CN106788681A - 一种信息转发方法及天基信息网络系统 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种信息转发方法及天基信息网络系统，该方法中，第一目标卫星在自身不满足预设转发条件时，将终端设备发送的数据包发送至自身所在卫星子网中的第一集中控制器；第一集中控制器接收数据包，判断是否存在满足预设转发条件的第二目标卫星，如果是，将数据包发送至第二目标卫星，以使第二目标卫星将数据包发送至作为目的方的终端设备，如果否，将数据包发送至目标次级全局控制器；目标次级全局控制器接收数据包，在判断存在满足预设转发条件第三目标卫星时，将数据包发送至第三目标卫星所在的卫星子网中的第二集中控制器，以使第二集中控制器将数据包通过第三目标卫星发送至作为目的方的终端设备。通过本发明减少了卫星的成本。

Description

一种信息转发方法及天基信息网络系统

技术领域

本发明涉及卫星网络技术领域，特别是涉及一种信息转发方法及天基信息网络系统。

背景技术

现有的天基信息网络系统包括多个卫星子网，每个卫星子网包括多颗卫星，当卫星子网中的某一个卫星接收到终端设备发送的数据包时，该卫星在自身不满足预设转发条件的情况下，确定可用于转发该数据包的卫星，将该数据包发送至所确定的卫星，并控制所确定的卫星转发该数据包至对应的终端设备。

由于上述信息转发的方式为卫星控制并进行数据包的转发即控制功能与数据转发功能均集中于卫星中，这对每一颗卫星的处理能力要求较高，使得每一颗卫星的成本较高。

因此，如何减少卫星的成本是亟需结果的问题。

发明内容

本发明实施例的目的在于提供一种信息转发方法及天基信息网络系统，以减少卫星的成本。具体技术方案如下：

一种天基信息网络系统，所述系统包括：多个卫星子网和多个次级全局控制器，每个卫星子网至少包括多颗卫星和一个集中控制器，每个卫星子网中的集中控制器与所在卫星子网中的各颗卫星通信连接，每个次级全局控制器与一个或多个集中控制器通信连接；

每个卫星子网中的卫星，用于当接收到任一终端设备发送的数据包时，判断自身是否满足预设转发条件，当判断结果为否时，将由终端设备发送的该数据包发送至自身所在卫星子网中的集中控制器；并且，当接收到所在卫星子网中的集中控制器发送的数据包时，将由集中控制器发送的该数据包转发至作为目的方的终端设备；

每个卫星子网中的集中控制器，用于当接收到所在卫星子网中的任一卫星发送的数据包时，根据自身存储的所在卫星子网的卫星信息，判断自身所在卫星子网中是否存在满足所述预设转发条件的卫星，如果存在，将由卫星发送的该数据包发送至自身判断出的满足所述预设转发条件的卫星，如果不存在，将由卫星发送的该数据包发送至与自身通信连接的次级全局控制器；并且，当接收到与自身通信连接的次级全局控制器发送的数据包时，将由次级全局控制器发送的该数据包发送至符合所述预设转发条件的卫星；

每个次级全局控制器，用于当接收到与自身通信连接的任一集中控制器发送的数据包时，根据自身存储的各卫星子网的卫星信息，判断是否存在满足所述预设转发条件的卫星，如果存在，将由集中控制器发送的该数据包，发送至自身判断出的满足所述预设转发条件的卫星所在卫星子网中的集中控制器。

可选的，每个卫星子网还包括多个直连控制器，每个直连控制器与所在卫星子网中的一或多颗卫星通信连接，每个卫星子网中的集中控制器与所在卫星子网中的各个直连控制器通信连接；

所述每个卫星子网中的卫星将由终端设备发送的该数据包发送至自身所在卫星子网中的集中控制器，具体为：

判断自身是否部署有局部控制器；

如果已部署，判断自身部署的局部控制器是否为自身所在卫星子网中的集中控制器，当判断结果为否时，通过自身部署的局部控制器将由终端设备发送的该数据包发送至自身所在卫星子网中的集中控制器，当判断结果为是时，将由终端设备发送的该数据包发送至自身部署的局部控制器；

如果未部署，将由终端设备发送的该数据包发送至与自身通信连接的直连控制器；

相应的，每个卫星子网中的直连控制器，用于当接收到所在卫星子网中与自身通信连接的任一卫星发送的数据包时，将由卫星发送的该数据包发送至所在卫星子网中的集中控制器；

相应的，每个卫星子网中的集中控制器，还用于当接收到所在卫星子网中的任一直连控制器发送的数据包时，将由直连控制器发送的该数据包发送至符合所述预设转发条件的卫星；并且还用于当接收到所在卫星子网中的任一局部控制器发送的数据包时，将由局部控制器发送的该数据包发送至符合所述预设转发条件的卫星。

可选的，所述每个卫星子网中的集中控制器，将由卫星发送的该数据包发送至自身判断出的满足所述预设转发条件的卫星，具体为：

根据自身存储的所在卫星子网的卫星信息，查找到自身所在卫星子网中与自身判断出的满足所述预设转发条件的卫星通信连接的直连控制器，将由卫星发送的该数据包发送至所查找到的直连控制器；

相应的，每个卫星子网中的直连控制器，还用于当接收到所在卫星子网中的集中控制器发送的数据包时，将由集中控制器发送的该数据包发送至与自身通信连接的符合所述预设转发条件的卫星。

可选的，所述每个次级全局控制器将由集中控制器发送的该数据包，发送至自身判断出的满足所述预设转发条件的卫星所在卫星子网中的集中控制器，具体为：

根据自身存储的各卫星子网的卫星信息，查找到自身判断出的满足所述预设转发条件的卫星所在的卫星子网，将由集中控制器发送的该数据包，发送至所查找到的卫星子网的集中控制器。

