CN109981375B - 用于卫星通信仿真网络构建的方法和设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供用于构建卫星通信仿真网络的方法和设备。该方法基于Docker容器对包括中心站、终端站在内的各网元实现高逼真度模拟，所模拟节点在协议处理、业务通信、网络管理等角度具备与真实节点相一致的特征。本发明采用Docker服务器集群并提供集群管理工具，扩大了仿真网络的规模，且在操作和管理上提供了方便。本发明构建的卫星通信仿真网络所模拟节点数量可以超过1000个，为宽带卫星通信网络性能的验证和大规模组网演示提供支撑，为卫星通信网络关键技术、核心算法的验证仿真提供实验平台。

Description

用于卫星通信仿真网络构建的方法和设备

技术领域

本发明一般地涉及卫星通信技术领域。更具体地，本发明涉及用于卫星通信仿真网络构建的方法和设备。

背景技术

在卫星通信网络的性能验证中，当对上千个终端构成的大规模网络进行压力测试时，使用真实的终端站进行测试环境部署将较为困难，测试成本较大，定位问题比较困难，故进行大规模卫星通信网络仿真是非常有必要的。

目前，卫星通信领域的测试大多针对单个网元的基本功能、通信流程进行测试，缺少对大规模通信网元构成的网络所造成压力的测试。因此，需要一种大规模卫星通信网络的仿真构建方法，构建一个含有上千终端站，多个中心站的卫星通信网络。

发明内容

鉴于上文的描述，本发明至少要解决的技术问题是如何针对大规模的卫星通信网络来进行高逼真度的仿真，以便减小测试成本并获得准确的测试。

为此，本发明采用Docker容器运行模拟网元并构建集群达到仿真大规模通信网络的目的。本发明中的仿真系统部署比较简单，网元的创建、管理比较高效、便捷，网元的协议行为与真实网元一致，能够较为准确、全面为大规模通信网络的性能验证提供支撑。

在一个方面中，本发明提供一种用于构建卫星通信仿真网络的方法，包括：

将所仿真的卫星通信网络的网元运行在Docker容器中，Docker容器分布于服务器上；

在所述服务器间构建物理机网络；

在所述Docker容器间构建Docker容器网络；

构建以卫星通信网络为媒介进行实际业务传输的网元业务传输网络，

其中以集群管理的方式对创建的多个所述Docker容器进行操作和管理。

在一个实施例中，所述网元符合DVB-RCS2协议，包括中心站和终端站，终端站在中心站的覆盖范围内完成上线或在多个中心站间进行切换。

在一个实施例中，所述中心站包括信关站、模拟调制器、模拟解调器，所述信关站配置成控制终端站的接入，为终端站分配用于信令传输和业务传输的时隙资源，所述模拟调制器配置成为所述信关站与终端站间的前向链路提供接口，而所述模拟解调器配置成为所述终端站与信关站间的回传链路提供接口。

在一个实施例中，所述终端站包括固定终端站或移动终端站，新建的所述终端站将在覆盖其位置的中心站进行接入，所述固定终端站在创建后不能移动，而所述移动终端站配置成根据用户指定的运动速度和目的地进行移动，在所述移动终端站移动的过程中，若所述移动终端站移动到新的中心站下时，则进行中心站切换，在新的中心站上进行接入。

在一个实施例中，所述集群包括一个主节点和一个或多个子节点，所述主节点上运行有主节点代理，子节点上运行有子节点代理，所述集群由主节点代理进行管理，所述主节点和子节点启动后都会创建一个OVS网桥，所述主节点和子节点上的OVS网桥通过VXLAN连接，所述Docker容器作为集群的最小操作单元挂载在OVS网桥上。

在一个实施例中，所述主节点代理配置成至少执行以下的操作：1)作为集群的管理者来管理子节点的加入和退出；2)查看加入当前集群的节点的列表及每个节点的状态；3)指定新建的Docker容器创建于何节点之上；4)为所述Docker容器分配IP地址，并指定仿真网元类型。

