太空区域标识SID，每个SID唯一对应一个EID。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，当所述第一卫星在第一SID标识的第一太空区域运行时，所述第一卫星覆盖的地面区域为所述第一SID对应的第一EID所标识的第一地面区域，第一卫星为所述第一EID对应的第一NID的终端设备提供服务；
当所述第一卫星从所述第一太空区域运行至第二SID标识的第二太空区域时，所述第一卫星覆盖的地面区域变为所述第二SID对应的第二EID所标识的第二地面区域，所述第一卫星为所述第二EID对应的第二NID的终端设备提供服务。
4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述目的设备的IP地址是所述目的设备接入所述卫星通信系统时被分配的，所述目的设备接入所述卫星通信系统时位于第三地面区域，所述IP地址中包含的NID和所述第三地面区域对应。
5.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述第一卫星根据所述NID、映射关系信息和星历表，确定所述NID对应的目的卫星的标识，包括：
所述第一卫星根据所述NID和所述映射关系信息，确定所述NID对应的EID，并确定所述EID对应的SID；
所述第一卫星根据所述星历表和所述SID，确定所述目的卫星的标识。
6.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于，所述映射关系信息记录在第一映射关系表中，所述第一映射关系表的表项包括NID、EID和SID，或者，
所述映射关系信息记录在第二映射关系表和第三映射关系表中，其中，所述第二映射关系表的表项包括NID和EID，所述第三映射关系表的表项包括EID和SID。
7.一种处理数据包的装置，其特征在于，包括：
收发单元，用于接收数据包，所述数据包携带有目的设备的互联网协议IP地址，所述IP地址包括网络标识NID；
处理单元，用于根据所述NID、映射关系信息和星历表，确定所述NID对应的目的卫星的标识，其中，所述映射关系信息用于记录NID、地球表面标识EID和太空空间标识SID之间的映射关系；
所述收发单元，还用于将所述数据包发送给所述目的卫星。
8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，卫星通信系统的全局网络包含多个IP网络，每个IP网络被分配一个NID，地球表面被划分为多个地面区域，每个地面区域被分配一个地面区域标识EID，每个EID对应一个或多个NID，每个NID唯一对应一个EID，太空空间被划分为多个太空区域，每个太空区域被分配一个太空区域标识SID，每个SID唯一对应一个EID。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述处理单元还用于：
当确定所述装置在第一SID标识的第一太空区域运行时，记录所述装置覆盖的地面区域为所述第一SID对应的第一EID所标识的第一地面区域，并为所述第一EID对应的第一NID的终端设备提供服务；
当确定所述装置从所述第一太空区域运行至第二SID标识的第二太空区域时，将所述装置覆盖的地面区域修改为所述第二SID对应的第二EID所标识的第二地面区域，并为所述第二EID对应的第二NID的终端设备提供服务。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述目的设备的IP地址是所述目的设备接入所述卫星通信系统时被分配的，所述目的设备接入所述卫星通信系统时位于第三地面区域，所述IP地址中包含的NID和所述第三地面区域对应。
11.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述处理单元具体用于：
根据所述NID和所述映射关系信息，确定所述NID对应的EID，并确定所述EID对应的SID；
根据所述星历表和所述SID，确定所述目的卫星的标识。
12.根据权利要求8或9所述的装置，其特征在于，所述装置还包括：
存储单元，用于存储所述映射关系信息，
其中，所述映射关系信息记录在第一映射关系表中，所述第一映射关系表的表项包括NID、EID和SID，或者，
所述映射关系信息记录在第二映射关系表和第三映射关系表中，其中，所述第二映射关系表的表项包括NID和EID，所述第三映射关系表的表项包括EID和SID。
13.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，当所述计算机程序在计算机上执行时，使得计算机执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。
14.一种芯片，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储计算机程序，所述处理器用于读取并执行所述存储器中存储器的所述计算机程序，以执行如权利要求1-6中任一项所述的方法。
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