可选的，每个卫星子网中的每个直连控制器与所在卫星子网中通信连接的卫星之间使用的南向接口协议的包头包括空间航天通信CCSDS协议。

可选的，所述系统还包括一个顶级全局控制器，所述顶级全局控制器分别与每个次级全局控制器和每个卫星子网中的集中控制器通信连接；

所述顶级全局控制器，用于发送卫星控制信息和/或卫星更新数据至每个次级全局控制器及每个卫星子网中的集中控制器。

一种信息转发方法，应用于天基信息网络系统，所述系统包括：多个卫星子网和多个次级全局控制器，每个卫星子网至少包括多颗卫星和一个集中控制器，每个卫星子网中的集中控制器与所在卫星子网中的各颗卫星通信连接，每个次级全局控制器与一个或多个集中控制器通信连接，所述方法包括：

第一目标卫星接收终端设备发送的数据包，判断自身是否满足预设转发条件，当判断结果为否时，将所述数据包发送至自身所在卫星子网中的第一集中控制器，其中，所述第一目标卫星为任一卫星；

所述第一集中控制器接收所述数据包，根据自身存储的所在卫星子网的卫星信息，判断自身所在卫星子网中是否存在满足所述预设转发条件的第二目标卫星，如果存在，将所述数据包发送至所存在的第二目标卫星，以使所述第二目标卫星将所述数据包发送至作为目的方的终端设备，如果不存在，将所述数据包发送至与自身通信连接的目标次级全局控制器；

所述目标次级全局控制器接收所述数据包，根据自身存储的各卫星子网的卫星信息，判断是否存在满足所述预设转发条件的第三目标卫星，如果存在，将所述数据包发送至所存在的第三目标卫星所在的卫星子网中的第二集中控制器，以使所述第二集中控制器将所述数据包通过所述第三目标卫星发送至作为目的方的终端设备。

可选的，每个卫星子网还包括多个直连控制器，每个直连控制器与所在卫星子网中的一或多颗卫星通信连接，每个卫星子网中的集中控制器与所在卫星子网中的各个直连控制器通信连接；

所述将所述数据包发送至自身所在卫星子网中的第一集中控制器的步骤，包括：

判断自身是否部署有局部控制器；

如果已部署，确定自身部署的局部控制器是否为自身所在卫星子网中的第一集中控制器，如果不为所述第一集中控制器，通过自身部署的所述局部控制器将所述数据包发送至所述第一集中控制器，如果为所述第一集中控制器，将所述数据包发送至自身部署的所述局部控制器；

如果未部署，将所述数据包发送至与自身通信连接的第一直连控制器，以使所述第一直连控制器将所述数据包发送至所述第一集中控制器。

可选的，所述将所述数据包发送至所存在的第二目标卫星的步骤，包括：

根据自身存储的所在卫星子网的卫星信息，查找到与所述第二目标卫星通信连接的第二直连控制器；

将所述数据包发送至所述第二直连控制器，以使所述第二直连控制器将所述数据包发送至所述第二目标卫星。

可选的，所述将所述数据包发送至所存在的第三目标卫星所在的卫星子网中的第二集中控制器的步骤，包括：

根据自身存储的各卫星子网的信息，查找到所述第三目标卫星所在的第二卫星子网；

将所述数据包发送至所述第二卫星子网的第二集中控制器。

本发明实施例中，通过天基信息网络系统中的集中控制器或次级全局控制器控制卫星进行数据包的转发，即次级全局控制器和集中控制器实现控制功能，卫星实现数据转发功能，由此，控制功能和数据转发功能不再均集中于卫星中，由此，降低了对每一颗卫星的处理能力的要求，减少了卫星的成本。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的天基信息网络系统的第一种结构示意图；

图2为本发明实施例提供的天基信息网络系统的第二种结构示意图；

图3为改进后的流表项的包头域的结构示意图；

图4为本发明实施例提供的天基信息网络系统的第三种结构示意图；

图5为本发明实施例提供的天基信息网络系统的第四种结构示意图；

图6为本发明实施例提供的一种信息转发方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

为了解决现有技术问题，本发明实施例提供了一种信息转发方法及天基信息网络系统。

下面首先对本发明实施例所提供的天基信息网络系统进行介绍。

天基信息网络系统是一个具有自主信息获取、信息传输、信息分发及时空服务等多功能的综合信息系统，本质上是一种可实现全球信息网络一体化的系统，因此，天基信息网络系统可为全球范围内的气象、资源勘探、深空探测和通信广播等方面提供全方位和多层次的一体化服务。

如图1所示，天基信息网络系统可以包括：多个卫星子网101和多个次级全局控制器102，每个卫星子网101至少包括多颗卫星1011和一个集中控制器1012，每个卫星子网101中的集中控制器1012与所在卫星子网中的各颗卫星1011通信连接，每个次级全局控制器102与一个或多个集中控制器1012通信连接；

每个卫星子网101中的卫星1011，用于当接收到任一终端设备发送的数据包时，判断自身是否满足预设转发条件，当判断结果为否时，将由终端设备发送的该数据包发送至自身所在卫星子网101中的集中控制器1012；并且，当接收到所在卫星子网101中的集中控制器1012发送的数据包时，将由集中控制器1012发送的该数据包转发至作为目的方的终端设备；

每个卫星子网中的集中控制器1012，用于当接收到所在卫星子网101中的任一卫星1011发送的数据包时，根据自身存储的所在卫星子网101的卫星信息，判断自身所在卫星子网101中是否存在满足预设转发条件的卫星1011，如果存在，将由卫星1011发送的该数据包发送至自身判断出的满足预设转发条件的卫星1011，如果不存在，将由卫星1011发送的该数据包发送至与自身通信连接的次级全局控制器102；并且，当接收到与自身通信连接的次级全局控制器102发送的数据包时，将由次级全局控制器102发送的该数据包发送至符合预设转发条件的卫星1011；