在一个实施例中，子节点代理配置成至少执行以下的操作：1)启动后加入到主节点管理的集群中，并在子节点上创建OVS网桥；2)接收并执行所述主节点代理下发的Docker容器创建或操作指令，并向主节点代理上报子节点当前的状态信息。

在一个实施例中，所述物理机网络、Docker容器网络、卫星通信网络、网元业务传输网络间既相互分离又相互依赖，其中所述网元业务传输网络由所述卫星通信网络承载，所述卫星通信网络由所述Docker容器网络承载，所述Docker容器网络由所述物理机网络承载。

在一个实施例中，所述Docker容器网络是不同节点上的OVS网桥通过VXLAN连接所建立的二层网络，并且不同物理设备上的Docker容器处在同一个碰撞域中。

在另一个方面中，本发明提供一种用于构建卫星通信仿真网络的设备，包括：

处理器；

存储器，其包括计算机可执行的程序指令，当所述程序指令由所述处理器执行时，使得所述设备至少执行以下的操作：

将所仿真的卫星通信网络的网元运行在Docker容器中，Docker容器分布于服务器上；

在所述服务器间构建物理机网络；

在所述Docker容器间构建Docker容器网络；

构建以卫星通信网络为媒介进行实际业务传输的网元业务传输网络，

其中以集群管理的方式对创建的多个所述Docker容器进行操作和管理。

可以看出，本发明涉及到基于Docker轻量虚拟化技术的大规模卫星通信仿真网络的构建方法和设备。本发明可以基于现有卫星通信网络来构建用于大规模卫星通信仿真的网络。通过将卫星通信网元模拟程序运行在Docker容器里，创建Docker集群来实现大规模网络(模拟节点数量可以超过1000个)的构建，从而为卫星通信网络性能的验证提供支撑，为卫星通信网络关键技术、核心算法的验证仿真提供良好的实验平台。本发明采用Docker服务器集群并提供集群管理工具，扩大了仿真网络的规模，且在操作和管理上提供了方便。

附图说明

通过阅读仅作为示例提供并且参考附图进行的以下描述，将更好地理解本发明及其优点，其中：

图1是根据本发明实施例的基于Docker容器的大规模仿真网络的示意图；

图2是根据本发明实施例的Docker容器网络构建的流程图；

图3是根据本发明实施例的主节点和子节点的配置的流程图；以及

图4是根据本发明实施例的构建多层网络的流程图。

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。

图1是根据本发明实施例的基于Docker容器的大规模仿真网络的示意图。如图1中所示，根据本发明构建的大规模仿真网络可以包括4层网络，分别为：网元业务传输网络101、卫星通信网络102、Docker容器网络103和物理机网络(或物理网络)104。进一步可以看出，仿真卫星通信网络中的仿真网元109运行在Docker容器108中。Docker容器分布于各服务器上，例如主节点或子节点上，这些服务器间构成物理机网络104，而Docker容器间构成Docker容器网络103，而多个仿真网元间构成卫星通信网络102。

在一个实施例中，仿真网元可以符合DVB-RCS2协议，包括中心站和终端站，终端站可以在中心站的覆盖范围内完成上线，也可以在多中心站间进行切换。中心站与终端站之间、终端站与终端站之间可以传输视频、网页等实际业务。

在一个实施例中，中心站可以至少包括信关站、模拟调制器和模拟解调器。在一个实施例中，所述信关站的作用可以是控制终端站的接入，为终端站分配用于信令传输、业务传输的时隙资源。在一个实施例中，模拟调制器的作用可以是为信关站与终端站间的前向链路提供接口。在一个实施例中，模拟解调器的作用可以是为终端站与信关站间的回传链路提供接口。

在一个实施例中，终端站可以包括固定终端站和移动终端站。根据不同的技术实现，新建的终端将在覆盖其位置的中心站进行接入。固定终端站创建后不能移动，移动终端站可以根据用户指定的运动速度和目的地进行移动。在移动终端站移动的过程中，若移动终端站移动到新的中心站下时，则进行中心站切换，在新的中心站上进行接入。

