CN101447946B - 一种基于安全代理的卫星网动态路由服务质量保护方法 - Google Patents

Abstract

一种基于安全代理的卫星网动态路由服务质量保护方法主要用于解决基于安全Agent的卫星网络链路失效时QoS业务流的路由重建问题。该保护方法中保护链路和节点的路径并不需要进行全路径的重新选择，而只是进行路由的部分更新，在不变链路的卫星节点维护一个原路径映射表不变，在业务路径失效的部分重建路径；在网络发生故障同时，网间代理可以计时将信息反馈给链路节点，使其暂停发送业务数据流，避免数据包的丢失，重建路由成功后再继续发送数据包，对所建路径不断进行维护和更新，路由信息的获取应当及时，很好的实现了对Qos路由的保护。

Description

一种基于安全代理的卫星网动态路由服务质量保护方法 

技术领域：

本发明是一种基于安全代理的卫星网动态路由的服务质量保护方法，主要用于解决基于安全代理的卫星网络发生链路失效时的路由重建问题，属于网络生存性技术领域。 

背景技术

卫星网的路由算法、协议不仅要高效可靠运行，而且要能够提供较好的QoS(Quality ofService，服务质量)和安全保证。传统的路由交换技术不能提供卫星网络在可靠性、安全性以及星上条件等方面的特殊性需要；也不能够在路由交换设备功率、重量等受严格限制以及网络拓扑结构不断变化的情况下提供QoS保障机制，更不具备在网络结构受到严重破坏的情况下能够迅速自我重组网络的能力。目前对地面网络的各种技术，如安全保障、QoS保障、拥塞控制，已经研究的相当成功了。卫星网和地面网有很多不同，地面网的各种技术并不能简单套用到卫星网中，而卫星网中这些问题的解决恰恰都是目前研究的空白。 

智能移动Agent(代理)是近年来提出的新的分布式计算模式。国内外的智能移动Agent平台有Aglets SDK(IBM)、Concordia(Mitsubishi)、Voyager(ObjectSpace)、Odyssey(General Magic)、Jumping Beans(AdAstra)和Grasshopper(IKV)等，它们在性能、对网络产生的流量和健壮性、安全性等方面存在许多局限性。还必须考虑智能移动Agent平台的整体功能和特征。某些智能移动Agent必须具有实时性，以满足应用的QoS。国内对国外智能移动Agent、多元Agents的研究和应用进行了积极的跟踪，对智能移动Agent的体系框架、平台和应用也展开了一些研究，在网络管理、信息检索和计算机协同计算等方面取得了初步的成果，相应的研究还在继续深入进行。目前已有很多基于地面网络保护机制被提出，但由于基于卫星网络与地面网络不同，它的网络拓扑不停而有规律地变化，那些地面网络的保护机制并不能很好地应用到基于Agent的卫星网络中，其中具有代表性的基于地面网络的保护机制主要有： 

路径保护：为整段业务路径进行保护，建立一条和业务路径并行的备份路径，这条备份路径平时不承载任何业务，只在主链路失效时，入口路由器把流量切换到该路径。 

局部保护：为每个链路和节点进行单独的保护，在建立路由时，每个节点负责为每条链路或节点计算备份路径。平常备份路径不传输数据，只有在发生故障时，立即被其直接上游路由器检测到，然后在该路由器上把流量立即切换到该备份路径。 

反向备份：建立业务路径的正向和反向两条备份路径，当受保护的业务路径发生故障时，将流量由一条反向备份路径传至入口节点，再由正向备份路径完成保护，正、反向备份路径应实现资源预留。 

综合保护：同时采用多种保护策略，根据QoS需求的不同，应用不同的保护策略。 

发明内容

技术问题：本发明的目的是提供一种基于安全代理的卫星网动态路由服务质量保护方法，通过使用本发明提出的方法可以在尽量节约卫星网络资源和保护Qos业务流前提下，在卫星网链路发生失效后快速重建一条新的路由。 

技术方案：本发明的一种基于安全代理的卫星网动态路由服务质量保护方法中，保护链路和节点的路径并不需要进行全路径的重新选择，而只是进行路由的部分更新，在不变链路的卫星节点维护一个原路径映射表不变，在业务路径失效的部分重建路径；在网络发生故障同时，网间代理可以及时将信息反馈给链路节点，使其暂停发送业务数据流，避免数据包的丢失，重建路由成功后再继续发送数据包，对所建路径不断进行维护和更新，路由信息的获取应当及时，路由信息获取步骤如下： 