每个次级全局控制器102，用于当接收到与自身通信连接的的任一集中控制器1012发送的数据包时，根据自身存储的各卫星子网101的卫星信息，判断是否存在满足预设转发条件的卫星1011，如果存在，将由集中控制器1012发送的该数据包，发送至自身判断出的满足预设转发条件的卫星1011所在卫星子网101中的集中控制器1012。

实际应用中，天基信息网络系统中的每个卫星子网101可以用于处理不同类型的信息，例如：天基信息网络系统包括2个卫星子网101，一个卫星子网101用于处理探测类型的信息，另一个卫星子网101用于处理通信类型的信息。

次级全局控制器102覆盖所有集中控制器1012，例如：天基信息网络系统包括3个卫星子网101和2个次级全局控制器102，每个卫星子网101包括一个集中控制器1012，则一个次级全局控制器102与3个集中控制器1012中的2个集中控制器1012通信连接，另一个次级全局控制器102与3个集中控制器1012中剩余的1个集中控制器1012通信连接。

每个卫星子网101中的卫星1011上设置有SDN(Software Defined Network，软件定义网络)交换机，每个卫星子网101中至少存在一颗部署有局部控制器的卫星1011，当某一卫星子网101中只有一个局部控制器时，该局部控制器即为集中控制器1012，当某一卫星子网101中有多个局部控制器时，该多个局部控制器形成一个局部控制器集群，根据负载均衡算法在局部控制器集群中选定一个局部控制器作为该卫星子网101的集中控制器1012。

可选地，在一种实现方式中，上述根据负载均衡算法在局部控制器集群中选定一个局部控制器作为该卫星子网101的集中控制器1012的过程，可以为：

根据负载均衡算法，将局部控制器集群中，处理信息能力最好的局部控制器作为该卫星子网101的集中控制器1012。

集中控制器1012用于对卫星子网101内部的基础设施、资源及信息传输功能进行集中配置、调度与管理，下发流表至自身所在卫星子网101中的卫星1011，与次级全局控制器102进行信息交互。

另外，为了方便次级全局控制器102与集中控制器1012通信连接，可以将该次级全局控制器102设置于深空的天基骨干网络中。

终端设备根据数据包中的信息类型以及自身存储的信息类型与卫星子网的对应关系，确定该数据包对应的卫星子网101，将该数据包发送至所确定的卫星子网101中的任一卫星1011。

需要说明的是，该数据包中携带有作为目的端的终端设备的目的地址；相应的，

每个卫星子网101中的卫星1011在接收到终端设备发送的数据包后，判断自身是否满足预设转发条件的过程，可以为：

判断自身的SDN交换机内存储的流表中是否存在与该数据包中携带的目的地址匹配的流表项，如果是，则满足预设转发条件，如果否，则不满足预设转发条件。

并且，每个卫星子网101中的卫星1011当接收到集中控制器1012发送的数据包时，还会接收到集中控制器1012发送的流表，根据流表的指示以及该数据包中携带的目的地址，将由集中控制器1012发送的该数据包转发至该目的地址对应的终端设备。

可以理解的是，每个卫星子网101中的集中控制器1012中存储有所在卫星子网101的卫星信息，其中，该卫星信息包括自身所在卫星子网101中的各个卫星1011的SDN交换机内的流表，上述每个卫星子网101中的集中控制器1012根据自身存储的所在卫星子网101的卫星信息，判断自身所在卫星子网101中是否存在满足预设转发条件的卫星1011，可以为：

判断自身存储的所在卫星子网101的卫星信息中的流表中是否存在与该数据包中携带的目的地址匹配的流表项，如果是，则所匹配的流表项对应的卫星1011即为满足预设转发条件的卫星1011，如果否，则自身所在卫星子网101中不存在满足预设转发条件的卫星1011。

同时，每个次级全局控制器102中存储有各卫星子网101的卫星信息，其中，该卫星信息包括各卫星子网101中的各个卫星1011的SDN交换机内的流表，上述每个次级全局控制器102根据自身存储的各卫星子网101的卫星信息，判断是否存在满足预设转发条件的卫星1011，可以为：

判断自身存储的各卫星子网101的卫星信息中的流表中是否存在与该数据包中携带的目的地址匹配的流表项，如果是，则所匹配的流表项对应的卫星1011即为满足预设转发条件的卫星1011，如果否，各卫星子网101的卫星1011中不存在满足预设转发条件的卫星1011。

上述每个次级全局控制器102将由集中控制器1012发送的该数据包，发送至自身判断出的满足预设转发条件的卫星1011所在卫星子网101中的集中控制器1012，可以为：

根据自身存储的各卫星子网101的卫星信息，查找到自身判断出的满足预设转发条件的卫星1011所在的卫星子网101，将由集中控制器1012发送的该数据包，发送至所查找到的卫星子网101的集中控制器1012。

由于每个次级全局控制器102中存储的各卫星子网101的卫星信息还可以包括卫星1011和卫星子网101的对应关系，上述每个次级全局控制器102根据自身存储的各卫星子网101的卫星信息，查找到自身判断出的满足预设转发条件的卫星1011所在的卫星子网101，可以为：

根据自身存储的卫星1011和卫星子网101的对应关系，查找到自身判断出的满足预设转发条件的卫星1011对应的卫星子网101。

另外，每个次级全局控制器102判断不存在满足预设转发条件的卫星1011时，将由集中控制器1012发送的该数据包重新定向或丢弃，其中，由于在数据包转发过程中，会由于各种原因导致转发失败，此时，可再一次对该数据包进行转发，即重新定向。

每个卫星子网101中的集中控制器1012，当接收到与自身通信连接的次级全局控制器102发送的数据包时，将由次级全局控制器102发送的该数据包发送至符合预设转发条件的卫星1011，可以为：

根据自身存储的所在卫星子网101的卫星信息，查找到满足预设转发条件的卫星1011，将由次级全局控制器102发送的该数据包发送至查找到的满足预设转发条件的卫星1011。

