CN110034817A - 基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法及装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例提供了一种基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法及装置。LEO卫星网络架构包括控制平面和数据平面，控制平面包括中心控制器及多个本地控制器，数据平面包括多个LEO卫星节点以及接入各LEO卫星节点的用户终端，控制平面可以位于地面，通过将数据平面的集中化管理和控制放在地面上，并由一个本地控制器去监控其子网下的LEO卫星节点，本地控制器与LEO卫星节点之间的距离远远小于GEO卫星节点与LEO卫星节点之间的距离，降低了通信过程中的时延和流量损耗。

Description

基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法及装置
技术领域
本发明涉及空间卫星网络平台技术领域，特别是涉及一种基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法及装置。
背景技术
随着空间信息技术的发展，卫星网络在导航定位、通信广播、气象预测、军事方面等发挥越来越重要的作用，以卫星网络为核心的空间网络平台日益成为各国持续研究与发展的战略性目标。卫星网络在下一代通信网络中扮演着重要的角色，卫星网络的研究对促进空间信息技术的发展具有重要的意义。
目前，卫星网络架构主要为基于SDN(Software Defined Network，软件定义网络)的多层卫星网络架构。该网络架构中包括数据平面、控制平面和管理平面。数据平面包括分布在世界各地的LEO(Low Earth Orbit，低轨道)卫星节点以及接入各LEO卫星节点的用户终端，数据平面运行相关的协议实现数据包的转发；控制平面至少包含三个GEO(Geostationary Earth Orbit，同步轨道)卫星节点，能够覆盖地球，实现数据平面的集中化管理和控制，例如链路状态、网络流量等的监控，控制平面将卫星网络的状态信息发送到管理平面来获得卫星全局网络的拓扑信息；管理平面包括网络运营中心和控制中心，部署在地面上，管理平面为各种应用程序运行不同的功能模块，包括路由计算、网络虚拟化、安全性、资源利用以及移动性管理等。
基于SDN的多层卫星网络架构中，由于GEO卫星节点离地球表面较远，导致GEO卫星节点对数据平面的管理和控制，以及管理平面进行全局网络的拓扑信息同步过程耗时较长，使得用户终端之间通信过程的时延较大，且通信过程具有较大的流量损耗。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法及装置，以降低通信过程中的时延和流量损耗，具体技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法，应用于基于SDN的LEO卫星网络架构的控制平面中的本地控制器，所述LEO卫星网络架构包括控制平面和数据平面，所述控制平面包括中心控制器及多个本地控制器，所述数据平面包括多个LEO卫星节点以及接入各LEO卫星节点的用户终端，所述方法包括：
接收第一卫星节点发送的通信请求报文；所述通信请求报文包括请求通信的源终端的源终端信息及所述源终端请求通信的目的终端的目的地址信息；所述第一卫星节点为所述源终端接入的卫星节点；
基于所述目的地址信息，从第一用户终端信息表中查询所述目的地址信息对应的目的终端信息；所述第一用户终端信息表存储在所述本地控制器中，记录有所述本地控制器管理的子网中各卫星节点下连接的用户终端的终端信息；
若从所述第一用户终端信息表中未查询到所述目的终端信息，则发送所述通信请求报文至所述中心控制器，以使所述中心控制器基于所述目的地址信息，从第二用户终端信息表中查询所述目的终端信息，并在查询到所述目的终端信息后，发送通信响应报文至各本地控制器；所述通信响应报文包括所述目的终端信息；所述第二用户终端信息表存储在所述中心控制器中，记录有所述LEO卫星网络中所有卫星节点下连接的用户终端的终端信息；
接收所述中心控制器发送的所述通信响应报文；
根据所述源终端信息及所述目的终端信息，基于预先已同步的所述LEO卫星网络的拓扑信息，确定所述源终端至所述目的终端的转发路径，生成流表表项；
根据所述流表表项，发送所述流表表项至所述子网中所述流表表项对应的各卫星节点，以使所述子网中的各卫星节点按照所述流表表项转发所述源终端发送的数据报文。
第二方面，本发明提供了一种基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法，应用于基于SDN的LEO卫星网络架构的控制平面中的中心控制器，所述LEO卫星网络架构包括控制平面和数据平面，所述控制平面包括中心控制器及多个本地控制器，所述数据平面包括多个LEO卫星节点以及接入各LEO卫星节点的用户终端，所述方法包括：
接收第一本地控制器发送的通信请求报文；所述通信请求报文包括请求通信的源终端的源终端信息及所述源终端请求通信的目的终端的目的地址信息；所述第一本地控制器为管理所述源终端接入的第一卫星节点所属子网的本地控制器；
基于所述目的地址信息，从第二用户终端信息表中查询所述目的终端信息；所述第二用户终端信息表存储在所述中心控制器中，记录有所述LEO卫星网络中所有卫星节点下连接的用户终端的终端信息；
在查询到所述目的终端信息后，发送通信响应报文至各本地控制器，所述通信响应报文包括所述目的终端信息，以使所述第一本地控制器根据所述源终端信息及所述目的终端信息，基于预先已同步的所述LEO卫星网络的拓扑信息，确定所述源终端至所述目的终端的转发路径，生成流表表项，并发送所述流表表项至所管理的子网中所述流表表项对应的各卫星节点。
第三方面，本发明还提供了一种基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由装置，应用于基于SDN的LEO卫星网络架构的控制平面中的本地控制器，所述LEO卫星网络架构包括控制平面和数据平面，所述控制平面包括中心控制器及多个本地控制器，所述数据平面包括多个LEO卫星节点以及接入各LEO卫星节点的用户终端，所述装置包括：
接收模块，用于接收第一卫星节点发送的通信请求报文；所述通信请求报文包括请求通信的源终端的源终端信息及所述源终端请求通信的目的终端的目的地址信息；所述第一卫星节点为所述源终端接入的卫星节点；
查询模块，用于基于所述目的地址信息，从第一用户终端信息表中查询所述目的地址信息对应的目的终端信息；所述第一用户终端信息表存储在所述本地控制器中，记录有所述本地控制器管理的子网中各卫星节点下连接的用户终端的终端信息；
发送模块，用于若从所述第一用户终端信息表中未查询到所述目的终端信息，则发送所述通信请求报文至所述中心控制器，以使所述中心控制器基于所述目的地址信息，从第二用户终端信息表中查询所述目的终端信息，并在查询到所述目的终端信息后，发送通信响应报文至各本地控制器；所述通信响应报文包括所述目的终端信息，所述第二用户终端信息表存储在所述中心控制器中，记录有所述LEO卫星网络中所有卫星节点下连接的用户终端的终端信息；
所述接收模块，还用于接收所述中心控制器发送的所述通信响应报文；
路径确定模块，用于根据所述源终端信息及所述目的终端信息，基于预先已同步的所述LEO卫星网络的拓扑信息，确定所述源终端至所述目的终端的转发路径，生成流表表项；
所述发送模块，还用于根据所述流表表项，发送所述流表表项至所述子网中所述流表表项对应的各卫星节点，以使所述子网中的各卫星节点按照所述流表表项转发所述源终端发送的数据报文。
