CN109005114B - 一种常规路由与延迟容忍网络融合分布式转发系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种延迟容忍网络融合转发系统和方法。该系统包括控制器单元、路由管理模块、软交换单元和延迟容忍模块。软交换单元接收待转发的数据报文后，根据数据报文中的目的地址查找流表，当流表中能够找到相应目的地址所对应的流表数据时，向对应的网络发送数据报文。当流表中找不到相应目的地址所对应的流表数据时，将数据报文提交至控制器单元。控制器单元接收软交换单元所提交的数据报文后，将该数据报文发送至延迟容忍模块，由延迟容忍模块通过延迟容忍的方式发送该数据报文。本发明解决了常规路由转发协议栈与延迟容忍转发协议栈不兼容的问题，同时不存在控制器融合、交互等问题，没有给网络增加额外的开销和负担。

Description

一种常规路由与延迟容忍网络融合分布式转发系统和方法

技术领域

本发明涉及延迟容忍网络和软件定义网络。

背景技术

延迟容忍网络（DTN，Delay Tolerant Network）是当前研究较多的网络类型之一，这类网络具有容忍延迟，在网络并不连通的情况下，仍然能够转发数据，实现端到端数据通信的能力，因此在卫星组网、传感器网络、战场通信等应用领域受到重视。然而，延迟容忍网络现有的框架大多与标准的TCP/IP路由协议栈并不兼容，而采用一套独立的基于束(Bundle)的转发系统。从而导致一个系统要么采用延迟容忍架构，要么采用常规路由转发架构，两者无法兼容。

而在某些特定场景下，例如无人机组网场景中，很多情况下，用户希望在有路由时采用常规协议栈转发，而在没有路由，网络不具备端到端连通链路时采用DTN协议框架转发，这样在既保证实施性的情况下，又尽可能地提高端到端分组交付率。然而目前尚没有很好的解决办法。

借助软件定义网络（SDN, Software Defined Network）可实现延迟容忍网络和常规网络，2017年10月IEEE communications magazine公开的文献《Combining Software-defined and Delay-Tolerant Approaches in Last mile Tactical Edge Networking》提出了用软件定义网络（SDN，Software Defined Network）和延迟容忍结合的思想。该文献所记载的方案采用相对区域中心的SDN架构，需要在战术节点之间竞选出一个SDN控制器，但并未涉及SDN控制器和DTN之间如何交互的问题。同时，它也是一个局部集中式解决方案，并不是一个分布式解决方案。

发明内容

本发明所要解决的问题：延迟容忍网络和常规协议栈通过SDN实现相互融合的问题。

为解决上述问题，本发明采用的方案如下：

根据本发明的一种常规路由与延迟容忍网络融合分布式转发系统，包括控制器单元、路由管理模块、软交换单元和延迟容忍模块；

所述控制器单元包括路由接收模块、路由设置模块和数据处理模块；

所述路由接收模块用于接收所述路由管理模块发送的路由信息；

所述路由设置模块用于将所述路由管理模块所发送的路由信息生成流表设置指令，然后将所述流表设置指令发送至所述软交换单元；所述流表设置指令包含路由信息；

所述数据处理模块用于接收所述软交换单元所提交的数据报文，并将该数据报文发送至所述延迟容忍模块；

所述路由管理模块用于发现和管理相应子网的路由，并将相应的路由信息发送至所述控制器单元；

所述软交换单元包括流表配置模块和数据转发模块；所述流表配置模块用于根据控制器单元所发的流表设置指令生成流表和相应的流表数据；所述流表由流表数据所组成；所述流表数据包括路由信息；

所述数据转发模块用于接收待转发的数据报文，然后根据数据报文中的目的地址查找所述流表，当流表中能够找到相应目的地址所对应的流表数据时，向对应的网络发送所述数据报文；当流表中找不到相应目的地址所对应的流表数据时，将所述数据报文提交至所述控制器单元；

所述延迟容忍模块用于接收所述控制器单元所发送的数据报文，通过延迟容忍的方式发送该数据报文。

进一步，根据本发明的常规路由与延迟容忍网络融合分布式转发系统，其特征在于，所述控制器单元、路由管理模块、软交换单元和延迟容忍模块位于不同主机。

根据本发明的一种常规路由与延迟容忍网络融合分布式转发方法，包括如下步骤：

R1：路由管理模块发现和管理相应子网的路由，并将相应的路由信息发送至控制器单元；

M1：控制器单元接收路由管理模块发送的路由信息；

M2：控制器单元将路由管理模块所发送的路由信息生成流表设置指令，然后将所述流表设置指令发送至所述软交换单元；所述流表设置指令包含路由信息；

C1：软交换单元根据控制器单元所发的流表设置指令生成流表和相应的流表数据；所述流表由流表数据所组成；所述流表数据包括路由信息；

C2：接收待转发的数据报文，然后根据数据报文中的目的地址查找所述流表，当流表中能够找到相应目的地址所对应的流表数据时，向对应的网络发送所述数据报文；当流表中找不到相应目的地址所对应的流表数据时，将所述数据报文提交至控制器单元；