本发明实施例中，通过天基信息网络系统中的集中控制器或次级全局控制器控制卫星进行数据包的转发，即次级全局控制器和集中控制器实现控制功能，卫星实现数据转发功能，由此，控制功能和数据转发功能不再均集中于卫星中，由此，降低了对每一颗卫星的处理能力的要求，减少了卫星的成本。

可选地，如图2所示，每个卫星子网101还可以包括多个直连控制器1013，每个直连控制器1013与所在卫星子网101中的一或多颗卫星1011通信连接，每个卫星子网101中的集中控制器1012与所在卫星子网101中的各个直连控制器1013通信连接。其中，每个卫星子网101中的直连控制器1013覆盖所在卫星子网101中的所有卫星1011，例如：某一卫星子网101中包括2个直连控制器1013和3颗卫星1011，则一个直连控制器1013与3颗卫星1011中的2颗卫星1011通信连接，另一个直连控制器1013与3颗卫星1011中剩余的1颗卫星1011通信连接。

具体的，在包含直连控制器的前提下，在一种实现方式中，每个卫星子网101中的卫星1011将由终端设备发送的该数据包发送至自身所在卫星子网101中的集中控制器1012，可以具体为：

判断自身是否部署有局部控制器；

如果已部署，判断自身部署的局部控制器是否为自身所在卫星子网101中的集中控制器1012，当判断结果为否时，通过自身部署的局部控制器将由终端设备发送的该数据包发送至自身所在卫星子网101中的集中控制器1012，当判断结果为是时，将所接收到的数据包发送至自身部署的局部控制器；

如果未部署，将由终端设备发送的该数据包发送至与自身通信连接的直连控制器1013；

相应的，每个卫星子网中的直连控制器1013，用于当接收到所在卫星子网101中与自身通信连接的任一卫星1011发送的数据包时，将由卫星1011发送的该数据包发送至所在卫星子网101中的集中控制器1012；

相应的，每个卫星子网101中的集中控制器1012，还用于当接收到所在卫星子网101中的任一直连控制器1013发送的数据包时，将由直连控制器1013发送的该数据包发送至符合预设转发条件的卫星1011；并且还用于当接收到所在卫星子网101中的任一局部控制器发送的数据包时，将由局部控制器发送的该数据包发送至符合预设转发条件的卫星1011。

具体的，在包含直连控制器1013的前提下，在一种实现方式中，每个卫星子网101中的集中控制器1012，将由卫星1011发送的该数据包发送至自身判断出的满足预设转发条件的卫星1011，可以具体为：

根据自身存储的所在卫星子网101的卫星信息，查找到自身所在卫星子网101中与自身判断出的满足预设转发条件的卫星1011通信连接的直连控制器1013，将由卫星1011发送的该数据包发送至所查找到的直连控制器1013。

在每个卫星子网101包括多个直连控制器1013的情况下，每个卫星子网101中的集中控制器1012中存储的所在卫星子网101的卫星信息中还可以包括直连控制器1013与卫星1011的对应关系，上述根据自身存储的所在卫星子网101的卫星信息，查找到自身所在卫星子网101中与自身判断出的满足预设转发条件的卫星1011通信连接的直连控制器1013，可以为：

根据自身存储的所在卫星子网101的直连控制器1013与卫星1011的对应关系，查找到自身所在卫星子网101中与自身判断出的满足预设转发条件的卫星1011对应的直连控制器1013。

相应的，上述每个卫星子网101中的集中控制器1012，将由直连控制器1013发送的该数据包发送至符合预设转发条件的卫星1011，可以为：

每个卫星子网101中的集中控制器1012，根据自身存储的所在卫星子网101的卫星信息，判断自身所在卫星子网101中是否存在满足预设转发条件的卫星1011，如果存在，将由直连控制器1013发送的该数据包发送至自身判断出的满足预设转发条件的卫星1011，如果不存在，将由直连控制器1013发送的该数据包发送至与自身通信连接的次级全局控制器102，以使与自身通信连接的次级全局控制器102将该数据包发送至满足预设转发条件的卫星1011。

相应的，上述每个卫星子网101中的集中控制器1012，将由局部控制器发送的该数据包发送至符合预设转发条件的卫星1011，可以为：

每个卫星子网101中的集中控制器1012，根据自身存储的所在卫星子网101的卫星信息，判断自身所在卫星子网101中是否存在满足预设转发条件的卫星1011，如果存在，将由局部控制器发送的该数据包发送至自身判断出的满足预设转发条件的卫星1011，如果不存在，将由局部控制器发送的该数据包发送至与自身通信连接的次级全局控制器102，以使与自身通信连接的次级全局控制器102将该数据包发送至满足预设转发条件的卫星1011。

需要说明的是，每个卫星子网101中的每个直连控制器103与所在卫星子网101中通信连接的卫星1011之间使用的南向接口协议的包头包括CCSDS(ConsultativeCommittee for Space Data Systems，空间航天通信)协议。

其中，某一协议的流表项的包头域包含了网络模型中各个网络层次的网络配置信息。流表项的每一部分，对应了一种网络协议信息，例如源地址、目的地址等，代表的是网络层的协议的包头。并且，对于每个流表项中的数值都可以设置为一个确定的值，可以对特定的包进行匹配。如果流表项的包头域值能够设置为“any”，则表示支持匹配任意含有该信息的数据包。

由于本发明实施例提供了一种天基信息网络系统，因此，为了使原有的南向接口协议可以应用于航天领域，本发明实施例基于Openflow协议对南向接口协议进行了改进，增加了CCSDS协议，根据实际需求，同时还可以增加其他多种协议，例如：MAC(MultipleAccess Control，多路访问控制)协议、IP(Internet Protocol，网络协议)协议和ATM(Asynchronous Transfer Mode，异步传输模式)协议等，改进后的流表项的包头域如图3所示，由此，该流表项使得控制器能够实现对天基信息网络系统的控制，并能够对多种协议包进行处理，提高了天基信息网络系统的兼容性。