步骤1：卫星网络第一次运用基于代理的动态路由选择算法建立一条路径，各个节点建立并维护一张路由表，同时每条链路的后向节点会发送一个网间代理驻留在链路上以监测链路； 

步骤2：网间代理存储着该链路允许的最大传输时延和最大传输负载，相应各设置一个阈值，并在整个连接期间监视链路的服务质量参数； 

步骤3：卫星网拓扑不断变化，一旦所监视的链路服务质量参数超过相应阈值，即链路拥塞或发生切换而使链路失效，需要链路上网间代理与两端卫星节点上的服务代理之间进行信息交互，以使两端卫星节点及时有效获取相关链路信息，避免数据包的丢失，同时可及时重建一条新的路由。 

步骤3中，需要链路上网间代理与两端卫星节点上的服务代理之间进行信息交互，以使两端卫星节点及时有效获取相关链路信息，避免数据包的丢失，同时可及时重建一条新的路由；其中，信息交互及路由重建步骤如下： 

步骤21：发生失效链路上的网间代理与两端节点的节点进行通信，把链路失效信息交互给两个节点上的服务代理，两个服务代理根据接收到的信息保留一个相同的断点信息，同时暂停发送数据包； 

步骤22：失效链路的后向节点开始发送一移动代理在节点间探测新的路由，该移动代理携带有相应断点信息，前向移动代理迁移过程中，并将其在卫星节点间经历的路径和时延压入自身堆栈； 

步骤23：服务代理和移动代理进行直接的消息通信，每一个路由移动代理将保存它所经历的每个路由节点中的服务代理的地址，当移动代理探测某节点服务代理含有同样断点信息时，则认为到达了目的节点； 

步骤24：前向移动代理生成后向移动代理，后向移动代理将前向移动代理的迁移路径、时延压入堆栈后按前向移动代理的迁移路径迁移移动代理将对其自身堆栈进行处理，然后根据堆栈的数据，对行程所经过的各个节点的服务代理发送更新消息，然后此移动代理死亡，所发送的消息数据包中包含着用于更新各节点路由表和流量模型表的最新数据，并且拥有比一般数据包更高的优先级，能保证尽快地到达各节点； 

步骤25：原路由新增节点根据更新信息更新自身路由表和流量模型表等信息，其余节点维持原信息不变，至此路由重建完成，新建路由最接近于原路由，认为是新建最佳路径。 

有益效果：本发明的目的是提供一种QoS路由的基于安全Agent卫星网的保护机制，来解决基于安全Agent的卫星网络QoS路由失效时的路径重建问题。通过使用本发明提出的方法可以在卫星网络通信过程中，在拓扑变化和数据流拥塞引起的路由失效发生时能够快速重建一条新的路径，该新建路径所经节点近似于切换前路径，而只是在发生切换的位置出现变化，路径上新增节点需重建路由表，其它节点的路由表可维持不变，这样，一方面，有效节约了因重新计算新的路由所浪费的星上资源，另一方面，快速有效的重建新的最佳路由实现数据传输的Qos保护。 

简易性：实行“分布式”的管理，每颗卫星的工作量比较小，对基于安全Agent卫星网络中卫星的星载处理能力的要求不高。 

高效性：在节点和链路发生故切换的同时，发生切换的链路上的网间Agent已监测到切换信息，同时链路的后向节点开始发送路由移动Agent开始探测新的路由并重新建立路由表，其余未发生切换的节点维持现状不变，即新建路由只是发生了部分更新，且新建路由近似原路径为最佳路径，体现很好的效率和质量。 

提高卫星网络资源的利用率：新建路由只是发生在切换节点之间，其它节点路径维持不变，节约了因大量节点重选路由而浪费的卫星网络的带宽资源，降低宽带资源的利用量。 

可扩展性：该保护策略适应卫星星座或卫星节点数目的改变，并可扩展到基于安全Agent的多层卫星网络体系结构。 

附图说明

图1是基于安全Agent卫星网动态路由的QoS保护策略总体结构图， 

图2是基于Agent的卫星网各个模块工作模型， 

图3是链路失效及路由重建的示意图， 

图4是网间Agent监听链路Qos参数原理图， 

图5是三种Agent的通信方式流程图。 

具体实施方式

本发明的方法是通过卫星链路间的网间Agent实时监听整个路径通断状况和拥塞状况，一旦卫星节点和链路发生切换或发生拥塞，网间Agent就能迅速监测到此问题并通过与前向和后向相邻节点进行信息交互，快速重建一条新最优路径。本发明的保护策略包括星间切换、星地切换、拥塞控制三个方面的路由重建问题。通过网间Agent监测网络资源动态以及链路的失效情况，现有路径的每两个卫星节点间都存在一个网间Agent，用来监测链路的切换信息及拥塞状况，网间Agent和前后相邻节点可以进行信息交互，一旦有链路发生切换或发生拥塞而使原有路由失效，则相邻两节点可迅速获此消息，并各自保留一断点信息，后向节点则发送一前向路由移动Agent向切换后的相邻节点，前向移动Agent携带此断点信息，在迁移过程中，将其在卫星节点间经历的路径和时延压入自身堆栈，当此移动Agent探测到某节点有断点信息时前向移动Agent生成后向移动Agent，后向移动Agent将前向移动Agent的迁移路径、时延压入堆栈后按前向移动Agent的迁移路径迁移直到原后向节点，则认为此重建路由为最接近原路由的最佳路由；同理，当某一链路发生拥塞时，亦可以用此策略快速重建一条最佳路径。该策略执行流程如下： 

