CN110493132A - 一种适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法 - Google Patents

一种适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法，包括如下步骤：(1)提出标签定义，并对报文标签进行设计；(2)按照设计好的报文标签进行转发；(3)网控模块对报文标签进行处理。本发明采用灵活的标签设计方法，能够融合卫星网络中多种业务类型和多速率配置的用户终端，以较低的信道开销提供高效的星载报文交换处理。

Description

一种适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其是一种适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法。
背景技术
随着网络技术的发展和用户需求的急剧增长，卫星通信网络作为地面网的补充，承载了越来越多数据流量。未来的天基信息系统将面临更多种类的业务类型，支持多种速率类型的终端和多种服务质量要求。为了在有限卫星网络资源的前提下，为更多用户提供优质的传输服务，卫星网络需要提供更加灵活的交换方式。有研究人员提出借鉴地面多协议标签交换MPLS的思想，在卫星网络中采用标签交换的方式提高星上交换效率，节省信道和星载存储资源。
新型卫星通信系统中包括多颗卫星，每颗卫星覆盖多个波束，每颗卫星承载高速和低速两种业务载荷。卫星上行链路采用MF-TDMA体制，下行采用TDM体制，用户终端都以时隙为基本单位使用信道。对于低速载荷而言，可以以每个时隙2.4Kbps进行分配，一路话音业务可以分配几个时隙；对于高速载荷而言，每个时隙64Kbps，其中可以容纳多路话音。通常情况下，只支持低数据速率的业务终端通过卫星的低速载荷接入，支持高数据速率的终端则可接入高速载荷。
对于这样的系统，面对传输能力、速率要求各有不同的终端，以及不同的业务类型而言，传统的地面MPLS标签交换方式无法灵活适应系统的业务特性。标签分配和分发等方面也会产生很大的开销，这对于卫星链路而言是非常不利的。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于，提供一种适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法，采用灵活的标签设计，能够高效满足卫星网络中多种业务类型和多速率配置用户终端的数据传输需求。
为解决上述技术问题，本发明提供一种适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法，包括如下步骤：
(1)提出标签定义，并对报文标签进行设计；
(2)按照设计好的报文标签进行转发；
(3)网控模块对报文标签进行处理。
优选的，步骤(1)中，报文标签为从终端发出的报文中携带的标签；转发标签为在星上交换机中存储的用于转发的标签；报文标签在送到星上时，将连同其他信息生成转发标签；报文标签加在数据链路层和网络层之间，星上标签转发表中的入标签和出标签格式即为转发标签格式；报文标签格式如下表：
其中，标签空间识别码具体为：00，星地链路标签空间；01，星际链路标签空间；10，组播标签空间；11，保留；
转发标签包括载波号、时隙号和标签三部分，格式如下：
标签转发表项的构成：入端口、转发入标签、出端口、转发出标签。
优选的，步骤(1)中，对报文标签进行设计包括电路业务的报文标签设计和分组业务的报文标签设计。
优选的，电路业务的报文标签设计具体为：采用可变长度设计方法，对于低速业务，标签总长设置为4bit，仅包括业务类型和优先级；对于高速业务，通过电路号来区分同一时隙中的不同话路，该电路号定义为18bit，包括标签空间识别码、业务类型、优先级在内组成共3字节的标签。
优选的，分组业务的报文标签设计具体为：采用可变长度设计方法，对于高速分组业务，终端发送分组时，根据所连接的用户业务类型和优先级设置报文标签，进行星上标签转发；特别的，对于需要保证带宽的高优先级分组业务，建立虚链路，在标签值中填入分配的虚链路号。