由于每个卫星子网101中的卫星1011将终端设备发送的数据包发送至自身所在卫星子网中的集中控制器的方式为：直接发送至自身部署的局部控制器即自身所在卫星子网中的集中控制器，或，通过局部控制器或者直连控制器将终端设备发送的数据包发送至自身所在卫星子网中的集中控制器，因此，相比于卫星1011只可将数据包直接发送至自身所在卫星子网中的集中控制器的方式而言，降低了对每一颗卫星的处理能力的要求，减少了卫星的成本。

另外，为了方便对天基信息网络系统进行整体控制，如图4所示，天基信息网络系统还可以包括一个顶级全局控制器103，顶级全局控制器103分别与每个次级全局控制器102和每个卫星子网101中的集中控制器1012通信连接。

顶级全局控制器103，用于发送卫星控制信息和/或卫星更新数据至每个次级全局控制器及每个卫星子网101中的集中控制器1012。

顶级全局控制器103用于对整个天基信息网络进行整体调控，为了方便对顶级全局控制器103进行维护和扩展，可以将该顶级全局控制器103设置于地面上的地面控制中心，由此，可通过设置于顶级全局控制器103中的应用软件对各颗卫星1011进行控制，同时还便于对各颗卫星1011进行维护和升级。

由此，顶级全局控制器103通过发送卫星控制信息和/或卫星更新数据的方式对卫星1011进行控制和更新，简化了各卫星子网101中的每颗卫星的处理功能，达到减少卫星1011的载荷、功耗及成本的目的。

下面从SDN技术的角度对本发明实施例提供的天基信息网络系统进行介绍：

如图5所示，天基信息网络系统包括：应用层、控制层和基础设施层，其中：

应用层由控制器上运行的应用程序构成，用于卫星网络服务功能的注册与查询，并根据控制层提供的网络状态信息，制定应用管理策略与数据转发策略，对整个天基信息网络进行集中化管理和控制；

控制层包括顶级全局控制器103、次级全局控制器102、卫星子网101局部控制器集群及直连控制器1013，用于实时收集网络状态信息发送给应用层，并将应用层制定的管理策略和/或数据转发策略转换成流表发送给基础设施层；

基础设施层包括各卫星子网101中的各颗卫星1011，用于根据控制层发送的流表中的流表项对传输的数据包执行转发操作。

其中，控制层中设置有三级控制器，分别为：

部署在各卫星子网101中的底层的局部控制器集群及直连控制器1013，局部控制器集群可以根据所在卫星子网101的整体业务量、传输时延等因素选择特定数量及位置的卫星1011上部署的控制器作为局部控制器集群，并根据负载均衡算法确定一个局部控制器作为所在卫星子网101的集中控制器1012，通过获取其余局部控制器的拓扑视图，来创建所在卫星子网101的全局网络拓扑视图，并与上级的次级全局控制器102进行信息交互；直连控制器1013与一或多颗卫星1011通信连接，使得每颗卫星1011均连接有直连控制器1013，直连控制器1013通过获取其余局部控制器的拓扑视图，来创建所在卫星子网101的全局网络拓扑视图，并与集中控制器1012进行信息交互；

部署在天基骨干网络中的中层的次级全局控制器102，该次级全局控制器102可以覆盖所有的卫星子网101，次级全局控制器102与所覆盖范围内的卫星子网101中的集中控制器1012进行信息交互；

部署在地面控制中心的顶层的顶级全局控制器103，该全局控制器103可以管理天基骨干网络中的次级全局控制器102及各卫星子网101中的集中控制器1012，以对各卫星1011进行集中控制与数据更新，实时获取全局网络拓扑视图和网络状态信息，以对信息网络系统进行高效的管理和调度。

其中，控制层包括拓扑管理模块、链路发现模块和拓扑服务模块，控制层实时收集网络状态信息的过程，可以为：

链路发现模块，用于发现网络中的链路拓扑，并将所发现的链路拓扑发送至拓扑管理模块；

拓扑管理模块，用于接收链路发现模块发送的链路拓扑，并定期向各颗卫星1011发送监测包，并根据各个卫星1011反馈的信息确定链路中的变化的链路拓扑，并向拓扑服务模块反馈变化的链路拓扑；

拓扑服务模块，用于接收拓扑管理模块发送的变化的链路拓扑。

为了方便进行全局网络状态信息的获取及流表的下发，每个控制器可以具有独一无二的编号，并将该编号作为自身的标识。

控制层中的直连控制器1013与基础设施层中的卫星1011的南向接口协议采用以Openflow协议为原型的改进协议，增加了空间航天通信CCSDS协议的包头，根据实际需求，同时还可以增加其他多种协议，例如：MAC协议、IP协议和ATM协议等，改进后的流表项的包头域如图3所示，由此，该流表项使得控制层能够实现对天基信息网络系统的控制，并能够对多种协议包进行处理，提高了天基信息网络系统的兼容性。

本发明实施例中，将SDN技术应用到天基信息网络系统中，SDN技术的核心是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，使得数据转发平面仅提供简单的数据转发功能，由此，可以达到较少卫星成本以及快速处理匹配的数据包的目的。

下面对本发明实施例所提供的一种信息转发方法进行介绍。

需要说明的是，本发明实施例所提供的一种信息转发方法应用于天基信息网络系统，其中，该天基信息网络系统包括：多个卫星子网和多个次级全局控制器，每个卫星子网至少包括多颗卫星和一个集中控制器，每个卫星子网中的集中控制器与所在卫星子网中的各颗卫星通信连接，每个次级全局控制器与一个或多个集中控制器通信连接。

天基信息网络系统中的每个卫星子网用于处理不同类型的信息，例如：天基信息网络系统包括2个卫星子网，一个卫星子网用于处理探测类型的信息，另一个卫星子网用于处理通信类型的信息。