M3：控制器单元接收所述软交换单元所发的数据报文，并将该数据报文发送至延迟容忍模块；

D1：延迟容忍模块将控制器单元所发送的数据报文通过延迟容忍的方式进行发送。

本发明的技术效果如下：本发明通过在每个节点设置一个分布式控制器，并通过路由模块、DTN模块与控制器模块的交互实现系统存在路由时采用路由转发分组，系统不存在路由时采用延迟容忍网络转发分组的融合分组转发。与已经公开的方案相比，本发明提出的装置和方法，不存在控制器融合、交互等问题，没有给网络增加额外的开销和负担，对传统路由模块和DTN模块改动也很小。由于控制器是每节点一个，因此在网络分裂时不需要重新选举出控制器，在多网络融合时，不需要多控制器交互关闭其中一个或多个控制器，组网基本上不会给网络引入新的开销，网络效率高，基于该架构实现与延迟容忍网络的融合在战场通信网络、应急通信网络、无线网络等节点拓扑变化快、网络带宽受限环境下具有很强的应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例的模块结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细说明。

如图1所示，一种常规路由与延迟容忍网络融合分布式转发系统，包括控制器单元11、软交换单元12、路由管理模块13、延迟容忍模块14。控制器单元11、软交换单元12、路由管理模块13和延迟容忍模块14位于不同的主机，从而实现分布式架构。本领域技术人员理解，控制器单元11、软交换单元12、路由管理模块13和延迟容忍模块14也可以设置于同一主机上。

控制器单元11包括路由接收模块112、流表设置模块113、和数据处理模块114。路由接收模块112用于接收路由管理模块13发送的路由信息。流表设置模块113用于将路由管理模块13所发送的路由信息生成流表设置指令，然后将流表设置指令发送至软交换单元12。数据处理模块114用于接收软交换单元12所提交的数据报文，并将该数据报文发送至延迟容忍模块14。软交换单元12包括流表配置模块121和数据转发模块122。流表配置模块121用于根据控制器单元11所发的流表设置指令生成流表和相应的流表数据。流表由流表数据所组成。流表数据包括路由信息。路由信息分为可达的路由和不可达的路由。数据转发模块122用于接收待转发的数据报文，然后根据数据报文中的目的地址查找流表，当流表中能够找到相应目的地址所对应的流表数据时，向对应的网络发送数据报文。当流表中找不到相应目的地址所对应的流表数据时，将数据报文提交至控制器单元11。延迟容忍模块14用于接收控制器单元11所发送的数据报文，通过延迟容忍的方式发送该数据报文。

上述模块间的结构关系涉及两个过程：流表构建过程和数据报文转发过程。流表构建过程的步骤如下：

第一步，路由管理模块13独立运行自身的路由和组网协议，确定目的子网或目的地址的路由。

第二步，路由管理模块13将所确定的目的子网或目的地址的路由，告知或发送给控制器单元11。

第三步，控制器单元11根据路由管理模块13所发送的目的子网或目的地址的路由，生成相应的流表设置指令，并将该流表设置指令发送至软交换单元12。

第四步，软交换单元12的流表配置模块121根据控制器单元11所发送的流表设置指令生成相应的流表。

上述流表构建过程中，第一步和第二步由前述路由管理模块13和路由接收模块112所实现，第三步由流表设置模块113所实现，第四步由流表配置模块121所实现。流表由流表数据和缺省项信息所组成。流表数据包括路由信息。

需要指出的是，由于路由信息分为可达的路由和不可达的路由。当路由信息为可达的路由时，流表配置模块121则根据流表设置指令在流表中生成相应的流表数据；当路由信息为不可达的路由时，流表配置模块121则根据流表设置指令在流表中删除相应的流表数据。

在数据报文转发过程中，当一个携带有目的地址的分组，也就是数据报文，到达软交换单元12后，执行以下步骤：软交换单元12的数据转发模块121根据数据报文中的目的地址查找所述流表。当流表中能够找到相应目的地址所对应的流表数据时，向对应的网络发送所述数据报文。当流表中找不到相应目的地址所对应的流表数据时，将数据报文提交至控制器单元11的数据处理模块114。然后数据处理模块114将接收到的数据转发模块121所发的数据报文发送至延迟容忍模块14。最后由延迟容忍模块14将数据处理模块114所发送的数据报文通过延迟容忍的方式进行发送。