第四方面，本发明还提供了一种基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由装置，应用于基于SDN的LEO卫星网络架构的控制平面中的中心控制器，所述LEO卫星网络架构包括控制平面和数据平面，所述控制平面包括中心控制器及多个本地控制器，所述数据平面包括多个LEO卫星节点以及接入各LEO卫星节点的用户终端，所述装置包括：
接收模块，用于接收第一本地控制器发送的通信请求报文；所述通信请求报文包括请求通信的源终端的源终端信息及所述源终端请求通信的目的终端的目的地址信息；所述第一本地控制器为管理所述源终端接入的第一卫星节点所属子网的本地控制器；
查询模块，用于基于所述目的地址信息，从第二用户终端信息表中查询所述目的终端信息；所述第二用户终端信息表存储在所述中心控制器中，记录有所述LEO卫星网络中所有卫星节点下连接的用户终端的终端信息；
发送模块，用于在查询到所述目的终端信息后，发送通信响应报文至各本地控制器，所述通信响应报文包括所述目的终端信息，以使所述第一本地控制器根据所述源终端信息及所述目的终端信息，基于预先已同步的所述LEO卫星网络的拓扑信息，确定所述源终端至所述目的终端的转发路径，生成流表表项，并发送所述流表表项至所管理的子网中所述流表表项对应的各卫星节点。
可见，本发明实施例提供的基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法及装置，LEO卫星网络架构包括数据平面和控制平面，数据平面包括多个LEO卫星节点以及接入各LEO卫星节点的用户终端，控制平面包括中心控制器及多个本地控制器。本地控制器收到数据平面中的第一卫星节点发送的通信请求报文，基于通信请求报文中的目的地址信息，从第一用户终端信息中查询目的地址信息对应的目的终端信息，若未查询到，则发送通信请求报文至中心控制器，由中心控制器从第二用户终端信息表中查询目的终端信息，本地控制器接收中心控制器查询到的目的终端信息，并根据源终端信息和目的终端信息，基于预先已同步的LEO卫星网络的拓扑信息，确定源终端至目的终端的转发路径，生成流表表项，根据流表表项，发送流表表项至所管理的子网中流表表项对应的各卫星节点，使得各卫星节点可以按照流表表项转发源终端发送的数据报文。控制平面可以位于地面，通过将数据平面的集中化管理和控制放在地面上，并由一个本地控制器去监控其子网下的LEO卫星节点，本地控制器与LEO卫星节点之间的距离远远小于GEO卫星节点与LEO卫星节点之间的距离，降低了通信过程中的时延和流量损耗。
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(a)为现有技术的全球星网络架构示意图；
图1(b)为现有技术的基于SDN的多层卫星网络架构示意图；
图2为本发明实施例提供的基于SDN的LEO卫星网络架构示意图；
图3为本发明实施例提供的基于SDN的LEO卫星网络中本地控制器与中心控制器交互实现基于SDN的LEO卫星网络路由方法的流程示意图；
图4为本发明实施例提供的子网的拓扑信息获取的流程示意图；
图5为本发明一实施例提供的用户终端接入的卫星切换时的卫星通信的执行流程示意图；
图6为本发明另一实施例提供的用户终端接入的卫星切换时的卫星通信的执行流程示意图；
图7为本发明实施例提供的同一本地控制器下的卫星通信流程示意图；
图8为本发明实施例提供的不同本地控制器下的卫星通信流程示意图；
图9为本发明实施例提供的同一控制器下的卫星切换时的卫星通信流程示意图；
图10为本发明实施例提供的不同一控制器下的卫星切换时的卫星通信流程示意图；
图11为本发明实施例提供的应用于本地控制器的基于SDN的LEO卫星网络路由装置的结构示意图；
图12为本发明实施例提供的应用于中心控制器的基于SDN的LEO卫星网络路由装置的结构示意图；
图13为本发明实施例提供的本地控制器的结构示意图；
图14为本发明实施例提供的中心控制器的结构示意图。
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、完整的描述，显然，所描述的实施例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。
为了降低通信过程中的时延和流量损耗，本发明实施例提供了一种基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法、装置、本地控制器、中心控制器及机器可读存储介质，以下分别进行详细说明。
本发明实施例中的术语解释如下：
GEO卫星节点：距离地球表面35000km，单个GEO卫星节点就能覆盖地球表面将近1/3的区域，只要三个GEO卫星节点就能形成一个基本覆盖全球的卫星网络，GEO卫星节点的星地链路的传输时延大、传输损耗大、小功率的地面设备无法直接接入GEO卫星网络。
LEO卫星节点：距离地球表面一般为500km～1500km，距离地球表面较近，每个卫星节点的覆盖面积较小，因此，为了构成覆盖全球的卫星网络，需要由大量的LEO卫星节点组成网络来实现。
SDN：是一种数据控制分离、软件可编程的新型网络架构。SDN采用了集中式的控制平面和分布式的转发平面，两个平面相互分离，控制平面能够对转发平面上的网络设备进行集中式控制，并提供灵活的可编程能力。在SDN架构中，控制平面通过南向接口在控制器和网络设备之间进行控制信令的交互，实现对网络设备的集中控制。转发平面的网络设备通过接收控制信令生成转发表，并根据转发表来处理网络设备间的数据，不再需要使用复杂的分布式网络协议进行数据转发。与某种具体的协议不同，SDN是一种网络体系框架，这种框架可以包含多种接口协议，比如OpenFlow(开源)等南向接口协议实现SDN控制器和SDN交换机的交互，使用北向接口协议实现业务应用与SDN控制器的交互，基于SDN的网络架构更加系统化，具有更好的数据处理和网络设备管控能力。同时，SDN网络架构具有较强的开放性，能对整个网络进行抽象，为用户提供完备的编程接口，能够根据上层应用的特点，个性化地定制网络资源来满足特定的需求。
如图1(a)所示，为传统的全球星网络架构采用的是星状网络结构，用户终端之间不能直接通过卫星节点中继通信，它们之间的通信必须要先经过一跳卫星节点中继到地面站，再经过一跳卫星节点中继到另一个用户终端，这样的两跳过程，导致了更长的传播时延，降低了网络管理的时效性。
针对传统的全球星网络架构的上述问题，相应的有一种基于SDN的多层卫星网络架构，如图1(b)所示。该网络架构下包括数据平面、控制平面和管理平面。数据平面包括分布在世界各地的用户终端和LEO卫星节点，数据平面运行相关的协议实现数据包的转发。控制平面至少包含三个GEO卫星节点，控制平面通过南向接口监控数据平面的状态信息，例如链路状态、网络流量等。管理平面包括网络运营中心和控制中心，部署在地面上。控制平面对数据平面中的LEO卫星节点进行监控和管理，采集网络的链路信息(链路的连通性、链路的带宽、时延)以及卫星节点信息。控制平面将数据平面中LEO卫星节点的状态信息发送到管理平面来获得全局网络的拓扑信息。管理平面为各种应用程序运行不同的功能模块，包括路由计算、网络虚拟化、安全性、资源利用以及移动性管理等。管理平面根据控制平面提供的全局网络的状态信息进行路由计算并生成流表表项下发到数据平面。
但是数据平面包含的LEO卫星节点的数量能达到2000多个，而控制平面GEO卫星节点的数量仅为3个。在控制平面对数据平面进行管理的过程中，随着网络规模的扩展，GEO卫星节点和LEO卫星节点之间的大量的信息传输将出现网络拥塞的情况，控制平面将无法及时有效的对数据平面的数据进行处理，GEO卫星节点承载的有限性限制了网络的可扩展性。
