CN108988936B - 一种基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网方法 - Google Patents

一种基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网方法,该方法开发卫星网管系统相关功能模块,基于带有网管控制功能的网络交换机设备,采用流重定向技术,实现设备入网注册,设备接入认证,通过前向广播信道方式灵活组网,用户可通过网管界面自定义流量过滤策略。本发明为新一代宽带卫星网络用户全IP方式接入地面互联网提供动态组网支持,降低用户使用难度,提高卫星带宽资源的利用率。

Description

一种基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网方法
技术领域
本发明涉及卫星通信领域,尤其涉及一种基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网方法。
背景技术
卫星通信作为一种超视距无线通信手段,具有通信带宽大、信号质量好和不受地域限制的特点,是沙漠、海洋等地面信号无法覆盖区域通信的首选手段。传统的卫星通信以SCPC(单路单载波)方式进行组网,难以适应大量用户特别是海洋船舶用户依托卫星链路接入地面互联网的星型组网需求。随着宽带卫星数据传输业务的兴起,传统的卫星通信设备一般采用以太网桥接技术支持IP 业务,提供点到点IP 承载服务。当多个站同时进行网状或星型组网时,就面临着链路数量n平方问题和卫星信道资源不能动态利用问题。卫星信号天然具有无线广播特性,利用该特点实现前向传输一发多收,进行IP组网,将可以有效解决前述传统卫星通信组网中的弊端,具有非常重要的实际应用价值。
采用卫星前向广播方式组网,关口站发射一个共享载波,对外数据全部通过这个载波发送,关口站使用多个Modem分别接收来自小站的返向数据,从而实现一发多收。在发送和接收数据过程中,以太网交换机是完成数据转发的关键。但一发多收这种特殊的传输方式中,传输链路上卫星前向和返向数据将走不同的传输路径,而标准网络交换机是基于ARP自学习方式,获得终端设备的MAC地址及连接端口的,交换机出向数据将默认发往学习到的入向端口,这将导致卫星前向数据无法从交换机转发到指定的前向广播Modem,以致用户前向数据传输失败。
目前常用的解决方法有两种:一种是预先关掉交换机的自学习功能,人工在交换机中配置静态MAC地址,将终端设备的MAC地址绑定到指定出向端口;另一种方法是配置交换机的端口镜像功能,预先将交换机其他端口的出向流量复制一份到指定的出向端口。这两种解决方法存在的弊端主要是:
1)需要预先人工配置交换机,不够灵活,对操作员要求较高;
2)静态MAC与交换机ARP自学习功能不能同时使用,否则容易导致交换机静态MAC转发失效;
3)端口镜像方法会将所有出向报文都复制到前向广播信道,其中可能存在大量非接收端的报文;
4)在有网络广播的情况下,端口镜像会导致同一份广播报文被重复发送多次,消耗本就宝贵的卫星带宽资源;
5)基于交换机端口镜像功能,当同一个端口下有多台设备时,无法选择部分设备的流量进行转发;
6)无法通过IP地址或其他用户自定义策略进行流量转发。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网方法,该方法通过开发卫星网管系统相关模块功能,基于带有网管控制功能的网络交换机设备,采用流重定向技术,实现设备入网注册,设备接入认证,通过前向广播信道方式灵活组网,自定义流量过滤策略等功能,为新一代宽带卫星网络用户全IP方式接入地面互联网提供动态组网支持,降低用户使用难度,提高卫星带宽资源的利用率。
为了实现上述目的,本发明的技术方案是设计一种基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网方法,该方法包括以下几个部分:
1)一种基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网物理组成,包括卫星网管系统、汇聚交换机、接入交换机、主站Modem、远端站Modem;所述卫星网管系统通过本地有线网络连接汇聚交换机;所述汇聚交换机通过本地有线网络连接若干台接入交换机;所述接入交换机通过本地有线网络连接若干台主站Modem;所述主站Modem通过卫星无线链路连接若干台远端站Modem。
2)一种基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网的系统功能模块,包括网关系统和网管代理;所述网管系统包括设备管理模块、配置管理模块、设备入网注册模块、设备接入认证模块、接入控制策略模块。
3)一种基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网系统的工作流程,包括以下步骤:
步骤一:远端站Modem开机;
步骤二:远端站Modem内嵌的网管代理软件通过网管信道向网管系统发起设备接入认证请求;
步骤三:网管系统查询本地数据库,比对远端站Modem预先注册登记过的身份信息进行身份认证;
步骤四:若认证失败,则判断该远端站Modem为非法设备,禁止入网,通信过程终止,转步骤十一;
