CN111313961A - 一种适合天地双平面网络架构的路由控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适合天地双平面网络架构的路由控制方法，属于卫星通信技术领域。本发明通过在卫星网络中构建虚拟子网、地面网络中构建传输隧道以及卫星网络与地面网络之间路由信息无感扩散等设计，将卫星网络与地面网络融合为一个天地一体的信息传输网络，实现卫星网用户、地面网用户通过天地双平面网络互连互通。本发明可应用具有星上标签交换、星间互连的卫星网络与地面网络互连的场景中，实现卫星网络和地面网络流量分担、互为备份等功能，构成天地一体的信息传输网络。

Description

一种适合天地双平面网络架构的路由控制方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，特别是指一种适合天地双平面网络架构的路由控制方法，可用于实现卫星网络与地面网络之间路由信息的无感扩散，从而将卫星网络与地面网络融合为一个天地一体的信息传输网络。
背景技术
天地一体的信息传输网络在军事经济政治方面具有重要作用，以美国为首的西方国家花费巨大精力对其进行了深入研究，取得了显著的成果。我国天地一体的信息传输网络的构想与研究始于2006年，随着近年来研究的深入，天地一体的信息传输网络的概念逐渐统一。天地一体的信息传输网络采用天地双平面网络架构，以地面网络为基础，以卫星网络为扩展，可为全球范围内的卫星网用户提供接入与互连服务，并与地面互联网和地面移动网用户互联互通。
传统上，地面网络和卫星网络经历了不同的发展过程，在路由技术体制上也是区别对待的，没有充分考虑到两者的融合问题。目前，地面网络的路由策略主要采用自治域内OSPF路由协议，自治域间BGP路由协议；卫星网络由于星上资源受限以及网络拓扑频繁变化等特点，采用卫星专用的路由协议。地面网络与卫星网络直接交互路由信息，一方面会对卫星网络中星上路由器的协议处理带来巨大压力，另一方面也会将卫星网络频繁的路由变化引入到地面网络，造成地面网络的路由震荡。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种适合天地双平面网络架构的路由控制方法，其可用于卫星网络与地面网络之间路由信息的无感扩散，将卫星网络与地面网络融合为一个天地一体的信息传输网络，实现卫星用户、地面用户通过天地双平面网络互连互通。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种适合天地双平面网络架构的路由控制方法，其中，天地双平面网络架构包括卫星网络和地面网络，卫星网络和地面网络通过关口站卫星终端互连，所述卫星网络包括卫星网用户、用户站卫星终端、星载路由交换设备、关口站卫星终端以及卫星网络控制器，所述地面网络包括地面网络用户、接入路由器、汇聚路由器以及骨干路由器，该方法包括以下步骤：
A、地面网络采用IP路由交换方式，划分为多个路由自治域，自治域内路由器之间交互OSPF路由信息，自治域间路由器之间交互BGP路由信息，生成路由转发表；
B、卫星网络采用卫星标签交换方式，卫星网络控制器集中维护卫星用户IP地址与卫星标签的映射关系，生成星间标签转发表，并下发给用户站卫星终端、关口站卫星终端和星载路由交换设备；
C、在卫星网络构建虚拟子网，卫星网络控制器为每一虚拟子网分配一个卫星标签，每一卫星子网对应有多个关口站卫星终端；卫星网络控制器将每一虚拟子网的卫星标签与该虚拟子网的关口站卫星终端地址进行绑定，并将绑定信息发送给关口站卫星终端，同时，卫星网络控制器生成该虚拟子网的标签转发表，并发送给星载路由交换设备；
D、关口站卫星终端收到地面网络汇聚路由器的OSPF路由信息或地面网络骨干路由器的BGP路由信息后，根据关口站卫星终端与虚拟子网的卫星标签映射关系，封装虚拟子网的卫星标签，发送给星载路由交换设备；星载路由交换设备根据虚拟子网的标签转发表，将OSPF路由信息或BGP路由信息转发至相应的关口站卫星终端，再通过地面链路，转发至地面网络汇聚路由器，实现地面网络的路由信息在卫星网络中的无感扩散；
E、在地面网络中构建传输隧道，卫星网络控制器为每一传输隧道分配一个隧道标识和一对IP地址，每一传输隧道对应一对关口站卫星终端；卫星网络控制器将每一传输隧道的隧道标识与该传输隧道的关口站卫星终端进行绑定，并将绑定信息发送给星载路由交换设备和关口站卫星终端；