如图2所示，为本发明实施例提供的基于SDN的LEO卫星网络架构示意图，该网络架构为一种HTCA(Hierarchical Terrestrial Controllers Architecture，分层的地面多控制器架构)，包括控制平面和数据平面，数据平面包括多个LEO卫星节点以及接入各LEO卫星节点的用户终端，各LEO卫星节点和用户终端之间为多层卫星基础设施；控制平面可以部署在地面，包括中心控制器及多个本地控制器，本地控制器监控其子网范围内的LEO卫星节点，每个LEO卫星节点都能连接到控制器。控制平面的本地控制器通过南向接口监控数据平面的LEO卫星节点组成的卫星网络的状态信息，例如链路状态、网络流量的监控等，并根据卫星网络的状态信息来获得卫星网络的拓扑信息。本地控制器之间可以相互连通，互相交换网络拓扑信息，实现全局网络的拓扑信息的同步。中心控制器用于协调多个本地控制器的通信，本地控制器将子网的用户终端信息上交到中心控制器，中心控制器将各子网的用户终端信息进行聚合，实现所有用户终端信息的存储。
在图2所示的架构中，数据平面运行相关的协议(例如OpenFlow协议、LLDP(LinkLayer Discovery Protocol，链路层发现协议)等)实现数据报文的转发，这些协议对每个数据报文的报文头进行匹配，例如IP(Internet Protocol，互联网协议)地址、端口号、用户定义的字段、组播等字段，根据匹配结果完成数据报文转发。
这种将数据平面的集中化管理和控制放在地面上，由多个本地控制器去监控LEO卫星节点的方式，比原有的GEO卫星节点去管理数据平面会更及时有效，使得卫星网络具有更好的可扩展性。同时，本地控制器与LEO卫星节点之间的距离远远小于GEO卫星节点与LEO卫星节点之间的距离，传输时延会小很多，传输过程流量损耗也会小很多。
下面，从本地控制器和中心控制器交互执行的过程，对基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法进行介绍，如图3所示，可以包括如下步骤。
S301，本地控制器接收第一卫星节点发送的通信请求报文。
其中，通信请求报文可以包括请求通信的源终端的源终端信息及源终端请求通信的目的终端的目的地址信息，第一卫星节点为源终端接入的卫星节点。
第一卫星节点为本地控制器管理的子网中的一个卫星节点，第一卫星节点下接入有请求与目的终端通信的源终端，本地控制器管理LEO卫星网络中的一部分LEO卫星节点，通常为距离本地控制器最近的几个LEO卫星节点。在源终端有向目的终端发送数据报文的需求时，源终端会向其接入的LEO卫星节点发起通信请求报文，LEO卫星节点会将通信请求报文转发到本地控制器进行路径规划，为了便于本地控制器进行路径规划，通信请求报文中至少包括有源终端的源终端信息和目的终端的目的地址信息，源终端信息中可以包括源IP地址、源MAC(Media Access Control，介质访问控制)地址、源终端接入的第一卫星节点的IP地址、接入端口号等，目的地址信息包括目的IP地址、目的MAC地址等地址信息。
S302，本地控制器基于目的地址信息，从第一用户终端信息表中查询目的地址信息对应的目的终端信息。
其中，第一用户终端信息表存储在本地控制器中，记录有其管理的子网中各LEO卫星节点下连接的用户终端的终端信息。
本地控制器在接收到由第一卫星节点转发来的通信请求报文后，对通信请求报文中的信息进行识别，识别出目的地址信息。在本地控制器中维护有一个用户终端信息表，该用户终端信息表中记录着本地控制器管理的子网中各LEO卫星节点下连接的用户终端的终端信息(包括用户终端的IP地址、MAC地址、接入的卫星节点的IP地址、接入端口号等等)，则基于目的地址信息，可以从本地控制器维护的第一用户终端信息表中查询相应的目的终端信息，如目的终端接入的卫星节点的IP地址、接入端口号等。如果查询到，则说明源终端和目的终端在一个子网下，数据报文可以直接在该子网内传输；如果查询不到，则说明源终端和目的终端不在一个子网下，数据报文需要跨子网传输。
第一用户终端信息表可以是在用户终端接入LEO卫星节点的时候，通过入网认证的方式，在本地控制器记录下其管理的子网内的用户终端的用户终端信息，这个过程可以采用传统的用户终端入网认证方式，不属于本发明实施例重点讨论的内容，故在这里不做详述。
S303，若本地控制器未查询到目的终端信息，则发送通信请求报文至中心控制器。
如果没有从第一用户终端信息表中查询到目的终端信息，则说明源终端和目的终端不在一个子网下，数据报文需要跨子网传输，而本地控制器并不知道目的终端具体在哪一个子网下，只有中心控制器中记录有所有子网中用户终端的终端信息，因此，本地控制器会将通信请求报文发送至中心控制器，由中心控制器查询目的终端的终端信息。
可选的，在执行S302之后，本发明实施例所提供的方法还可以执行如下步骤：
若从第一用户终端信息表中查询到目的终端信息，则根据源终端信息及目的终端信息，基于预先获取的所管理的子网的拓扑信息，确定源终端至目的终端的转发路径，生成流表表项；根据流表表项，发送流表表项至子网中流表表项对应的各卫星节点，以使各卫星节点按照流表表项转发源终端发送的数据报文。
如果从第一用户终端信息表中查询到目的终端信息，则说明源终端和目的终端在同一个子网下，数据报文在这一个子网中传输，由于本地控制器预先可以通过发送探测报文获取到其管理的子网的拓扑信息(例如子网中有哪些LEO卫星节点、每两个卫星节点之间的距离、网络通信情况等等)，基于该拓扑信息，可以确定出源终端至目的终端的转发路径，确定转发路径的方式可以采用最短路径方式、传输质量最优路径规划的方式等。在确定出转发路径后，可以相应的生成流表表项，流表表项中记录了转发路径上每个LEO卫星节点的节点信息(例如节点名称、IP地址、端口号等)，这样，就可以将流表表项相应的下发到流表表项中各LEO卫星节点，使得这些卫星节点可以按照流表表项进行数据报文的传输。
S304，中心控制器基于目的地址信息，从第二用户终端信息表中查询目的地址信息对应的目的终端信息。
其中，第二用户终端信息表存储在中心控制器中，记录有LEO卫星网络中所有卫星节点下连接的用户终端的终端信息。
中心控制器在接收到由本地控制器转发来的通信请求报文后，对通信请求报文中的信息进行识别，识别出目的地址信息，在中心控制器中维护有一个用户终端信息表，中心控制器可以接收到每个本地控制器发来的所管理的子网中各卫星节点下连接的用户终端的终端信息，并进行记录，得到第二用户终端信息表，第二用户终端信息表中记录着LEO卫星网络中所有卫星节点下连接的用户终端的终端信息(包括用户终端的IP地址、MAC地址、接入的卫星节点的IP地址、接入端口号等等)，则基于目的地址信息，可以从中心控制器维护的第二用户终端信息表中查询相应的目的终端信息，如目的终端接入的卫星节点的IP地址、接入端口号等。
第二用户终端信息表可以是在各用户终端接入LEO卫星节点的时候，通过入网认证的方式，在中心控制器记录下LEO卫星网络中所有用户终端的用户终端信息，这个过程可以采用传统的用户终端入网认证方式，不属于本发明实施例重点讨论的内容，故在这里不做详述。
S305，中心控制器在查询到目的终端信息后，发送通信响应报文至各本地控制器。
其中，通信响应报文包括目的终端信息。
中心控制器在查询到目的终端信息后，知道了目的终端接入的LEO卫星节点的信息，例如卫星节点的IP地址、接入端口等，则中心控制器可以将查询到的目的终端信息封装在通信响应报文中，反馈给各本地控制器，告知每一个本地控制器源终端请求通信的目的终端的终端信息，以便于各本地终端可以根据源终端信息和目的终端信息，规划出转发路径。
S306，本地控制器根据源终端信息及目的终端信息，基于预先已同步的LEO卫星网络的拓扑信息，确定源终端至目的终端的转发路径，生成流表表项。
