[发明专利]一种GEO卫星物联网鉴权方法和系统

说明书

本发明涉及通信技术领域，公开了一种GEO卫星物联网鉴权方法和系统，包括：终端在接入卫星网络前，根据系统广播消息获取接入信道的频点信息；终端在接入信道上发起随机接入前，根据待发送时帧号预估经卫星转发后地面站接收到的帧号等信息产生随机数，并调用终端中的SIM卡获取鉴权数据，然后将终端的IMSI和鉴权数据通过随机接入发送给卫星；卫星地面站收到随机接入后根据接收帧号和时间可生成与终端同样的随机数，然后将IMSI、随机数和鉴权数据按照与终端同样的算法完成鉴权；鉴权通过后卫星地面站向终端发送接入许可，完成终端的入网过程。本发明充分考虑了卫星的长时延场景，设计了精简信令交互的方案，节省了物联网终端的功耗并提高了系统的接入容量。

技术领域

本发明涉及通信技术领域，特别涉及一种GEO卫星物联网鉴权方法和系统实现。

背景技术

GEO卫星(地球静止轨道卫星)位于赤道上空3万公里处，与地球相对静止，具有波束覆盖面积广的特点，能够在野外、海洋等地面移动通信系统无法覆盖的区域提供通信能力。同时，GEO卫星存在通信时延长、信道衰减大的缺点。

目前商用的GEO卫星移动通信系统，如海事卫星系统、天通一号卫星系统，均采用了类似地面移动通信系统的通信协议流程，尤其在入网注册、鉴权认证、业务信令等方面，卫星终端与卫星网络的流程交互均符合3GPP标准中关于鉴权机制的相关规范。

在3GPP标准的鉴权流程过程中，终端在进行鉴权过程前，首先在公共信道上发起随机接入，然后与网络侧建立RRC连接，并由网络侧发起鉴权请求，终端回复鉴权响应，收发的信令条数比较多。具体如图4所示，普通卫星终端的位置更新流程中，终端首先要通过系统广播中的公共信道发起随机接入，与卫星网络建立专有信道的RRC连接，然后在RRC连接上发起位置更新流程，再由卫星地面站首先发起鉴权请求，卫星终端收到鉴权请求后对网络进行鉴权并生成鉴权响应数据，再由终端回复鉴权响应，实现卫星网络对终端的鉴权。

由于卫星信道距离远衰减大，卫星终端在与卫星的通信过程中，发射无线信号时开启的射频功率放大器占据了终端主要的工作功耗。卫星物联网终端的应用场景主要面对无人值守的周期性或突发性数据采集需求，相对于手持卫星终端、便携或车载、船载卫星终端，物联网终端对功耗更敏感。

发明内容

基于上述背景，常规的鉴权流程无法满足卫星物联网终端低功耗的需求，因此本发明所要解决的技术问题是提供一种适用于卫星物联网系统的鉴权方法和系统，通过优化鉴权交互流程，实现终端在鉴权时节省终端功耗。

本发明采用的技术方案为：

一种GEO卫星物联网鉴权方法，包括以下步骤：

(1)卫星物联网终端在接入系统前，获取系统广播消息中的物理帧号和公共接入信道配置信息，并通过定位功能获取标准时间信息T；

(2)卫星物联网终端根据待发送的帧号Fn_TX计算出经过卫星转发后卫星地面站接收到接入信息时的物理帧号Fn_RX；

(3)卫星物联网终端读取SIM卡中的IMSI信息，将IMSI、Fn_RX和T生成随机数RAND，并利用SIM卡将RAND信息和SIM卡存储的秘钥生成鉴权响应RES；

(4)卫星物联网终端将IMSI信息和鉴权响应RES作为随机接入信息，在公共接入信道的帧号Fn_TX上发起随机接入；

(5)卫星地面站收到由卫星转发的终端的随机接入请求后，生成与终端侧相同的随机数RAND，并通过IMSI信息找到与卫星物联网终端对应的秘钥生成鉴权响应XRES，判断鉴权响应XRES与RES是否一致，如果一致，则向物联网终端发送接入许可。

其中，步骤(5)中生成鉴权响应XRES的具体实现方式为：