优选的，传输电路业务和高速高优先级分组业务时，标签转发表在建链过程中生成；传输其他类型分组业务时，标签转发表在首次发送数据时生成，电路业务拆链时或分组业务传输结束时，相应的标签表项删除。
优选的，步骤(2)中，按照设计好的报文标签进行转发的具体过程为：传输电路业务和高速高优先级分组业务时，业务终端首先发起呼叫申请，呼叫申请中携带业务类型和用户所需的优先级，星载网控为其分配报文标签，并利用其中的电路号或虚链路号实现信道资源复用；传输其他类型分组业务时，业务终端直接通过公共业务信道将第一个报文发向卫星；之后，星载网控分配好上下行信道、星际链路信道，之后将出入端口号和由载波、时隙、标签值组成的转发出、入标签添加到星上标签转发表，同时将分配的标签、发送载波和时隙信息发回给业务终端；业务终端获知这些信息后，将报文标签加入报文，在分配的载波和时隙上将报文发送到星上；星载交换机在入端口根据收到报文的载波、时隙信息和报文标签生成转发入标签，根据此信息作为入标签索引查找标签转发表，确定输出端口和转发出标签，去掉转发出标签中的载波和时隙域，生成报文出标签，将数据送入交换结构相应的输出缓冲区处理；若该数据直接发送给地面终端，则去掉报文标签，在星载交换机出端口上，在分配的业务时隙进行发送；若该数据需通过星间链路发送给相邻卫星，则为数据更换标签，直接在分配的星际链路信道上发送，相邻卫星收到该数据后同样通过标签转发方式完成转发处理；如果没有资源可以分配，则直接拒绝呼叫申请。
优选的，步骤(3)中，网控模块对报文标签进行处理具体为：星载网控分配信道资源，在下发分配消息时将携带分配的资源信息，使得主被叫和路径中的所有中间节点都获知分配的资源情况，开始生成转发标签表项；当采用地面网控时，所有资源分配由地面网控负责，分配好的资源信息上传给星上；一旦地面网控失效，则星载网控根据当前资源使用情况建立资源表，接管网控工作。
本发明的有益效果为：本发明采用灵活的标签设计，能够高效满足卫星网络中多种业务类型和多速率配置用户终端的数据传输需求；采用该方法设计的标签开销小，处理简单，在有限的星载资源条件下，能够高效利用信道和存储资源，极大增强系统的扩展性。
附图说明
图1为本发明报文标签的基本结构示意图。
图2为本发明电路业务转发标签的结构示意图。
图3为本发明电路业务标签结构示意图。
图4为本发明可变长度标签设计方案中的分组业务标签格式示意图。
图5为本发明标签转发表的结构示意图。
图6为本发明基于标签的交换过程示意图。
具体实施方式
一种适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法，包括如下步骤：
(1)提出标签定义，并对报文标签进行设计；
(2)将设计好的报文标签进行转发；
(3)网控模块对接收到的报文标签进行处理。
标签的设计；
首先有如下定义：
报文标签：从终端发出的报文中携带的标签。
转发标签：在星上交换机中存储的用于转发的标签。
报文标签在送到星上时，将连同其他信息生成转发标签，星上标签转发表中的入标签和出标签格式即为转发标签格式。
如图1所示，报文标签格式：业务类型(1bit，0：电路业务；1：分组业务；)、优先级(3bit，8个优先级)、标签值(20bit)，其中2bit表示标签空间识别码。标签加在数据链路层和网络层之间。
标签空间标识码：
00：星地链路标签空间；
01：星际链路标签空间；
10：组播标签空间；
也可根据需要进行扩展。
如图2所示，转发标签格式：载波号(nbit)、时隙号(mbit)、标签值(20bit)。其中载波号和时隙号的位数按照系统实际的载波数和时隙数确定。
电路业务的报文标签设计；
如图3所示，电路业务的标签设计采用可变长度设计方法。对于低速载荷而言，由于通过时隙号就可以查找到对应的输出端口，这种情况下不需要电路号，标签总长设置为4比特，仅包括业务类型和优先级，以利于低速数据传输；对于高速载荷而言，每个时隙可容纳多路话音，因此，通过电路号来区分同一时隙中的不同话路，该电路号即为标签值的一部分。此时，由于64K时隙划分为2.4K子信道，标签值至少需要5位。这里，为了与分组业务标签值长度保持统一，标签值定义为18位，包括标签空间识别码在内组成共3字节的标签。