本地控制器预先可以从中心控制器同步整个LEO卫星网络的拓扑信息，拓扑信息可以包括整个LEO卫星网络中各LEO卫星节点的分布，每两个LEO卫星节点之间的距离、每两个LEO卫星节点之间的转发路径等等，本地控制器可以根据源终端信息和目的终端信息，从LEO卫星网络的拓扑信息中确定出源终端至目的终端的转发路径，具体的，可以是直接选出源终端接入的LEO卫星节点与目的终端接入的LEO卫星节点之间的转发路径，也可以是基于每两个LEO卫星节点之间的距离，通过计算得到的转发路径。转发路径就是从源终端接入的LEO卫星节点到目的终端接入的LEO卫星节点之间，具体通过哪些LEO卫星节点进行数据报文传输，相应的可以生成一个流表表项，该流表表项中具体记录了源终端信息、目的终端信息、路径上每个LEO卫星节点的信息等等。
可选的，LEO卫星网络的拓扑信息的同步方式，具体可以为：
第一步，本地控制器向子网中的第二卫星节点发送探测报文，以使第二卫星节点将探测报文发送至子网中第二卫星节点的邻居卫星节点，其中，第二卫星节点为子网中的任一卫星节点。
第二步，本地控制器接收子网中第二卫星节点的邻居卫星节点发送的探测响应报文。
第三步，本地控制器根据探测响应报文，获得子网的拓扑信息。
第四步，本地控制器发送子网的拓扑信息至中心控制器。
中心控制器在收到各本地控制器发送的各本地控制器分别管理的子网的拓扑信息后，根据各子网的拓扑信息，可以确定LEO卫星网络中每两个卫星节点之间的转发路径，并针对各转发路径分别生成对应的流表表项，发送各流表表项至各本地控制器。
第五步，本地控制器接收中心控制器发送的各流表表项。
第六步，本地控制器对各流表表项进行流表匹配，同步LEO卫星网络的拓扑信息。
LEO卫星网络的拓扑信息可以包括LEO卫星节点的可达性以及子网的拓扑信息，子网的拓扑信息包括LEO卫星节点信息、星间链路的连通性、带宽和时延等信息。本地控制器定时发送探测报文给该本地控制器管理的LEO卫星节点，并根据反馈回来的探测响应报文获知LEO卫星节点的信息，在监测卫星节点工作状态的同时完成子网拓扑信息的获取与更新。探测报文和探测响应报文可以是LLDP报文。如图4所示，本地控制器C1和本地控制器C2表示两个不同子网的本地控制器，LEO卫星节点S1属于子网1，LEO卫星节点S2和LEO卫星节点S3属于子网2。本地控制器C2向LEO卫星节点S2发送探测报文，LEO卫星节点S2将探测报文分别发送到四个邻居节点。LEO卫星节点S1和LEO卫星节点S3收到来自LEO卫星节点S2的探测报文后，向本地控制器C1和本地控制器C2返回探测响应报文，本地控制器收到探测响应报文后，获得LEO卫星节点S1和LEO卫星节点S2之间的链路信息以及LEO卫星节点S2和LEO卫星节点S3之间的链路信息。本地控制器C1和本地控制器C2通过探测响应报文，可以获得与之相连的LEO卫星节点的信息以及子网的拓扑信息。
在分布式的控制中心架构中，为保证多个本地控制器能够协同工作，需要同步整个LEO卫星网络的拓扑信息，每个本地控制器会向中心控制器发送其自身拥有的子网的拓扑信息以及LEO卫星节点的信息，通过中心控制器基于各子网的拓扑信息，进行转发路径规划(例如最短路径规划、最优传输质量路径规划等)，并生成对应的流表表项，将对应生成的各流表表项发送给每个本地控制器，每个本地控制器在接收到各流表表项后，通过流表表项匹配，即可实现整个LEO卫星网络的拓扑信息同步。
S307，本地控制器根据流表表项，发送该流表表项至所管理的子网中该流表表项对应的各卫星节点，以使子网中各卫星节点按照流表表项转发源终端发送的数据报文。
本地控制器在收到流表表项后，由于流表表项记录有源终端至目的终端之间传输路径上各LEO卫星节点的信息，基于这些信息，可以将流表表项下发给传输路径上的各LEO卫星节点，LEO卫星节点在收到流表表项后，可以知道源终端发来的数据报文，下一跳是哪个LEO卫星节点或者终端，最终实现数据报文从源终端到目的终端的传输。
应用本发明实施例，LEO卫星网络架构包括数据平面和控制平面，数据平面包括多个LEO卫星节点以及接入各LEO卫星节点的用户终端，控制平面包括中心控制器及多个本地控制器。本地控制器收到数据平面中的第一卫星节点发送的通信请求报文，基于通信请求报文中的目的地址信息，从第一用户终端信息中查询目的地址信息对应的目的终端信息，若未查询到，则发送通信请求报文至中心控制器，由中心控制器从第二用户终端信息表中查询目的终端信息，本地控制器接收中心控制器查询到的目的终端信息，并根据源终端信息和目的终端信息，基于预先已同步的LEO卫星网络的拓扑信息，确定源终端至目的终端的转发路径，生成流表表项，根据流表表项，发送流表表项至所管理的子网中流表表项对应的各卫星节点，使得各卫星节点可以按照流表表项转发源终端发送的数据报文。控制平面可以位于地面，通过将数据平面的集中化管理和控制放在地面上，并由一个本地控制器去监控其子网下的LEO卫星节点，本地控制器与LEO卫星节点之间的距离远远小于GEO卫星节点与LEO卫星节点之间的距离，降低了通信过程中的时延和流量损耗。
LEO卫星节点为用户终端提供直接的网络接入，但由于LEO卫星节点相对于地球表面做高速运动，所以在通信过程中，用户终端需要频繁地切换接入卫星节点。为了应对用户终端接入卫星节点切换的情况，如果源终端和目的终端在同一个子网下，如图5所示，卫星节点的切换过程可以应用于本地控制器，可以包括如下步骤。
S501，接收第三卫星节点发送的终端断开消息，其中，终端断开消息包括从接入第三卫星节点切换为接入第四卫星节点的第三终端的终端信息。
第三终端可以是正在发送数据报文的源终端，也可以是正在接收数据报文的目的终端，第三终端原本接入的是第三卫星节点，在LEO卫星节点的运动过程中，第三终端会切换到接入第四卫星节点。在发生切换时，第三终端和第三卫星节点断开连接，此时第三卫星节点会生成一个终端断开信息，终端断开信息包括第三终端的终端信息，第三卫星节点将终端断开信息发送给本地控制器，告知本地控制器第三终端与第三卫星节点断开了连接。
S502，删除第一用户终端信息表中第三终端的终端信息。
本地控制器在收到终端断开消息，确认第三终端与第三卫星节点断开了连接，认为第三终端不再属于其管理的子网下，因此，会删除第一用户终端信息表中第三终端的终端信息。
S503，向第三卫星节点发送流表删除指令，流表删除指令包括第三终端的终端信息，以使第三卫星节点删除第三终端的终端信息对应的流表表项。
本地控制器在确认第三终端不再属于其管理的子网下后，向第三卫星节点发送流表删除指令，第三卫星节点删除掉第三终端的终端信息对应的流表表项，不再接收第三终端发送的数据报文，也不再向第三终端发送数据报文。
S504，接收第四卫星节点发送的连接请求，其中，连接请求包括第三终端的终端信息。
在第四卫星节点运动到子网中后，第三终端需要和第四卫星节点建立连接，此时，第三终端会主动向第四卫星节点发起连接请求，第四卫星节点收到连接请求后，将连接请求转发给本地控制器。
S505，在第一用户终端信息表中添加第三终端的终端信息，并根据第三终端的终端信息，基于预先获取的所管理的子网的拓扑信息，确定第三终端对应的更新的转发路径，生成流表表项。
本地控制器在收到连接请求后，对连接请求中的信息进行识别，识别出第三终端的终端信息，则在第一用户终端信息表中重新添加第三终端的终端信息，并且重新建立第三终端对应的更新的转发路径，生成流表表项。
S506，根据流表表项，发送流表表项至所管理的子网中流表表项对应的各卫星节点，以使各卫星节点按照流表表项转发数据报文。
在生成流表表项后，需要将流表表项下发给各卫星节点，使得各卫星节点按照流表表项转发数据报文。
如果源终端和目的终端在不同子网下，如图6所示，卫星节点的切换过程可以包括如下步骤。
S601，本地控制器接收第三卫星节点发送的终端断开消息，其中，终端断开消息包括从接入第三卫星节点切换为接入第四卫星节点的第三终端的终端信息。
S602，本地控制器向中心控制器及其他各本地控制器发送终端信息删除指令，终端信息删除指令包括第三终端的终端信息。
中心控制器及其他各本地控制器在收到本地控制器发送的终端信息删除指令，则删除本地的用户终端信息表中第三终端的终端信息。