例如，路由管理模块13发现到目的子网130.45.33.0/24下一跳是A，下一跳A通过M93接口与本节点相连，则该路由管理模块13告知控制器单元11。然后，控制器单元11的流表设置模块113通过Openflow消息向软交换单元12发送流表设置指令，流表设置指令为:Match field: dst=130.45.33.0/24，actions={output: M93, next hop A}。由此，流表配置模块121生成相应的流表数据：

匹配目的地址	下一跳	输出端口	动作
				130.45.33.0/24	A	M93	output

此外，流表中还配置一条缺省项：

匹配字段	下一跳	输出端口	动作
				Table miss	N/A	Controller	output

当软交换单元12的数据转发模块122收到待转发的分组时，分组即为数据报文，数据转发模块122根据分组目的地址查找流表。设当前数据转发模块122收到一个目的地址为130.45.33.7的分组。由于流表中存在130.45.33.0所对应的流表数据，因此，数据转发模块122能够在流表中找到相应的流表数据，因此数据转发模块122通过输出端口M93将分组转发出去。如果该分组是一个没有路由的分组，如17.35.44.8。此时，数据转发模块122在流表中找不到对应的流表数据，数据转发模块122根据流表的缺省项指示，将该分组送往控制器单元11。当控制器单元11的数据处理模块114收到目的地址为17.35.44.8的分组后，由于该分组属于无路由分组，数据处理模块114将该分组转发给延迟容忍模块14。延迟容忍模块14根据自身协议栈运行，选择路由，对分组进行束(bundle)化、存储处理，延迟容忍模块14决定可以转发延迟容忍分组时刻，比如延迟容忍模块14通过自身控制消息发现目的地或是可转发的邻居时，该分组将被直接插入到相应输出队列，在本实施例里直接插入到输出端口M93输出队列中。由此，当路由管理模块13中不存在到特定目的地的路由时，通过延迟容忍模块14进行转发。最终实现有路由分组转发和无路由分组转发的融合。

Claims (3)

1.一种常规路由与延迟容忍网络融合分布式转发系统，其特征在于，包括控制器单元、路由管理模块、软交换单元和延迟容忍模块；

所述控制器单元包括路由接收模块、路由设置模块和数据处理模块；

所述路由接收模块用于接收所述路由管理模块发送的路由信息；

所述路由设置模块用于将所述路由管理模块所发送的路由信息生成流表设置指令，然后将所述流表设置指令发送至所述软交换单元；所述流表设置指令包含路由信息；

所述数据处理模块用于接收所述软交换单元所提交的数据报文，并将该数据报文发送至所述延迟容忍模块；

所述路由管理模块用于发现和管理相应子网的路由，并将相应的路由信息发送至所述控制器单元；

所述软交换单元包括流表配置模块和数据转发模块；所述流表配置模块用于根据控制器单元所发的流表设置指令生成流表和相应的流表数据；所述流表由流表数据所组成；所述流表数据包括路由信息；

所述数据转发模块用于接收待转发的数据报文，然后根据数据报文中的目的地址查找所述流表，当流表中能够找到相应目的地址所对应的流表数据时，向对应的网络发送所述数据报文；当流表中找不到相应目的地址所对应的流表数据时，将所述数据报文提交至所述控制器单元；

所述延迟容忍模块用于接收所述控制器单元所发送的数据报文，通过延迟容忍的方式发送该数据报文。

2.如权利要求1所述的常规路由与延迟容忍网络融合分布式转发系统，其特征在于，所述控制器单元、路由管理模块、软交换单元和延迟容忍模块位于不同主机。

3.一种常规路由与延迟容忍网络融合分布式转发方法，其特征在于，包括如下步骤：

R1：路由管理模块发现和管理相应子网的路由，并将相应的路由信息发送至控制器单元；

M1：控制器单元接收路由管理模块发送的路由信息；

M2：控制器单元将路由管理模块所发送的路由信息生成流表设置指令，然后将所述流表设置指令发送至软交换单元；所述流表设置指令包含路由信息；

C1：软交换单元根据控制器单元所发的流表设置指令生成流表和相应的流表数据；所述流表由流表数据所组成；所述流表数据包括路由信息；

C2：接收待转发的数据报文，然后根据数据报文中的目的地址查找所述流表，当流表中能够找到相应目的地址所对应的流表数据时，向对应的网络发送所述数据报文；当流表中找不到相应目的地址所对应的流表数据时，将所述数据报文提交至控制器单元；

M3：控制器单元接收所述软交换单元所发的数据报文，并将该数据报文发送至延迟容忍模块；

D1：延迟容忍模块将控制器单元所发送的数据报文通过延迟容忍的方式进行发送。

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