分组业务的报文标签设计；
对于分组业务，同样采用可变长度标签设计方法。对于高速终端而言，终端发送分组时，根据所连接的用户业务类型和优先级设置报文标签，进行星上标签转发。特别的，对于需要保证带宽的高优先级分组业务，可以建立虚链路，在标签值中填入分配的虚链路号；对于低优先级业务，分组标签仅仅标明业务类型，不区分具体的标签值，星上根据路由表实现转发；对于自定义分组，标签标明业务类型，星上根据路由表进行转发。
该方法中分组业务的标签为变长格式，如果系统有最大用户数要求，则标签值至少需要一定的位数，确保支持这些用户同时通信。如采用15位标签，预留3位的保留位，虚链路服务的分组交换采用3个字节的标签(标签值为18位)，而对于低优先级的数据报服务的分组交换采用4位标签格式。
分配了3个字节标签的分组在传输时可以不必携带源端和目的端的IP地址信息。这样可以减少分组开销，提高链路利用率。
如图4所示，对于低速业务，由于数据速率较低，标签仍然采用4位格式。
标签转发过程；
星载网控收到携带报文标签的数据时，将包含业务类型、优先级、标签值(电路号)在内的标签信息，结合载波号、时隙号和端口号作为转发标签，以转发标签为入标签索引查找标签转发表，确定输出端口和出标签。
如图5所示，标签转发表项的构成：入端口、转发入标签、出端口、转发出标签。
传输电路业务和高速高优先级分组业务时，标签转发表在建链过程中形成；传输其他类型分组业务时，标签转发表在首次发送分组时生成。
传输电路业务和高速高优先级分组业务时，业务终端首先发起呼叫申请，呼叫申请中携带业务类型和用户所需的优先级，星载网控为其分配报文标签，并利用其中的电路号或虚链路号实现信道资源复用；传输其他类型分组业务时，业务终端直接通过公共业务信道将第一个报文发向卫星。之后，星载网控分配好上下行信道(包括载波和时隙)、星际链路信道，之后将出入端口号和由载波、时隙、标签值组成的转发出、入标签添加到星上标签转发表，同时将分配的标签、发送载波和时隙信息发回给业务终端；业务终端获知这些信息后，将报文标签加入报文，在分配的载波和时隙上将报文发送到星上；星载交换机在入端口根据收到报文的载波、时隙信息和报文标签生成转发入标签，根据此信息作为入标签索引查找标签转发表，确定输出端口和转发出标签，去掉转发出标签中的载波和时隙域，生成报文出标签，将数据送入交换结构相应的输出缓冲区处理。
若该数据直接发送给地面终端，则去掉报文标签，在星载交换机出端口上，在分配的业务时隙进行发送；若该数据需通过星间链路发送给相邻卫星，则为数据更换标签，直接在分配的星际链路信道上发送，相邻卫星收到该数据后同样通过标签转发方式完成转发处理；由于信道资源为固定分配，如果没有资源可以分配，则直接拒绝呼叫申请。
图6显示了基于标签的交换过程。图中C表示载波，TS表示时隙，L表示标签值。
转发标签表中的信息在网控分配资源和标签后写入相应表项，电路业务拆链时或分组业务传输结束时，相应的标签表项删除。网控模块对标签的处理；
分配标签时如果利用星载网控，则星载网控分配信道资源，在下发分配消息时将携带分配的资源信息，使得主被叫和路径中的所有中间节点都获知分配的资源情况，开始形成转发标签表项。
当采用地面网控时，所有资源分配由地面网控负责，分配好的资源信息上传给星上；一旦地面网控失效，则星载网控根据当前资源使用情况建立资源表，接管网控工作。

Claims (8)

1.一种适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)提出标签定义，并对报文标签进行设计；
(2)按照设计好的报文标签进行转发；
(3)网控模块对报文标签进行处理。
2.如权利要求1所述的适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法，其特征在于，步骤(1)中，报文标签为从终端发出的报文中携带的标签；转发标签为在星上交换机中存储的用于转发的标签；报文标签在送到星上时，将连同其他信息生成转发标签；报文标签加在数据链路层和网络层之间，星上标签转发表中的入标签和出标签格式即为转发标签格式；报文标签格式如下表：