S603，本地控制器删除第一用户终端信息表中第三终端的终端信息。
S604，本地控制器向第三卫星节点发送流表删除指令，流表删除指令包括第三终端的终端信息，以使第三卫星节点删除第三终端的终端信息对应的流表表项。
S605，本地控制器接收第四卫星节点发送的连接请求，其中，连接请求包括第三终端的终端信息。
S606，本地控制器向中心控制器及其他各本地控制器发送终端信息更新指令，终端信息更新指令包括所述第三终端的终端信息。
中心控制器及其他各本地控制器在收到本地控制器发送的终端信息更新指令后，可以在本地的用户终端信息表中添加第三终端的终端信息。
S607，本地控制器在第一用户终端信息表中添加第三终端的终端信息，并根据第三终端的终端信息，基于预先获取的所管理的子网的拓扑信息，确定第三终端对应的更新的转发路径，生成流表表项。
S608，本地控制器根据流表表项，发送流表表项至所管理的子网中该流表表项对应的各卫星节点，以使各卫星节点按照流表表项转发数据报文。
与源终端和目的终端在同一个子网下不同，如果源终端和目的终端在不同子网下，本地控制器和中心控制器均需要在第三终端和第三卫星节点断开连接时，删除掉本地的用户终端信息表中第三终端的终端信息，并在与第四卫星节点建立连接后，在本地的用户终端信息表中再重新添加第三终端的终端信息。
本发明实施例，应对了用户终端接入的卫星节点发生切换的情况，保证了在切换发生时，数据报文的正常转发。
为了便于理解，下面结合具体实例，从卫星网络中各设备之间的交互过程，对本发明实施例所提供的方法进行详细说明。
如图7所示，为本发明实施例提供的同一控制器下的卫星通信过程示意图，源终端h1和目的终端h2的接入卫星节点由同一个本地控制器管理，主要包括：
源终端h1请求向目的终端h2发起数据报文传输，则首先源终端h1向源终端接入卫星节点S1发送通信请求报文(例如ARP(Address Resolution Protocol，地址解析协议)请求报文)。
源终端接入卫星节点S1在收到通信请求报文后，直接将通信请求报文转发给本地控制器。
本地控制器查询第一用户终端信息表，查询到目的终端h2的信息后，根据源终端h1的终端信息和目的终端h2的终端信息，基于子网的拓扑信息，计算源终端h1和目的终端h2之间的最短路径，并生成流表表项，并将流表表项下发给源终端接入卫星节点S1和目的终端接入卫星节点S2。
源终端接入卫星节点S1和目的终端接入卫星节点S2收到流表表项后进行表项更新，根据流表表项转发源终端h1到目的终端h2的数据报文。
如图8所示，为本发明实施例提供的不同控制器下的卫星通信过程示意图，源终端h1和目的终端h2的接入卫星节点由两个不同的本地控制器管理，源终端接入卫星节点S1由本地控制器A管理，目的终端接入卫星节点S2由本地控制器B管理，主要包括：
源终端h1请求向目的终端h2发起数据报文传输，则首先源终端h1向源终端接入卫星节点S1发送通信请求报文。
源终端接入卫星节点S1在收到通信请求报文后，直接将通信请求报文转发给本地控制器A。
本地控制器A查询第一用户终端信息表，如果未查询到目的终端h2的终端信息，则将通信请求报文转发给中心控制器。
中心控制器查询第二用户终端信息表，查询到目的终端h2的终端信息后，反馈携带有h2的终端信息给本地控制器A和本地控制器B。本地控制器A和本地控制器B根据源终端h1的终端信息和目的终端h2的终端信息，基于全局卫星网络的拓扑信息，计算源终端h1和目的终端h2之间的最短路径，并生成流表表项，将流表表项分别下发给源终端接入卫星节点S1和目的终端接入卫星节点S2。
源终端接入卫星节点S1和目的终端接入卫星节点S2收到流表表项后进行表项更新，根据流表表项转发源终端h1到目的终端h2的数据报文。
如图9所示，为本发明实施例提供的同一控制器下的卫星切换过程示意图，在用户终端通信的过程中，由于卫星的周期性运动，覆盖用户终端的卫星节点没几分钟就会发生一次变化，这种变化发生时，应该保证通信链路的连通性，源终端h1和目的终端h2的接入卫星节点由同一个本地控制器管理，在源终端h1和目的终端h2通信的过程中，源终端h1的接入卫星节点发生切换，卫星节点的切换过程可以包括：
用户终端会对卫星节点信号进行检测，当信号低于某个值时，源终端h1发起卫星切换，发送断开连接请求至切换前的源终端接入卫星节点S1。
切换前的源终端接入卫星节点S1断开与源终端h1的连接，并将切换前的源终端接入卫星节点S1与源终端h1连接断开的消息上报至本地控制器。
本地控制器收到终端断开消息后，触发卫星切换控制，并更新用户终端接入信息表。本地控制器向切换前的源终端接入卫星节点S1和目的终端接入卫星节点S2发送删除流表表项指令。
源终端h1发送建立连接请求指令至切换后的源终端接入卫星节点S3，建立切换后的源终端接入卫星节点S3与源终端h1的连接，并将S3与h1连接建立的消息上报至本地控制器。
本地控制器更新用户终端信息表。
本地控制器根据拓扑信息计算h1和h2之间的最短路径，生成流表表项，对流表表项进行封装并发送给卫星节点S3和S2。
S3和S2收到消息后，更新流表表项。根据流表表项转发源终端h1和目的终端h2之间的数据报文，恢复h1和h2之间的分组转发。
如图10所示，为本发明实施例提供的不同控制器下的卫星切换过程示意图，源终端h1和目的终端h2接入的卫星节点由两个不同的本地控制器管理，卫星节点S1和S3由本地控制器A管理，卫星节点S2由本地控制器B管理。在h1和h2通信的过程，h1接入的卫星节点发生切换，可以包括：
用户终端会对卫星信号进行检测。当信号低于某个值时，用户终端h1发起卫星切换，发送断开连接请求至切换前的源终端接入卫星节点S1。
切换前的源终端接入卫星节点S1断开与源节点h1的连接，并将S1与h1连接断开的消息上报至本地控制器A。
本地控制器A收到消息后，触发卫星切换控制，更新用户终端信息表，并分别向中心控制器以及本地控制器B发送删除用户信息请求，向切换前的源终端接入卫星节点S1发送删除流表表项的指令。
中心控制器和本地控制器B收到删除用户信息请求后，更新各自的用户端口信息表。卫星节点S1收到删除流表表项指令后，删除对应的流表表项。
本地控制器B向目的终端接入卫星节点S2发送删除流表表项指令，S2删除对应的流表表项。
源终端h1发送建立连接请求指令至切换后的源接入卫星节点S3，建立卫星节点S3与源终端h1的连接，并将S3与h1连接建立的消息上报至本地控制器A。
本地控制器A更新用户终端信息表，分别发送添加用户信息的指令至中心控制器和本地控制器B。本地控制器A计算源终端到目的终端的最短路径，生成流表表项并发送至卫星节点S3。
中心控制器和本地控制器B收到指令后更新用户终端信息表。
本地控制器B计算源终端到目的终端的最短路径，生成流表表项并发送至目的终端接入卫星节点S2。
卫星节点S3和S2收到消息后，更新流表表项。根据流表表项转发源终端h1和目的终端h2之间的数据报文，恢复h1和h2之间的数据报文转发。
相应于上述方法实施例，本发明实施例还提供了一种基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由装置，应用于图2所示的基于SDN的LEO卫星网络架构的控制平面中的本地控制器，如图11所示，包括接收模块、查询模块、发送模块和路径确定模块。
接收模块1110，用于接收第一卫星节点发送的通信请求报文；所述通信请求报文包括请求通信的源终端的源终端信息及所述源终端请求通信的目的终端的目的地址信息；所述第一卫星节点为所述源终端接入的卫星节点；
查询模块1120，用于基于所述目的地址信息，从第一用户终端信息表中查询所述目的地址信息对应的目的终端信息；所述第一用户终端信息表存储在所述本地控制器中，记录有所述本地控制器管理的子网中各卫星节点下连接的用户终端的终端信息；