如前所述，本发明提出以集群的方式来对Docker容器进行操作和管理。如图1中所示，每个集群可以包括一个主节点和一个或多个子节点，如主节点106和子节点105和107。在一个实施例中，如图中所示，主节点上可以运行有主节点代理，子节点上可以运行有子节点代理。在一个实施例中，集群由主节点代理进行管理，主节点和子节点启动后都会创建一个OVS(OpenvSwitch)网桥，如图中的多个OVS 110所示。主节点和子节点上的OVS网桥可以通过VXLAN连接。与之相对应，Docker容器可以挂载在OVS网桥上，从而作为集群中的最小操作单元进行操作。

在一个实施例中，主节点可以是一台服务器或一台物理机，在主节点上部署有主节点代理。主节点代理启动后，会在主节点上创建一个OVS网桥。主节点代理可以配置成：1)负责管理子节点的加入和退出；2)提供可供查看的、加入当前集群的节点的列表及每个节点的状态；3)作为集群的管理者，可以指定新建的Docker容器创建于哪个节点之上，可以为Docker容器分配IP地址，或指定仿真网元的类型。

在一个实施例中，子节点可以是一台服务器或一台物理机，在子节点上部署有子节点代理。子节点代理启动后会加入到主节点管理的集群中，并在子节点上创建一个OVS网桥。在一个实施例中，子节点代理负责接收并执行主节点代理下发的Docker容器创建或操作指令，并向主节点代理上报子节点当前的状态信息。

根据本发明的实施例，主节点代理和子节点代理启动后，可以创建运行多个信关站、模拟调制器、模拟解调器、终端站(例如1000个或以上)的容器，终端站在一个信关站上登录上线后，将终端站切换到另一个信关站上，终端站仍能登录上线。

如图1中所示的4层网络间既相互分离又相互依赖，其中网元业务传输网络由卫星通信网络承载，卫星通信网络由Docker容器网络承载，Docker容器网络由物理机网络承载。在一个实施例中，物理机网络是指服务器或物理机等物理设备构成的局域网，它是大规模卫星通信仿真网络最基础、最底层的传输网络；

在一个实施例中，Docker容器网络是指不同节点上的OVS网桥通过VXLAN连接所建立的二层网络，即所有的Docker容器都位于同一个二层网络，不同物理设备上的Docker容器处在同一个碰撞域中。在一个实施例中，卫星通信网络可以是指中心站、终端站之间的卫星通信仿真网络。该网络承载了中心站与终端站间的信令交互以及终端站与中心站、终端站与终端站间的业务传输。在一个实施例中，网元业务传输网络可以是用户机通过终端站，以卫星通信网络为媒介进行实际业务传输的网络。由用户机发出的业务会被终端站抓取并通过卫星通信网络进行传输。传输实际业务时，需要在用户物理机和终端站上分别创建隧道代理，如图1中所示的隧道代理112，用户机与终端站之间通过隧道代理传输实际业务。

根据上面结合图1的描述，本领域技术人员可以理解本发明提供了一种基于Docker容器的大规模卫星通信网络的构建方法，将卫星通信模拟网元运行在Docker容器里，创建Docker集群来构建大规模网络，从而可以验证大规模卫星通信网络中的关键技术、核心算法及通信性能。

图2是根据本发明实施例的Docker容器网络的构建的流程图。如前文所述，根据本发明实施例的Docker容器网络的构建包括对Docker集群的创建和管理。为了达到上述目的，该构建过程可以包括以下步骤：