1).某一时刻，假定卫星网已通过原有动态路由算法建立一最佳路由，由于卫星网的不 断运动和拓扑的不断变化，所以会导致以下两种切换问题： 

一方面，LEO卫星处于高速运动中，其覆盖区域在地球表面也在快速地移动，这就导致在一个连接过程中，用户终端可能不断地从一颗LEO卫星切换到另外一颗LEO卫星，即所谓的user-to-sat切换； 

另一方面，一个多跳连接可能经过多条ISL，卫星的运动可能导致其中某一或某几条ISL不可用(比如，卫星移动到高纬度地区)，从而导致卫星到卫星的切换，即所谓的sat-to-sat切换。 

2).不管是user-to-sat切换还是sat-to-sat切换，都使得已经建立的路由不可用，必须重建一条路由。同时若链路流量过大而导致拥塞。也会使已有路径失效，节点链路间存在网间Agent实时监听链路失效状况，假设m和n两节点(m为后向节点，n为前向节点)间链路发生失效，则其网间Agent迅速获取此信息并与m和n进行信息交互，m和n各自保存一断点信息。 

3).此时m向切换后相邻节点发出一前向移动Agent，此Agent携带此断点信息，在迁移过程中，此移动Agent将其在卫星节点间经历的路径和时延压入自身堆栈并与各个节点进行信息交互，信息交互是与节点自身的服务Agent进行的。 

4).当此移动Agent探测到某节点(即n节点)有同样断点信息时即认为到达目的节点，前向移动Agent生成后向移动Agent，后向移动Agent将前向移动Agent的迁移路径、时延压入堆栈后按前向移动Agent的迁移路径迁移直到原后向节点，所经节点通过更新信息重建路由表，其余节点维持不变，则认为此重建路由为最接近原路由的最佳路由。 

一、体系结构 

基于安全Agent的卫星网动态路由的QoS保护策略是在网络发生失效时能原路径只是进行了部分更新，提高了卫星网络带宽资源的利用率，而且还能动态地改变链路和节点的保护力度。其中，路由信息获取模块，通信管理模块，路由信息继承模块，路径更新模块是实现本发明方法的主要功能部件，下面就对几个具体部分给出说明： 

路由信息获取模块：在该模块中，我们定义基于移动Agent的卫星网路由算法，各卫星节点，根据需要发送一个指定寿命(迁移的节点数)的前向移动Agent在卫星节点间迁移进行路由探测，前向移动Agent迁移过程中，将其在卫星节点间经历的路径和时延压入自身堆栈。当前向移动Agent到达其最大寿命或没有迁移路由时，前向移动Agent生成后向移动Agent，后向移动Agent将前向移动Agent的迁移路径、时延压入堆栈后按前向移动Agent的迁移路径迁移； 

通信管理模块：通过此模块管理各个Agent之间的通信，其中包括驻留在节点的服务Agent、探测路由的移动Agent和驻留在链路间的网间Agent。网间Agent实时监听链路情况并与服务Agent进行通信，由此决定节点何时发送一移动Agent探测新的路由，当此移动Agent到达目的节点后，它将根据收集到的信息通知节点修改路由表和距离统计模型；服务Agent和移动Agent进行直接的消息通信，每一个路由移动Agent将保存它所经历的每个路由节点中的服务Agent的地址，当它到达目的节点后，发送反向移动Agent将所收集到的路由信息发送给所经节点的服务Agent。 

路径更新模块：在更新模块中，使用的是局部更新方法。只是在发生切换的节点链路上进行路由更新，其余节点保持不变，使生成后的新建路径近似于原路径，可以认为是新的最佳路径。 

二、方法流程 

在初始阶段，源端卫星节点发送一个指定寿命的前向移动Agent在卫星节点间迁移进行路由探测，按照动态路由算法建立一条最佳路径进行通信，在已有路径上某个节点发生切换时或发生拥塞时，必然会导致某条链路不可用而失效，驻留在链路上的网间Agent实时监听链路，一旦监听到链路失效，则与链路的两个节点的服务Agent进行通信，进入通信管理模块。处理流程如下： 