步骤五:若认证通过,网管系统为远端站Modem分配卫星频点资源和主站Modem,并分别向主站Modem和远端站Modem下发通信参数;
步骤六:主站Modem和远端站Modem接收参数,进行参数校验,然后进行参数配置;
步骤七:远端站Modem和关口站Modem开始建立业务链路;
步骤八:网管系统向对应的接入交换机发送ACL流过滤策略和流重定向命令;
步骤九:业务数据传输;
步骤十:通信结束,网管系统回收通信资源;
步骤十一:流程结束。
4)一种基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网系统的设备入网注册流程,包括以下步骤:
步骤一:打开网管系统设备管理界面;
步骤二:进入“入网注册”界面;
步骤三:依次录入远端站的参数信息;
步骤四:保存信息;
步骤五:配置该远端站下业务设备的流过滤策略;
步骤六:完成注册。
5)一种基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网系统的接入认证流程,包括以下步骤:
步骤一:远端站开机;
步骤二:远端站网管信道建立连接;
步骤三:远端站发送接入认证请求;
步骤四:网管系统校验远端站身份;
步骤五:身份认证失败,通信过程终止,转步骤七;
步骤六:身份认证成功,则参数下发流程;
步骤七:接入认证流程结束。
6)一种基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网系统的业务流过滤策略及重定向控制流程,包括以下步骤:
步骤一:网管系统为远端站分配通信频点和带宽资源,分配主站广播Modem和接收Modem;
步骤二:网管系统查询数据库,读取远端站对应的流过滤策略;
步骤三:网管系统向指定的广播Modem所连接的接入交换机发送ACL配置命令和流重定向设置命令;
步骤四:流程结束。
本发明的优点和有益效果在于:1)对数据流的过滤既可以通过终端的MAC地址实现,也可以通过终端的IP地址来实现,过滤规则非常灵活,用户可以自定义流量过滤策略;2)采用卫星网管系统动态配置ACL列表,动态实现数据流的重定向,不需要操作员手工干预,降低操作复杂性,适合大规模组网应用,维护管理方便;3)可以通过调整ACL控制规则,灵活调整流量过滤策略,阻止无效报文的转发,有效节约卫星传输带宽资源;4)采用流重定向技术,可以防止广播报文的重复转发;5)基于卫星网管和ACL规则,可以灵活方便地实现终端设备的入网认证,杜绝非授权卫星终端的非法接入。
附图说明
图1为系统物理组成及设备连接方式示意图。
图2为系统功能模块组成示意图。
图3为系统工作流程示意图。
图4为设备入网注册流程示意图。
图5为接入认证流程示意图。
图6为业务流过滤策略及重定向控制流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例,对本发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案,而不能以此来限制本发明的保护范围。
实施例:
1)系统物理组成
参见附图1,按物理实体划分,系统主要由网管服务器、网络交换机、关口站Modem、远端站Modem等设备组成,这里不考虑关口站和远端站的射频设备。
网络交换机分为汇聚交换机和接入交换机,汇聚交换机一般部署一台,接入交换机根据需要部署多台,接入交换机需要支持网管功能,具被ACL、流策略等功能,并有命令控制接口。
关口站Modem根据需要部署多台,其中指定一台或多台配置前向发射模式,其余Modem配置成单收模式。
远端站Modem根据需要部署多台,配置成收发双工模式。
2)系统功能模块组成
参见附图2,按照逻辑功能,系统可分为网管系统和网管代理两部分。
网管系统由设备管理、配置管理、设备入网注册、设备接入认证、接入控制策略等模块构成。
网管代理主要设备配置、设备登录等模块组成。
3)系统连接方式
系统设备连接方式参见附图1所示。网管系统服务器、网络交换机、主站Modem等设备通过本地有线网络连接,远端站Modem通过卫星无线链路与主站Modem建立连接。
卫星通信过程中的控制信令,比如接入认证、参数下发等,都是通过专门的网管通道传输,用户业务数据通过动态建立的业务信道传输。本发明阐述的组网专门指建立业务传输通道。
4)系统主流程
远端站设备开机后,首先由远端站Modem内嵌的网管代理软件通过网管信道向网管系统发起设备接入认证请求,网管系统查询本地数据库比对远端站预先注册登记过的身份信息,若认证失败,则判断该远端站设备为非法设备,禁止入网,通信过程终止;若认证通过,网管系统将分别向主站和远端站Modem下发通信参数,包括发射频点、发射电平、发射带宽、接收频点、接收带宽等参数,Modem接收到参数后,先进行参数校验,若校验成功,则将参数配置到设备中,远端站和关口站Modem开始建立业务链路;接着,网管系统向对应的接入交换机发送控制命令,从ACL列表中选择对应的流过滤策略,设置流重定向指令,将本次通信过程中的前向业务流指向特定的交换机端口(即选定的主站广播Modem);此时,收发双方就可以进行基于IP的数据通信;通信过程结束后,网管系统将回收通信频点资源。
系统工作主流程参见附图3,步骤如下:
步骤一:远端站Modem开机;