每个卫星子网中的卫星上设置有软件定义网络SDN交换机，每个卫星子网中至少存在一颗部署有局部控制器的卫星，当某一卫星子网中只有一个局部控制器时，该局部控制器即为集中控制器，当某一卫星子网中有多个局部控制器时，该多个局部控制器形成一个局部控制器集群，根据负载均衡算法在局部控制器集群中选定一个局部控制器作为该卫星子网的集中控制器。

上述根据负载均衡算法在局部控制器集群中选定一个局部控制器作为该卫星子网的集中控制器的过程，可以为：

根据负载均衡算法，将局部控制器集群中，处理信息能力最好的局部控制器作为该卫星子网的集中控制器。

为了方便次级全局控制器与集中控制器通信连接，可以将次级全局控制器设置于深空的天基骨干网络中。

如图6所示，本发明实施例提供的一种信息转发方法，应用于天基信息网络系统，可以包括：

S601：第一目标卫星接收终端设备发送的数据包，判断自身是否满足预设转发条件，当判断结果为否时，将数据包发送至自身所在卫星子网中的第一集中控制器。

终端设备根据数据包中的信息类型以及自身存储的信息类型与卫星子网的对应关系，确定该数据包对应的卫星子网，将该数据包发送至所确定的卫星子网中的第一目标卫星。

其中，第一目标卫星为任一卫星，该数据包中携带有作为目的端的终端设备的目的地址。

第一目标卫星接收终端设备发送的数据包，判断自身是否满足预设转发条件，当判断结果为否时，说明自身无法转发该数据包至作为目的端的终端设备，此时，将数据包发送至自身所在卫星子网中的第一集中控制器。

其中，判断自身是否满足预设转发条件的过程，可以为：

判断自身的SDN交换机内存储的流表中是否存在与该数据包中携带的目的地址匹配的流表项，如果是，则满足预设转发条件，如果否，则不满足预设转发条件。

另外，每个卫星子网还可以包括多个直连控制器，每个直连控制器与所在卫星子网中的一或多颗卫星通信连接，每个卫星子网中的集中控制器与所在卫星子网中的各个直连控制器通信连接。

其中，每个卫星子网中的直连控制器覆盖所在卫星子网中的所有卫星，例如：某一卫星子网中包括2个直连控制器和3颗卫星，则一个直连控制器与3颗卫星中的2颗卫星通信连接，另一个直连控制器与3颗卫星中剩余的1颗卫星通信连接。

上述将数据包发送至自身所在卫星子网中的第一集中控制器，可以包括：

判断自身是否部署有局部控制器；

如果已部署，确定自身部署的局部控制器是否为自身所在卫星子网中的第一集中控制器，如果不为第一集中控制器，通过自身部署的局部控制器将数据包发送至第一集中控制器，如果为第一集中控制器，将数据包发送至自身部署的局部控制器；

如果未部署，将数据包发送至与自身通信连接的第一直连控制器，以使第一直连控制器将数据包发送至第一集中控制器。

其中，通过自身部署的局部控制器将数据包发送至第一集中控制器的过程，可以为：

将数据包发送至自身部署的局部控制器；

局部控制器将接收到的该数据包发送至第一集中控制器。

需要说明的是，每个卫星子网中的每个直连控制器与所在卫星子网中通信连接的卫星之间使用的南向接口协议的包头包括空间航天通信CCSDS协议。

其中，某一协议的流表项的包头域包含了网络模型中各个网络层次的网络配置信息。流表项的每一部分，对应了一种网络协信息，例如源地址、目的地址等，代表的是网络层的协议的包头。并且，对于每个流表项中的数值都可以设置为一个确定的值，可以对特定的包进行匹配。如果流表项的包头域值能够设置为“any”，则表示支持匹配任意含有该信息的数据包。

由于本发明实施例提供了一种天基信息网络系统，因此，为了使原有的南向接口协议可以应用于航天领域，本发明实施例基于Openflow协议对南向接口协议进行了改进，增加了CCSDS协议，根据实际需求，同时还可以增加其他多种协议，例如：MAC协议、IP协议和ATM协议等，改进后的流表项的包头域如图3所示，由此，该流表项使得控制器能够实现对天基信息网络系统的控制，并能够对多种协议包进行处理，提高了天基信息网络系统的兼容性。

S602：第一集中控制器接收数据包，根据自身存储的所在卫星子网的卫星信息，判断自身所在卫星子网中是否存在满足预设转发条件的第二目标卫星，如果存在，将数据包发送至所存在的第二目标卫星，以使第二目标卫星将数据包发送至作为目的方的终端设备，如果不存在，将数据包发送至与自身通信连接的目标次级全局控制器。

每个卫星子网中的集中控制器中存储有所在卫星子网的卫星信息，其中，该卫星信息包括自身所在卫星子网中的各个卫星的SDN交换机内的流表，因此，在第一集中控制器接收到数据包后，可以根据自身存储的所在卫星子网的卫星信息以确定如何转发该数据包，在判断自身所在卫星子网中存在满足预设转发条件的第二目标卫星时，将数据包发送至所存在的第二目标卫星，在判断不存在第二目标卫星时，将数据包发送至与自身通信连接的目标次级全局控制器。

详细的，上述根据自身存储的所在卫星子网的卫星信息，判断自身所在卫星子网中是否存在满足预设转发条件的第二目标卫星，可以为：

判断自身存储的所在卫星子网的卫星信息中的流表中是否存在与该数据包中携带的目的地址匹配的流表项，如果是，则所匹配的流表项对应的卫星即为满足预设转发条件的第二目标卫星，如果否，则自身所在卫星子网中不存在满足预设转发条件的第二目标卫星。