1).网间Agent存储链路的允许最大传输时延和最大传输负载量，并各设置一个阀值，网间Agent并处于实时监听状态； 

2).卫星网拓扑不断变化，导致节点切换而使路径失效，当链路的传输时延或负载量超过网间Agent所设阀值时，则认为该链路不可用； 

3).此时，网间Agent则与该链路两端节点进行信息交互，通知两端节点该链路不可用，需重新选择路由； 

链路不可用，相应节点开始重新选择路由，不同角色的Agent进行通信协调工作，以快速重建最佳路由，具体流程如下： 

1).网间Agent监测到链路符合相应要求而不再可用，则与两端节点上的服务Agent进行通信，两端节点的服务Agent各自保留一个相同断点信息； 

2).同时，后向节点开始发送一个前向移动Agent在节点间进行路由探测，该移动Agent携带有相应断点信息，前向移动Agent迁移过程中，并将其在卫星节点间经历的路径和时延压入自身堆栈。 

3).服务Agent和移动Agent进行直接的消息通信，每一个路由移动Agent将保存它所经历的每个路由节点中的服务Agent的地址，当移动Agent探测某节点服务Agent含有同样断点信息时，则认为到达了目的节点； 

4).前向移动Agent生成后向移动Agent，后向移动Agent将前向移动Agent的迁移路径、时延压入堆栈后按前向移动Agent的迁移路径迁移，同时启动更新模块； 

5).移动Agent将对其自身堆栈进行处理，然后根据堆栈的数据，对行程所经过的各个节点的服务代理发送更新消息，然后此移动代理死亡.所发送的消息数据包中包含着用于更新各节点路由表和流量模型表的最新数据，并且拥有比一般数据包更高的优先级，能保证尽快地到达各节点. 

6).所经节点根据更新消息更新节点路由表和流量模型表，原路径上的其它节点保持信息不变，新建路由被认为是最接近原路由的最佳路由。 

Claims (1)

1.一种基于安全代理的卫星网动态路由服务质量保护方法，其特征在于该保护方法中保护链路和节点的路径并不需要进行全路径的重新选择，而只是进行路由的部分更新，在不变链路的卫星节点维护一个原路径映射表不变，在业务路径失效的部分重建路径；在网络发生故障同时，网间代理可以及时将信息反馈给链路节点，使其暂停发送业务数据流，避免数据包的丢失，重建路由成功后再继续发送数据包，对所建路径不断进行维护和更新，路由信息的获取应当及时，路由信息获取步骤如下：

步骤1：卫星网络第一次运用基于代理的动态路由选择算法建立一条路径，各个节点建立并维护一张路由表，同时每条链路的后向节点会发送一个网间代理驻留在链路上以监测链路；

步骤2：网间代理存储着该链路允许的最大传输时延和最大传输负载，相应各设置一个阈值，并在整个连接期间监视链路的服务质量参数；

步骤3：卫星网拓扑不断变化，一旦所监视的链路服务质量参数超过相应阈值，即链路拥塞或发生切换而使链路失效，需要链路上网间代理与两端卫星节点上的服务代理之间进行信息交互，以使两端卫星节点及时有效获取相关链路信息，避免数据包的丢失，同时可及时重建一条新的路由；

步骤3中，需要链路上网间代理与两端卫星节点上的服务代理之间进行信息交互，以使两端卫星节点及时有效获取相关链路信息，避免数据包的丢失，同时可及时重建一条新的路由；其中，信息交互及路由重建步骤如下：

步骤21：发生失效链路上的网间代理与两端节点的节点进行通信，把链路失效信息交互给两个节点上的服务代理，两个服务代理根据接收到的信息保留一个相同的断点信息，同时暂停发送数据包；

步骤22：失效链路的后向节点开始发送一移动代理在节点间探测新的路由，该移动代理携带有相应断点信息，前向移动代理迁移过程中，并将其在卫星节点间经历的路径和时延压入自身堆栈；

步骤23：服务代理和移动代理进行直接的消息通信，每一个路由移动代理将保存它所经历的每个路由节点中的服务代理的地址，当移动代理探测某节点服务代理含有同样断点信息时，则认为到达了目的节点；

步骤24：前向移动代理生成后向移动代理，后向移动代理将前向移动代理的迁移路径、时延压入堆栈后，按前向移动代理的迁移路径迁移移动代理，并对其自身堆栈进行处理，然后根据堆栈的数据，对行程所经过的各个节点的服务代理发送更新消息，后向移动代理死亡，所发送的消息数据包中包含着用于更新各节点路由表和流量模型表的最新数据，并且拥有比一般数据包更高的优先级，能保证尽快地到达各节点；

步骤25：原路由新增节点根据更新信息更新自身路由表和流量模型表信息，其余节点维持原信息不变，至此路由重建完成，新建路由最接近于原路由，认为是新建最佳路径。

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