步骤二:远端站Modem内嵌的网管代理软件通过网管信道向网管系统发起设备接入认证请求;
步骤三:网管系统查询本地数据库,比对远端站Modem预先注册登记过的身份信息进行身份认证;
步骤四:若认证失败,则判断该远端站Modem为非法设备,禁止入网,通信过程终止,转步骤十一;
步骤五:若认证通过,网管系统为远端站Modem分配卫星频点资源和主站Modem,并分别向主站Modem和远端站Modem下发通信参数;
步骤六:主站Modem和远端站Modem接收参数,进行参数校验,然后进行参数配置;
步骤七:远端站Modem和关口站Modem开始建立业务链路;
步骤八:网管系统向对应的接入交换机发送ACL流过滤策略和流重定向命令;
步骤九:业务数据传输;
步骤十:通信结束,网管系统回收通信资源;
步骤十一:流程结束。
5)设备入网注册流程
卫星远端站设备首次入网前,需要进行入网注册。只有在网管系统中预先登记过的设备才可以接入卫星通信网,以免未授权设备非法入网,对卫星网造成干扰或破坏。
设备入网注册流程参见附图4,包括以下步骤:
步骤一:打开网管系统设备管理界面;
步骤二:进入“入网注册”界面;
步骤三:依次录入远端站的参数信息;
步骤四:保存信息;
步骤五:配置该远端站下业务设备的流过滤策略;
步骤六:完成注册。
6)接入认证流程
远端站每次开机入网前,均需要向网管系统发起入网身份认证请求,只有预先登记过的合法设备才可以使用卫星网资源。若入网认证成功,网管系统向主站及远端站Modem下发通信参数,卫星设备开始建链操作。
设备接入认证过程参见附图5,步骤如下:
步骤一:远端站开机;
步骤二:远端站网管信道建立连接;
步骤三:远端站发送接入认证请求;
步骤四:网管系统校验远端站身份;
步骤五:身份认证失败,通信过程终止,转步骤七;
步骤六:身份认证成功,则参数下发流程;
步骤七:接入认证流程结束。
7)业务流过滤策略及重定向控制流程
网管系统针对发起通信请求的远端站,自动为其分配通信资源,并从主站业务Modem池中为其选择接收和发送Modem;然后向主站接收Modem和远端站Modem下发通信参数(收发频点、带宽、发射电平等);接着,网管系统根据选定的前向广播Modem,匹配到对应的接入交换机,对该交换机配置ACL控制策略和流重定向指令。
业务流过滤策略及重定向控制过程参见附图6,步骤如下:
步骤一:网管系统为远端站分配通信频点和带宽资源,分配主站广播Modem和接收Modem;
步骤二:网管系统查询数据库,读取远端站对应的流过滤策略;
步骤三:网管系统向指定的广播Modem所连接的接入交换机发送ACL配置命令和流重定向设置命令;
步骤四:流程结束。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明技术原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (2)

1.一种基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤一:远端站Modem开机;
步骤二:远端站Modem内嵌的网管代理软件通过网管信道向网管系统发起设备接入认证请求;
步骤三:网管系统查询本地数据库,比对远端站Modem预先注册登记过的身份信息进行身份认证;
步骤四:若认证失败,则判断该远端站Modem为非法设备,禁止入网,通信过程终止,转步骤十一;
步骤五:若认证通过,网管系统为远端站Modem分配卫星频点资源和主站Modem,并分别向主站Modem和远端站Modem下发通信参数;
步骤六:主站Modem和远端站Modem接收参数,进行参数校验,然后进行参数配置;
步骤七:远端站Modem和主站Modem开始建立业务链路;
步骤八:网管系统向对应的接入交换机发送ACL流过滤策略和流重定向命令;
步骤九:在远端站Modem和主站Modem之间进行业务数据传输;
步骤十:通信结束,网管系统回收通信资源;
步骤十一:流程结束;
所述基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网方法是基于卫星动态通信组网系统实现,所述卫星动态通信组网系统包括卫星网管系统、汇聚交换机、接入交换机、主站Modem、远端站Modem;所述卫星网管系统通过本地有线网络连接汇聚交换机;所述汇聚交换机通过本地有线网络连接若干台接入交换机;所述接入交换机通过本地有线网络连接若干台主站Modem;所述主站Modem通过卫星无线链路连接若干台远端站Modem;
所述卫星网管系统包括网管系统和网管代理;所述网管系统包括设备管理模块、配置管理模块、设备入网注册模块、设备接入认证模块、接入控制策略模块。
2.根据权利要求1所述的基于卫星网管和流重定向的卫星动态通信组网方法,其特征在于,所述网管系统向对应的接入交换机发送ACL流过滤策略和流重定向命令,包括以下步骤:
步骤一:网管系统为远端站分配通信频点和带宽资源,分配主站广播Modem和接收Modem;
步骤二:网管系统查询数据库,读取远端站对应的流过滤策略;
步骤三:网管系统向指定的广播Modem所连接的接入交换机发送ACL配置命令和流重定向设置命令;
步骤四:流程结束。
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