由于每个卫星子网还可以包括多个直连控制器，因此，上述将数据包发送至所存在的第二目标卫星，可以包括：

根据自身存储的所在卫星子网的卫星信息，查找到与第二目标卫星通信连接的第二直连控制器；

将数据包发送至第二直连控制器，以使第二直连控制器将数据包发送至第二目标卫星。

在每个卫星子网包括多个直连控制器的情况下，每个卫星子网中的集中控制器中存储的所在卫星子网的卫星信息中还可以包括直连控制器与卫星的对应关系，上述根据自身存储的所在卫星子网的卫星信息，查找到与第二目标卫星通信连接的第二直连控制器，可以为：

根据自身存储的所在卫星子网的直连控制器与卫星的对应关系，查找到与第二目标卫星对应的第二直连控制器。

第二直连控制器在接收到第一集中控制器发送的数据包后，将该数据包发送至与自身通信连接的符合预设转发条件的第二目标卫星。

第二目标卫星在接收到第二直连控制器发送的数据包后，将该数据包转发至作为目的方的终端设备，上述将该数据包转发至作为目的方的终端设备可以为：

根据该数据包中携带的目的地址，将该数据包转发至该目的地址对应的终端设备。

S603：目标次级全局控制器接收数据包，根据自身存储的各卫星子网的卫星信息，判断是否存在满足预设转发条件的第三目标卫星，如果存在，将数据包发送至所存在的第三目标卫星所在的卫星子网中的第二集中控制器，以使第二集中控制器将数据包通过第三目标卫星发送至作为目的方的终端设备。

目标次级全局控制器中存储有各卫星子网的卫星信息，其中，该卫星信息包括各卫星子网中的各个卫星的SDN交换机内的流表，因此，目标次级全局控制器接收到该数据包后，可以根据自身存储的各卫星子网的卫星信息以确定如何转发该数据包，在判断存在满足预设转发条件的第三目标卫星时，将数据包发送至所存在的第三目标卫星所在的卫星子网中的第二集中控制器，在判断不存在第三目标卫星时，将该数据包重新定向或将该数据包丢弃。

详细的，上述根据自身存储的各卫星子网的卫星信息，判断是否存在满足预设转发条件的第三目标卫星，可以为：

判断自身存储的各卫星子网的卫星信息中的流表中是否存在与该数据包中携带的目的地址匹配的流表项，如果是，则所匹配的流表项对应的卫星即为满足预设转发条件的第三目标卫星，如果否，各卫星子网的卫星中不存在满足预设转发条件的第三目标卫星。

上述将数据包发送至所存在的第三目标卫星所在的卫星子网中的第二集中控制器，可以包括：

根据自身存储的各卫星子网的信息，查找到第三目标卫星所在的第二卫星子网；

将数据包发送至第二卫星子网的第二集中控制器。

由于目标次级全局控制器中存储的各卫星子网的卫星信息还可以包括卫星和卫星子网的对应关系，上述根据自身存储的各卫星子网的卫星信息，查找到第三目标卫星所在的第二卫星子网，可以为：

根据自身存储的卫星和卫星子网的对应关系，查找到第三目标卫星对应的第二卫星子网。

另外，由于在数据包转发过程中，会由于各种原因导致转发失败，即目标次级全局控制器判断不存在第三目标卫星时，此时，可再一次对该数据包进行转发，即重新定向，具体为将该数据包发送至第一目标卫星，以便重新通进行数据包的转发。

本发明实施例中，通过天基信息网络系统中的集中控制器或次级全局控制器控制卫星进行数据包的转发，即次级全局控制器和集中控制器实现控制功能，卫星实现数据转发功能，由此，控制功能和数据转发功能不再均集中于卫星中，由此，降低了对每一颗卫星的处理能力的要求，减少了卫星的成本。

另外，为了方便对天基信息网络系统进行整体控制，天基信息网络系统还可以包括一个顶级全局控制器，顶级全局控制器分别与每个次级全局控制器和每个卫星子网中的集中控制器通信连接。

顶级全局控制器，用于发送卫星控制信息和/或卫星更新数据至每个次级全局控制器及每个卫星子网中的集中控制器。

顶级全局控制器用于对整个天基信息网络进行整体调控，为了方便对顶级全局控制器进行维护和扩展，可以将该顶级全局控制器设置于地面上的地面控制中心，该顶级全局控制器通过发送卫星控制信息和/或卫星更新数据的方式对卫星进行控制和更新，由此，简化了各卫星子网中的每颗卫星的处理功能，减少了卫星的载荷、功耗及成本。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，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。

本说明书中的各个实施例均采用相关的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于系统实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种天基信息网络系统，其特征在于，所述系统包括：多个卫星子网和多个次级全局控制器，每个卫星子网至少包括多颗卫星和一个集中控制器，每个卫星子网中的集中控制器与所在卫星子网中的各颗卫星通信连接，每个次级全局控制器与一个或多个集中控制器通信连接；

每个卫星子网中的卫星，用于当接收到任一终端设备发送的数据包时，判断自身是否满足预设转发条件，当判断结果为否时，将由终端设备发送的该数据包发送至自身所在卫星子网中的集中控制器；并且，当接收到所在卫星子网中的集中控制器发送的数据包时，将由集中控制器发送的该数据包转发至作为目的方的终端设备；

每个卫星子网中的集中控制器，用于当接收到所在卫星子网中的任一卫星发送的数据包时，根据自身存储的所在卫星子网的卫星信息，判断自身所在卫星子网中是否存在满足所述预设转发条件的卫星，如果存在，将由卫星发送的该数据包发送至自身判断出的满足所述预设转发条件的卫星，如果不存在，将由卫星发送的该数据包发送至与自身通信连接的次级全局控制器；并且，当接收到与自身通信连接的次级全局控制器发送的数据包时，将由次级全局控制器发送的该数据包发送至符合所述预设转发条件的卫星；