其中，标签空间识别码具体为：00，星地链路标签空间；01，星际链路标签空间；10，组播标签空间；11，保留；
转发标签包括载波号、时隙号和标签三部分，格式如下：
标签转发表项的构成：入端口、转发入标签、出端口、转发出标签。
3.如权利要求1所述的适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法，其特征在于，步骤(1)中，对报文标签进行设计包括电路业务的报文标签设计和分组业务的报文标签设计。
4.如权利要求3所述的适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法，其特征在于，电路业务的报文标签设计具体为：采用可变长度设计方法，对于低速业务，标签总长设置为4bit，仅包括业务类型和优先级；对于高速业务，通过电路号来区分同一时隙中的不同话路，该电路号定义为18bit，包括标签空间识别码、业务类型、优先级在内组成共3字节的标签。
5.如权利要求3所述的适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法，其特征在于，分组业务的报文标签设计具体为：采用可变长度设计方法，对于高速分组业务，终端发送分组时，根据所连接的用户业务类型和优先级设置报文标签，进行星上标签转发；特别的，对于需要保证带宽的高优先级分组业务，建立虚链路，在标签值中填入分配的虚链路号。
6.如权利要求1所述的适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法，其特征在于，传输电路业务和高速高优先级分组业务时，标签转发表在建链过程中生成；传输其他类型分组业务时，标签转发表在首次发送数据时生成，电路业务拆链时或分组业务传输结束时，相应的标签表项删除。
7.如权利要求1所述的适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法，其特征在于，步骤(2)中，按照设计好的报文标签进行转发的具体过程为：传输电路业务和高速高优先级分组业务时，业务终端首先发起呼叫申请，呼叫申请中携带业务类型和用户所需的优先级，星载网控为其分配报文标签，并利用其中的电路号或虚链路号实现信道资源复用；传输其他类型分组业务时，业务终端直接通过公共业务信道将第一个报文发向卫星；之后，星载网控分配好上下行信道、星际链路信道，之后将出入端口号和由载波、时隙、标签值组成的转发出、入标签添加到星上标签转发表，同时将分配的标签、发送载波和时隙信息发回给业务终端；业务终端获知这些信息后，将报文标签加入报文，在分配的载波和时隙上将报文发送到星上；星载交换机在入端口根据收到报文的载波、时隙信息和报文标签生成转发入标签，根据此信息作为入标签索引查找标签转发表，确定输出端口和转发出标签，去掉转发出标签中的载波和时隙域，生成报文出标签，将数据送入交换结构相应的输出缓冲区处理；若该数据直接发送给地面终端，则去掉报文标签，在星载交换机出端口上，在分配的业务时隙进行发送；若该数据需通过星间链路发送给相邻卫星，则为数据更换标签，直接在分配的星际链路信道上发送，相邻卫星收到该数据后同样通过标签转发方式完成转发处理；如果没有资源可以分配，则直接拒绝呼叫申请。
8.如权利要求1所述的适用于多业务类型的卫星网络可变长度标签设计方法，其特征在于，步骤(3)中，网控模块对报文标签进行处理具体为：星载网控分配信道资源，在下发分配消息时将携带分配的资源信息，使得主被叫和路径中的所有中间节点都获知分配的资源情况，开始生成转发标签表项；当采用地面网控时，所有资源分配由地面网控负责，分配好的资源信息上传给星上；一旦地面网控失效，则星载网控根据当前资源使用情况建立资源表，接管网控工作。
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