发送模块1130，用于若从所述第一用户终端信息表中未查询到所述目的终端信息，则发送所述通信请求报文至所述中心控制器，以使所述中心控制器基于所述目的地址信息，从第二用户终端信息表中查询所述目的终端信息，并在查询到所述目的终端信息后，发送通信响应报文至各本地控制器；所述通信响应报文包括所述目的终端信息，所述第二用户终端信息表存储在所述中心控制器中，记录有所述LEO卫星网络中所有卫星节点下连接的用户终端的终端信息；
所述接收模块1110，还用于接收所述中心控制器发送的所述通信响应报文；
路径确定模块1140，用于根据所述源终端信息及所述目的终端信息，基于预先已同步的所述LEO卫星网络的拓扑信息，确定所述源终端至所述目的终端的转发路径，生成流表表项；
所述发送模块1130，还用于根据所述流表表项，发送所述流表表项至所述子网中所述流表表项对应的各卫星节点，以使所述子网中的各卫星节点按照所述流表表项转发所述源终端发送的数据报文。
可选的，所述路径确定模块1140还可以用于：若从所述第一用户终端信息表中查询到所述目的终端信息，则根据所述源终端信息及所述目的终端信息，基于预先获取的所述子网的拓扑信息，确定所述源终端至所述目的终端的转发路径，生成流表表项；
所述发送模块1130还可以用于：根据所述流表表项，发送所述流表表项至所述子网中所述流表表项对应的各卫星节点，以使所述子网中的各卫星节点按照所述流表表项转发所述源终端发送的数据报文。
可选的，所述发送模块1130，还可以用于向所述子网中的第二卫星节点发送探测报文，以使所述第二卫星节点将所述探测报文发送至所述子网中所述第二卫星节点的邻居卫星节点，所述第二卫星节点为所述子网中的任一卫星节点；
所述接收模块1110，还可以用于接收所述子网中所述第二卫星节点的邻居卫星节点发送的探测响应报文；
所述装置还可以包括：获得模块，用于根据所述探测响应报文，获得所述子网的拓扑信息；
所述发送模块1130，还可以用于发送所述子网的拓扑信息至所述中心控制器，以使所述中心控制器根据各本地控制器分别管理的子网的拓扑信息，确定所述LEO卫星网络中每两个卫星节点之间的转发路径，并针对各转发路径分别生成对应的流表表项，发送各流表表项至所述各本地控制器；
所述接收模块1110，还可以用于接收所述中心控制器发送的所述各流表表项；
所述装置还可以包括：同步模块，用于对所述各流表表项进行流表匹配，同步所述LEO卫星网络的拓扑信息。
可选的，所述接收模块1110，还可以用于接收第三卫星节点发送的终端断开消息；所述终端断开消息包括从接入所述第三卫星节点切换为接入第四卫星节点的第三终端的终端信息；
所述装置还可以包括：删除模块，用于删除所述第一用户终端信息表中所述第三终端的终端信息；
所述发送模块1130，还可以用于向所述第三卫星节点发送流表删除指令，所述流表删除指令包括所述第三终端的终端信息，以使所述第三卫星节点删除所述第三终端的终端信息对应的流表表项；
所述接收模块1110，还可以用于接收所述第四卫星节点发送的连接请求，所述连接请求包括所述第三终端的终端信息；
所述路径确定模块1140，还可以用于在所述第一用户终端信息表中添加所述第三终端的终端信息，并根据所述第三终端的终端信息，基于预先获取的所述子网的拓扑信息，确定所述第三终端对应的更新的转发路径，生成流表表项；
所述发送模块1130，还可以用于根据所述流表表项，发送所述流表表项至所述子网中所述流表表项对应的各卫星节点，以使所述子网中的各卫星节点按照所述流表表项转发数据报文。
可选的，所述发送模块1130，还可以用于：
向所述中心控制器及其他各本地控制器发送终端信息删除指令，所述终端信息删除指令包括所述第三终端的终端信息，以使所述中心控制器及所述其他各本地控制器删除本地的用户终端信息表中所述第三终端的终端信息；
向所述中心控制器及所述其他各本地控制器发送终端信息更新指令，所述终端信息更新指令包括所述第三终端的终端信息，以使所述中心控制器及所述其他各本地控制器在本地的用户终端信息表中添加所述第三终端的终端信息。
本发明实施例还提供了一种基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由装置，应用于图2所示的基于SDN的LEO卫星网络架构的控制平面中的中心控制器，如图12所示，包括接收模块、查询模块、发送模块。
接收模块1210，用于接收第一本地控制器发送的通信请求报文；所述通信请求报文包括请求通信的源终端的源终端信息及所述源终端请求通信的目的终端的目的地址信息；所述第一本地控制器为管理所述源终端接入的第一卫星节点所属子网的本地控制器；
查询模块1220，用于基于所述目的地址信息，从第二用户终端信息表中查询所述目的终端信息；所述第二用户终端信息表存储在所述中心控制器中，记录有所述LEO卫星网络中所有卫星节点下连接的用户终端的终端信息；
发送模块1230，用于在查询到所述目的终端信息后，发送通信响应报文至各本地控制器，所述通信响应报文包括所述目的终端信息，以使所述第一本地控制器根据所述源终端信息及所述目的终端信息，基于预先已同步的所述LEO卫星网络的拓扑信息，确定所述源终端至所述目的终端的转发路径，生成流表表项，并发送所述流表表项至所管理的子网中所述流表表项对应的各卫星节点。
可选的，所述接收模块1210还可以用于：接收各本地控制器发送的所述各本地控制器分别管理的子网的拓扑信息；
所述发送模块1230还可以用于：根据各子网的拓扑信息，确定所述LEO卫星网络中每两个卫星节点之间的转发路径，并针对各转发路径分别生成对应的流表表项，发送各流表表项至所述各本地控制器，以使所述各本地控制器对所述各流表表项进行流表匹配，确定所述LEO卫星网络的拓扑信息。
可选的，所述装置还可以包括：
删除模块，用于若接收到第二本地控制器发送的终端信息删除指令，则删除所述第二用户终端信息表中第三终端的终端信息；所述终端信息删除指令为第三终端请求从接入第三卫星节点切换为接入第四卫星节点、断开与所述第三卫星节点的连接之后，所述第二本地控制器向所述中心控制器发送的；所述终端信息删除指令包括的所述第三终端的终端信息；所述第二本地控制器为管理所述第三卫星节点和所述第四卫星节点所属子网的本地控制器；
添加模块，用于若接收到所述第二本地控制器发送的终端信息更新指令，则在所述第二用户终端信息表中添加所述第三终端的终端信息；所述终端信息更新指令为所述第三终端请求接入所述第四卫星节点之后，所述第二本地控制器向所述中心控制器发送的；所述终端信息更新指令包括所述第三终端的终端信息。
应用本发明实施例，LEO卫星网络架构包括数据平面和控制平面，数据平面包括多个LEO卫星节点以及接入各LEO卫星节点的用户终端，控制平面包括中心控制器及多个本地控制器。本地控制器收到数据平面中的第一卫星节点发送的通信请求报文，基于通信请求报文中的目的地址信息，从第一用户终端信息中查询目的地址信息对应的目的终端信息，若未查询到，则发送通信请求报文至中心控制器，由中心控制器从第二用户终端信息表中查询目的终端信息，本地控制器接收中心控制器查询到的目的终端信息，并根据源终端信息和目的终端信息，基于预先已同步的LEO卫星网络的拓扑信息，确定源终端至目的终端的转发路径，生成流表表项，根据流表表项，发送流表表项至所管理的子网中流表表项对应的各卫星节点，使得各卫星节点可以按照流表表项转发源终端发送的数据报文。控制平面可以位于地面，通过将数据平面的集中化管理和控制放在地面上，并由一个本地控制器去监控其子网下的LEO卫星节点，本地控制器与LEO卫星节点之间的距离远远小于GEO卫星节点与LEO卫星节点之间的距离，降低了通信过程中的时延和流量损耗。
本发明实施例还提供了一种本地控制器，如图13所示，包括处理器1301和存储器1302，其中，所述存储器1302，用于存放计算机程序；所述处理器1301，用于执行所述存储器1302上所存放的计算机程序时，实现本发明实施例提供的应用于本地控制器的基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法的所有步骤。