在步骤201处，在物理机上创建一个OVS网桥，命名为ovs_br1；

在步骤202处，在物理机上创建无网络Docker容器；

在步骤203处，将Docker容器的网卡与ovs_br1的一个端口绑定；

在步骤204处，进入Docker容器，为Docker容器的网卡配置互联网协议(IP)地址；

在步骤205处，在另一台物理机上创建一个OVS网桥，命名为ovs_br2；

在步骤206处，在ovs_br2所在的物理机上重复步骤202-步骤204；

在步骤207处，在ovs_br1上创建一个VXLAN端口，远端地址设为ovs_br2所在的物理机地址；

在步骤208处，在ovs_br2上创建一个VXLAN端口，远端地址设为ovs_br1所在的物理机地址。

图3是根据本发明实施例的主节点和子节点的配置的流程图。如前文所述，在根据本发明的Docker集群中，采用主节点代理进行集群管理的方式，对容器网络里的所有Docker容器进行操作和管理，为了达到上述目的，配置流程可以包括以下步骤：

在步骤301处，在一台物理机上部署主节点代理程序；

在步骤302处，配置主节点代理的启动参数，运行主节点代理程序；

在步骤303处，在另一台物理机上部署子节点代理程序；

在步骤304处，配置子节点代理的启动参数，运行子节点代理程序。

作为示例，在所述步骤302中，配置主节点代理的启动参数可以包括：主节点代理所在的物理机IP地址、端口号，是否清理本机OVS数据等中的一个或多个。作为示例，在所述步骤304中，配置子节点代理的启动参数可以包括：子节点代理所在的物理机IP地址、端口号、主节点代理所在的物理机IP地址、端口号，是否清理本机OVS数据等中的一个或多个。

图4是根据本发明实施例的构建多层网络的流程图。如前文所述，大规模卫星通信仿真网络中各终端站之间进行实际业务的传输，需要构建多层网络(例如本发明的4层网络)。为了达到上述目的，该构建过程可以包括以下步骤：

在步骤401处，将本发明中使用的物理机IP配置在同一网段，并连接在同一个交换机上；

在步骤402处，启动主节点代理和子节点代理程序；

在步骤403处，分别创建运行信关站、模拟调制器、模拟解调器、终端站程序的Docker容器；

在步骤404处，启动转发业务的隧道代理程序。

作为示例，在所述步骤401中，本发明中使用的物理机可以连接在同一个交换机上，从而形成一个物理机网络；

作为示例，在所述步骤402中，启动主节点代理和子节点代理程序时可以创建OVS网桥，而不同主机的OVS网桥又可以通过VXLAN连接，从而形成Docker容器网络；

作为示例，在所述步骤403中，还可以运行卫星通信网络中网元模拟程序，从而形成卫星通信网络；

作为示例，在所述步骤404启动隧道代理程序后，可以将业务通过隧道代理转发到网元，以卫星通信网络为承载进行传输，从而形成网元业务传输网络。

通过上文的描述，本领域技术人员可以理解本发明基于现有的卫星通信网络提出了一种基于轻量级虚拟化的大规模网络仿真构建方法，采用Docker容器承载网元，使网络部署更加高效、便捷。采用集群化管理方式，提高了创建、操作容器的效率，达到了快速灵活控制容器的目的。Docker容器网络跨主机部署，扩大了建网的规模，实现构建大规模卫星通信仿真网络的目标。

在一些实施例中，本发明的方法也可以通过计算机可读的记录介质以计算机可读代码来体现。计算机可读记录介质包括存储可通过计算机系统解读的数据的所有种类的记录介质。该记录介质例如可以包括但不限于只读存储器(ROM，“Read Only Memory”)、随机存取存储器(RAM，“Random Access Memory”)、磁盘、磁盘、光盘、闪存等。进一步，这些计算机可读的记录介质可以通过通信网络(包括计算机通信网络、蜂窝通信网络或局域域通信网络)在各个通信实体之间传播或扩散，从而也可以通过任意的方式来运行存储在计算机可读存储介质上的计算机可读指令或计算机可执行代码。