每个次级全局控制器，用于当接收到与自身通信连接的任一集中控制器发送的数据包时，根据自身存储的各卫星子网的卫星信息，判断是否存在满足所述预设转发条件的卫星，如果存在，将由集中控制器发送的该数据包，发送至自身判断出的满足所述预设转发条件的卫星所在卫星子网中的集中控制器。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，每个卫星子网还包括多个直连控制器，每个直连控制器与所在卫星子网中的一或多颗卫星通信连接，每个卫星子网中的集中控制器与所在卫星子网中的各个直连控制器通信连接；

所述每个卫星子网中的卫星将由终端设备发送的该数据包发送至自身所在卫星子网中的集中控制器，具体为：

判断自身是否部署有局部控制器；

如果已部署，判断自身部署的局部控制器是否为自身所在卫星子网中的集中控制器，当判断结果为否时，通过自身部署的局部控制器将由终端设备发送的该数据包发送至自身所在卫星子网中的集中控制器，当判断结果为是时，将由终端设备发送的该数据包发送至自身部署的局部控制器；

如果未部署，将由终端设备发送的该数据包发送至与自身通信连接的直连控制器；

相应的，每个卫星子网中的直连控制器，用于当接收到所在卫星子网中与自身通信连接的任一卫星发送的数据包时，将由卫星发送的该数据包发送至所在卫星子网中的集中控制器；

相应的，每个卫星子网中的集中控制器，还用于当接收到所在卫星子网中的任一直连控制器发送的数据包时，将由直连控制器发送的该数据包发送至符合所述预设转发条件的卫星；并且还用于当接收到所在卫星子网中的任一局部控制器发送的数据包时，将由局部控制器发送的该数据包发送至符合所述预设转发条件的卫星。

3.根据权利要求2所述的系统，其特征在于，所述每个卫星子网中的集中控制器，将由卫星发送的该数据包发送至自身判断出的满足所述预设转发条件的卫星，具体为：

根据自身存储的所在卫星子网的卫星信息，查找到自身所在卫星子网中与自身判断出的满足所述预设转发条件的卫星通信连接的直连控制器，将由卫星发送的该数据包发送至所查找到的直连控制器；

相应的，每个卫星子网中的直连控制器，还用于当接收到所在卫星子网中的集中控制器发送的数据包时，将由集中控制器发送的该数据包发送至与自身通信连接的符合所述预设转发条件的卫星。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述每个次级全局控制器将由集中控制器发送的该数据包，发送至自身判断出的满足所述预设转发条件的卫星所在卫星子网中的集中控制器，具体为：

根据自身存储的各卫星子网的卫星信息，查找到自身判断出的满足所述预设转发条件的卫星所在的卫星子网，将由集中控制器发送的该数据包，发送至所查找到的卫星子网的集中控制器。

5.根据权利要求2-4任一项所述的系统，其特征在于，每个卫星子网中的每个直连控制器与所在卫星子网中通信连接的卫星之间使用的南向接口协议的包头包括空间航天通信CCSDS协议。

6.根据权利要求1-4任一项所述的系统，其特征在于，所述系统还包括一个顶级全局控制器，所述顶级全局控制器分别与每个次级全局控制器和每个卫星子网中的集中控制器通信连接；

所述顶级全局控制器，用于发送卫星控制信息和/或卫星更新数据至每个次级全局控制器及每个卫星子网中的集中控制器。

7.一种信息转发方法，应用于天基信息网络系统，其特征在于，所述系统包括：多个卫星子网和多个次级全局控制器，每个卫星子网至少包括多颗卫星和一个集中控制器，每个卫星子网中的集中控制器与所在卫星子网中的各颗卫星通信连接，每个次级全局控制器与一个或多个集中控制器通信连接，所述方法包括：

第一目标卫星接收终端设备发送的数据包，判断自身是否满足预设转发条件，当判断结果为否时，将所述数据包发送至自身所在卫星子网中的第一集中控制器，其中，所述第一目标卫星为任一卫星；

所述第一集中控制器接收所述数据包，根据自身存储的所在卫星子网的卫星信息，判断自身所在卫星子网中是否存在满足所述预设转发条件的第二目标卫星，如果存在，将所述数据包发送至所存在的第二目标卫星，以使所述第二目标卫星将所述数据包发送至作为目的方的终端设备，如果不存在，将所述数据包发送至与自身通信连接的目标次级全局控制器；

所述目标次级全局控制器接收所述数据包，根据自身存储的各卫星子网的卫星信息，判断是否存在满足所述预设转发条件的第三目标卫星，如果存在，将所述数据包发送至所存在的第三目标卫星所在的卫星子网中的第二集中控制器，以使所述第二集中控制器将所述数据包通过所述第三目标卫星发送至作为目的方的终端设备。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，每个卫星子网还包括多个直连控制器，每个直连控制器与所在卫星子网中的一或多颗卫星通信连接，每个卫星子网中的集中控制器与所在卫星子网中的各个直连控制器通信连接；

所述将所述数据包发送至自身所在卫星子网中的第一集中控制器的步骤，包括：

判断自身是否部署有局部控制器；

如果已部署，确定自身部署的局部控制器是否为自身所在卫星子网中的第一集中控制器，如果不为所述第一集中控制器，通过自身部署的所述局部控制器将所述数据包发送至所述第一集中控制器，如果为所述第一集中控制器，将所述数据包发送至自身部署的所述局部控制器；

如果未部署，将所述数据包发送至与自身通信连接的第一直连控制器，以使所述第一直连控制器将所述数据包发送至所述第一集中控制器。

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述将所述数据包发送至所存在的第二目标卫星的步骤，包括：

根据自身存储的所在卫星子网的卫星信息，查找到与所述第二目标卫星通信连接的第二直连控制器；

将所述数据包发送至所述第二直连控制器，以使所述第二直连控制器将所述数据包发送至所述第二目标卫星。

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述将所述数据包发送至所存在的第三目标卫星所在的卫星子网中的第二集中控制器的步骤，包括：

根据自身存储的各卫星子网的信息，查找到所述第三目标卫星所在的第二卫星子网；

将所述数据包发送至所述第二卫星子网的第二集中控制器。