本发明实施例还提供了一种中心控制器，如图14所示，包括处理器1401和存储器1402，其中，所述存储器1402，用于存放计算机程序；所述处理器1401，用于执行所述存储器1402上所存放的计算机程序时，实现本发明实施例提供的应用于中心控制器的基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法的所有步骤。
上述存储器可以包括RAM(Random Access Memory，随机存取存储器)，也可以包括NVM(Non-volatile Memory，非易失性存储器)，例如至少一个磁盘存储器。可选的，存储器还可以是至少一个位于远离前述处理器的存储装置。
上述处理器可以是通用处理器，包括CPU(Central Processing Unit，中央处理器)、NP(Network Processor，网络处理器)等；还可以是DSP(Digital Signal Processor，数字信号处理器)、ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成电路)、FPGA(Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
本实施例中，该电子设备的处理器通过读取机器可读存储介质中存储的机器可执行指令，并通过运行该机器可执行指令，能够实现：本地控制器收到数据平面中的第一卫星节点发送的通信请求报文，基于通信请求报文中的目的地址信息，从第一用户终端信息中查询目的地址信息对应的目的终端信息，若未查询到，则发送通信请求报文至中心控制器，由中心控制器从第二用户终端信息表中查询目的终端信息，本地控制器接收中心控制器查询到的目的终端信息，并根据源终端信息和目的终端信息，基于预先已同步的LEO卫星网络的拓扑信息，确定源终端至目的终端的转发路径，生成流表表项，根据流表表项，发送流表表项至所管理的子网中流表表项对应的各卫星节点，使得各卫星节点可以按照流表表项转发源终端发送的数据报文。控制平面可以位于地面，通过将数据平面的集中化管理和控制放在地面上，并由一个本地控制器去监控其子网下的LEO卫星节点，本地控制器与LEO卫星节点之间的距离远远小于GEO卫星节点与LEO卫星节点之间的距离，降低了通信过程中的时延和流量损耗。
另外，本发明实施例还提供了一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的应用于本地控制器的基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法的所有步骤。
本发明实施例还提供了一种机器可读存储介质，所述机器可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本发明实施例提供的应用于中心控制器的基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法的所有步骤。
本实施例中，机器可读存储介质存储有在运行时执行本发明实施例所提供的方法，因此能够实现：本地控制器收到数据平面中的第一卫星节点发送的通信请求报文，基于通信请求报文中的目的地址信息，从第一用户终端信息中查询目的地址信息对应的目的终端信息，若未查询到，则发送通信请求报文至中心控制器，由中心控制器从第二用户终端信息表中查询目的终端信息，本地控制器接收中心控制器查询到的目的终端信息，并根据源终端信息和目的终端信息，基于预先已同步的LEO卫星网络的拓扑信息，确定源终端至目的终端的转发路径，生成流表表项，根据流表表项，发送流表表项至所管理的子网中流表表项对应的各卫星节点，使得各卫星节点可以按照流表表项转发源终端发送的数据报文。控制平面可以位于地面，通过将数据平面的集中化管理和控制放在地面上，并由一个本地控制器去监控其子网下的LEO卫星节点，本地控制器与LEO卫星节点之间的距离远远小于GEO卫星节点与LEO卫星节点之间的距离，降低了通信过程中的时延和流量损耗。
对于本地控制器、中心控制器以及机器可读存储介质实施例而言，由于其所涉及的方法内容基本相似于前述的方法实施例，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。
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，对于装置、本地控制器、中心控制器以及机器可读存储介质实施例而言，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)

1.一种基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法，其特征在于，应用于基于软件定义网络SDN的低轨道LEO卫星网络架构的控制平面中的本地控制器，所述LEO卫星网络架构包括控制平面和数据平面，所述控制平面包括中心控制器及多个本地控制器，所述数据平面包括多个LEO卫星节点以及接入各LEO卫星节点的用户终端，所述方法包括：
接收第一卫星节点发送的通信请求报文；所述通信请求报文包括请求通信的源终端的源终端信息及所述源终端请求通信的目的终端的目的地址信息；所述第一卫星节点为所述源终端接入的卫星节点；
基于所述目的地址信息，从第一用户终端信息表中查询所述目的地址信息对应的目的终端信息；所述第一用户终端信息表存储在所述本地控制器中，记录有所述本地控制器管理的子网中各卫星节点下连接的用户终端的终端信息；
若从所述第一用户终端信息表中未查询到所述目的终端信息，则发送所述通信请求报文至所述中心控制器，以使所述中心控制器基于所述目的地址信息，从第二用户终端信息表中查询所述目的终端信息，并在查询到所述目的终端信息后，发送通信响应报文至各本地控制器；所述通信响应报文包括所述目的终端信息；所述第二用户终端信息表存储在所述中心控制器中，记录有所述LEO卫星网络中所有卫星节点下连接的用户终端的终端信息；
接收所述中心控制器发送的所述通信响应报文；
根据所述源终端信息及所述目的终端信息，基于预先已同步的所述LEO卫星网络的拓扑信息，确定所述源终端至所述目的终端的转发路径，生成流表表项；
根据所述流表表项，发送所述流表表项至所述子网中所述流表表项对应的各卫星节点，以使所述子网中的各卫星节点按照所述流表表项转发所述源终端发送的数据报文。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述基于所述目的地址信息，从第一用户终端信息表中查询所述目的地址信息对应的目的终端信息之后，所述方法还包括：
若从所述第一用户终端信息表中查询到所述目的终端信息，则根据所述源终端信息及所述目的终端信息，基于预先获取的所述子网的拓扑信息，确定所述源终端至所述目的终端的转发路径，生成流表表项；
根据所述流表表项，发送所述流表表项至所述子网中所述流表表项对应的各卫星节点，以使所述子网中的各卫星节点按照所述流表表项转发所述源终端发送的数据报文。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述LEO卫星网络的拓扑信息的同步方式，包括：
向所述子网中的第二卫星节点发送探测报文，以使所述第二卫星节点将所述探测报文发送至所述子网中所述第二卫星节点的邻居卫星节点，所述第二卫星节点为所述子网中的任一卫星节点；
接收所述子网中所述第二卫星节点的邻居卫星节点发送的探测响应报文；
根据所述探测响应报文，获得所述子网的拓扑信息；
发送所述子网的拓扑信息至所述中心控制器，以使所述中心控制器根据各本地控制器分别管理的子网的拓扑信息，确定所述LEO卫星网络中每两个卫星节点之间的转发路径，并针对各转发路径分别生成对应的流表表项，发送各流表表项至所述各本地控制器；