虽然本发明所实施的方式如上，但所述内容只是为便于理解本发明而采用的实施例，并非用以限定本发明的范围和应用场景。任何本发明所述技术领域内的技术人员，在不脱离本发明所揭露的精神和范围的前提下，可以在实施的形式上及细节上作任何的修改与变化，但本发明的专利保护范围，仍须以所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (9)

1.一种用于构建卫星通信仿真网络的方法，包括：

将所仿真的卫星通信网络的网元运行在Docker容器中，所述Docker容器分布于服务器上；

在所述服务器间构建物理机网络；

在所述Docker容器间构建Docker容器网络；

构建以卫星通信网络为媒介进行实际业务传输的网元业务传输网络，

其中以集群管理的方式对创建的多个所述Docker容器进行操作和管理；

所述集群包括一个主节点和一个或多个子节点，所述主节点上运行有主节点代理，子节点上运行有子节点代理，所述集群由主节点代理进行管理，所述主节点和子节点启动后都会创建一个OVS网桥，所述主节点和子节点上的OVS网桥通过VXLAN连接，所述Docker容器作为集群的最小操作单元挂载在OVS网桥上。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所述网元符合DVB-RCS2协议，包括中心站和终端站，终端站在中心站的覆盖范围内完成上线或在多个中心站间进行切换。

3.根据权利要求2所述的方法，其中所述中心站包括信关站、模拟调制器、模拟解调器，所述信关站配置成控制终端站的接入，为终端站分配用于信令传输和业务传输的时隙资源，所述模拟调制器配置成为所述信关站与终端站间的前向链路提供接口，而所述模拟解调器配置成为所述终端站与信关站间的回传链路提供接口。

4.根据权利要求3所述的方法，其中所述终端站包括固定终端站或移动终端站，新建的所述终端站将在覆盖其位置的中心站进行接入，所述固定终端站在创建后不能移动，而所述移动终端站配置成根据用户指定的运动速度和目的地进行移动，在所述移动终端站移动的过程中，若所述移动终端站移动到新的中心站下时，则进行中心站切换，在新的中心站上进行接入。

5.根据权利要求1所述的方法，其中所述主节点代理配置成至少执行以下的操作：1)作为集群的管理者来管理子节点的加入和退出；2)查看加入当前集群的节点的列表及每个节点的状态；3)指定新建的Docker容器创建于何节点之上；4)为所述Docker容器分配IP地址，并指定仿真网元的类型。

6.根据权利要求1所述的方法，其中所述子节点代理配置成至少执行以下的操作：1)启动后加入到主节点管理的集群中，并在子节点上创建OVS网桥；2)接收并执行所述主节点代理下发的Docker容器创建或操作指令，并向主节点代理上报子节点当前的状态信息。

7.根据权利要求1所述的方法，其中所述网元业务传输网络由所述卫星通信网络承载，所述卫星通信网络由所述Docker容器网络承载，所述Docker容器网络由所述物理机网络承载。

8.根据权利要求1所述的方法，其中所述Docker容器网络是不同节点上的OVS网桥通过VXLAN连接所建立的二层网络，并且不同物理设备上的Docker容器处在同一个碰撞域中。

9.一种用于构建卫星通信仿真网络的设备，包括：

处理器；

存储器，其包括计算机可执行的程序指令，当所述程序指令由所述处理器执行时，使得所述设备至少执行以下的操作：

将所仿真的卫星通信网络的网元运行在Docker容器中，Docker容器分布于服务器上；

在所述服务器间构建物理机网络；

在所述Docker容器间构建Docker容器网络；

构建以卫星通信网络为媒介进行实际业务传输的网元业务传输网络，

其中以集群管理的方式对创建的多个所述Docker容器进行操作和管理；

所述集群包括一个主节点和一个或多个子节点，所述主节点上运行有主节点代理，子节点上运行有子节点代理，所述集群由主节点代理进行管理，所述主节点和子节点启动后都会创建一个OVS网桥，所述主节点和子节点上的OVS网桥通过VXLAN连接，所述Docker容器作为集群的最小操作单元挂载在OVS网桥上。

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