接收所述中心控制器发送的所述各流表表项；
对所述各流表表项进行流表匹配，同步所述LEO卫星网络的拓扑信息。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收第三卫星节点发送的终端断开消息；所述终端断开消息包括从接入所述第三卫星节点切换为接入第四卫星节点的第三终端的终端信息；
删除所述第一用户终端信息表中所述第三终端的终端信息；
向所述第三卫星节点发送流表删除指令，所述流表删除指令包括所述第三终端的终端信息，以使所述第三卫星节点删除所述第三终端的终端信息对应的流表表项；
接收所述第四卫星节点发送的连接请求，所述连接请求包括所述第三终端的终端信息；
在所述第一用户终端信息表中添加所述第三终端的终端信息，并根据所述第三终端的终端信息，基于预先获取的所述子网的拓扑信息，确定所述第三终端对应的更新的转发路径，生成流表表项；
根据所述流表表项，发送所述流表表项至所述子网中所述流表表项对应的各卫星节点，以使所述子网中的各卫星节点按照所述流表表项转发数据报文。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述接收第三卫星节点发送的终端断开消息之后，所述方法还包括：
向所述中心控制器及其他各本地控制器发送终端信息删除指令，所述终端信息删除指令包括所述第三终端的终端信息，以使所述中心控制器及所述其他各本地控制器删除本地的用户终端信息表中所述第三终端的终端信息；
在所述接收所述第四卫星节点发送的连接请求之后，所述方法还包括：
向所述中心控制器及所述其他各本地控制器发送终端信息更新指令，所述终端信息更新指令包括所述第三终端的终端信息，以使所述中心控制器及所述其他各本地控制器在本地的用户终端信息表中添加所述第三终端的终端信息。
6.一种基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法，其特征在于，应用于基于软件定义网络SDN的低轨道LEO卫星网络架构的控制平面中的中心控制器，所述LEO卫星网络架构包括控制平面和数据平面，所述控制平面包括中心控制器及多个本地控制器，所述数据平面包括多个LEO卫星节点以及接入各LEO卫星节点的用户终端，所述方法包括：
接收第一本地控制器发送的通信请求报文；所述通信请求报文包括请求通信的源终端的源终端信息及所述源终端请求通信的目的终端的目的地址信息；所述第一本地控制器为管理所述源终端接入的第一卫星节点所属子网的本地控制器；
基于所述目的地址信息，从第二用户终端信息表中查询所述目的终端信息；所述第二用户终端信息表存储在所述中心控制器中，记录有所述LEO卫星网络中所有卫星节点下连接的用户终端的终端信息；
在查询到所述目的终端信息后，发送通信响应报文至各本地控制器，所述通信响应报文包括所述目的终端信息，以使所述第一本地控制器根据所述源终端信息及所述目的终端信息，基于预先已同步的所述LEO卫星网络的拓扑信息，确定所述源终端至所述目的终端的转发路径，生成流表表项，并发送所述流表表项至所管理的子网中所述流表表项对应的各卫星节点。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
接收各本地控制器发送的所述各本地控制器分别管理的子网的拓扑信息；
根据各子网的拓扑信息，确定所述LEO卫星网络中每两个卫星节点之间的转发路径，并针对各转发路径分别生成对应的流表表项，发送各流表表项至所述各本地控制器，以使所述各本地控制器对所述各流表表项进行流表匹配，确定所述LEO卫星网络的拓扑信息。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
若接收到第二本地控制器发送的终端信息删除指令，则删除所述第二用户终端信息表中第三终端的终端信息；所述终端信息删除指令为第三终端请求从接入第三卫星节点切换为接入第四卫星节点、断开与所述第三卫星节点的连接之后，所述第二本地控制器向所述中心控制器发送的；所述终端信息删除指令包括的所述第三终端的终端信息；所述第二本地控制器为管理所述第三卫星节点和所述第四卫星节点所属子网的本地控制器；
若接收到所述第二本地控制器发送的终端信息更新指令，则在所述第二用户终端信息表中添加所述第三终端的终端信息；所述终端信息更新指令为所述第三终端请求接入所述第四卫星节点之后，所述第二本地控制器向所述中心控制器发送的；所述终端信息更新指令包括所述第三终端的终端信息。
9.一种基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由装置，其特征在于，应用于基于软件定义网络SDN的低轨道LEO卫星网络架构的控制平面中的本地控制器，所述LEO卫星网络架构包括控制平面和数据平面，所述控制平面包括中心控制器及多个本地控制器，所述数据平面包括多个LEO卫星节点以及接入各LEO卫星节点的用户终端，所述装置包括：
接收模块，用于接收第一卫星节点发送的通信请求报文；所述通信请求报文包括请求通信的源终端的源终端信息及所述源终端请求通信的目的终端的目的地址信息；所述第一卫星节点为所述源终端接入的卫星节点；
查询模块，用于基于所述目的地址信息，从第一用户终端信息表中查询所述目的地址信息对应的目的终端信息；所述第一用户终端信息表存储在所述本地控制器中，记录有所述本地控制器管理的子网中各卫星节点下连接的用户终端的终端信息；
发送模块，用于若从所述第一用户终端信息表中未查询到所述目的终端信息，则发送所述通信请求报文至所述中心控制器，以使所述中心控制器基于所述目的地址信息，从第二用户终端信息表中查询所述目的终端信息，并在查询到所述目的终端信息后，发送通信响应报文至各本地控制器；所述通信响应报文包括所述目的终端信息，所述第二用户终端信息表存储在所述中心控制器中，记录有所述LEO卫星网络中所有卫星节点下连接的用户终端的终端信息；
所述接收模块，还用于接收所述中心控制器发送的所述通信响应报文；
路径确定模块，用于根据所述源终端信息及所述目的终端信息，基于预先已同步的所述LEO卫星网络的拓扑信息，确定所述源终端至所述目的终端的转发路径，生成流表表项；
所述发送模块，还用于根据所述流表表项，发送所述流表表项至所述子网中所述流表表项对应的各卫星节点，以使所述子网中的各卫星节点按照所述流表表项转发所述源终端发送的数据报文。
10.一种基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由装置，其特征在于，应用于基于软件定义网络SDN的低轨道LEO卫星网络架构的控制平面中的中心控制器，所述LEO卫星网络架构包括控制平面和数据平面，所述控制平面包括中心控制器及多个本地控制器，所述数据平面包括多个LEO卫星节点以及接入各LEO卫星节点的用户终端，所述装置包括：
接收模块，用于接收第一本地控制器发送的通信请求报文；所述通信请求报文包括请求通信的源终端的源终端信息及所述源终端请求通信的目的终端的目的地址信息；所述第一本地控制器为管理所述源终端接入的第一卫星节点所属子网的本地控制器；
查询模块，用于基于所述目的地址信息，从第二用户终端信息表中查询所述目的终端信息；所述第二用户终端信息表存储在所述中心控制器中，记录有所述LEO卫星网络中所有卫星节点下连接的用户终端的终端信息；
发送模块，用于在查询到所述目的终端信息后，发送通信响应报文至各本地控制器，所述通信响应报文包括所述目的终端信息，以使所述第一本地控制器根据所述源终端信息及所述目的终端信息，基于预先已同步的所述LEO卫星网络的拓扑信息，确定所述源终端至所述目的终端的转发路径，生成流表表项，并发送所述流表表项至所管理的子网中所述流表表项对应的各卫星节点。
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