F、星载路由交换设备运行星间标签路由协议，根据传输隧道绑定关系向关口站卫星终端发送星间标签路由信息，关口站卫星终端收到卫星网络的星间标签路由信息后，封装IP数据包，通过地面网络传输隧道，转发至另一端关口站卫星终端，再通过星地链路，转发至星载路由交换设备，从而实现卫星网络的路由信息在地面网络中的无感扩散；
G、当卫星网用户数据包到达用户站卫星终端时，用户站卫星终端查找路由表，获取目的用户站卫星终端信息，并向卫星网络控制器发送路径请求信息；卫星网络控制器根据卫星网络资源状态，分配业务传输路径转发标签，并将转发标签信息发送给用户站卫星终端以及传输路径上的星载路由交换设备；用户站卫星终端将卫星网用户数据包封装转发标签，发送给星载路由交换设备，路由交换设备根据标签转发表转发数据包，直到目的用户站卫星终端；
H、当地面网用户数据包到达接入路由器时，接入路由器根据数据包IP地址，查询路由转发表，获取下一跳路由器信息，逐跳转发至地面网用户。
具体的，所述步骤A中，地面网络各自治域内运行OSPF协议的路由器均处于区域0，即拥有相同的OSPF链路状态数据库，并根据链路状态数据库计算路由转发表。
具体的，所述步骤B中，星间标签转发表包括用户IP地址、卫星终端站地址、转发标签号、下一跳卫星以及转发出口的信息。
具体的，所述步骤G中，星载路由交换设备根据标签转发表转发数据包时，若业务传输路径经过地面网络，则星载路由交换设备将数据包转发给关口站卫星终端，关口站卫星终端将数据包封装地面网络传输隧道的IP地址，逐跳转发给目的端的关口站卫星终端，目的站卫星终端恢复原始的数据包，转发至星载路由交换设备，再转发给目的用户站卫星终端。
具体的，所述步骤H中，接入路由器根据路由转发表转发数据包时，若业务传输路径经过卫星网络，则接入路由器将数据包逐跳转发至关口站卫星终端，关口站卫星终端根据数据包MAC地址，封装卫星网络链路帧以及转发标签，发送给星载路由交换设备，星载路由交换设备根据转发标签，发送给目的关口站卫星终端，目的关口站卫星终端恢复原始IP数据包后，经地面网络路由器逐跳转发至地面网络用户。
本发明与背景技术相比具有如下有益效果：
1、本发明可实现卫星网络与地面网络的路由信息无感扩散，将卫星网络与地面网络融合为天地一体的信息传输网络。
2、本发明可使卫星网用户通过卫星网络或地面网络实现业务互通，并且业务传输路径可在卫星网络和地面网络之间无感切换。
3、本发明可使地面网用户通过地面网络或卫星网络实现业务互通，并且业务传输路径可在地面网络和卫星网络之间无感切换。
附图说明
图1是本发明实施例的应用场景示意图；
图2是本发明实施例中地面网络路由信息在卫星网络扩散的流程图；
图3是本发明实施例中卫星网络路由信息在地面网络扩散的流程图；
图4是本发明实施例中卫星网用户业务通信的流程图；
图5是本发明实施例中地面网用户业务通信的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
图1所示为一种采用天地双平面网络架构的天地一体信息传输网络的应用场景，其中，卫星网络为基于星上标签交换、星间互连的多星网络，包括卫星网用户、星载路由交换设备、用户站卫星终端、关口站卫星终端和卫星网络控制器，地面网络采用路由分域架构，一个路由自治域包括地面网用户、接入路由器、汇聚路由器和骨干路由器。地面网络的汇聚路由器和骨干路由器通过关口站卫星终端与卫星网络相连，实现与卫星网络的融合。
如图2、3、4、5所示，该方法包括以下步骤：
A、地面网络采用IP路由交换方式，划分为若干个路由自治域，自治域内路由器之间交互OSPF路由信息，自治域间路由器之间交互BGP路由信息，生成路由转发表。
其中，所述步骤A中地面网络自治域内运行OSPF协议路由器均处于区域0，即拥有相同的OSPF链路状态数据库，并根据链路状态数据库计算路由转发表。
B、卫星网络采用卫星标签交换方式，卫星网络控制器集中维护卫星用户IP地址与卫星标签的映射关系，生成星间标签转发表，下发给用户站卫星终端、关口站卫星终端和星载路由交换设备。
其中，所述步骤B中星间标签转发表包括用户IP地址、卫星终端站地址、转发标签号、下一跳卫星、转发出口等信息。
C、在卫星网络构建虚拟子网，卫星网络控制器为每一虚拟子网分配一个卫星标签，每一卫星子网对应有多个关口站卫星终端。卫星网络控制器将每一虚拟子网的卫星标签与该虚拟子网的关口站卫星终端地址进行绑定，并将绑定信息发送给关口站卫星终端，同时卫星网络控制器生成该虚拟子网的标签转发表，发送给星载路由交换设备。
D、关口站卫星终端收到地面网络汇聚路由器的OSPF路由信息后，根据关口站卫星终端与虚拟子网的卫星标签映射关系，封装虚拟子网的卫星标签，发送给星载路由交换设备。星载路由交换设备根据虚拟子网的标签转发表，将OSPF路由信息转发至相应的关口站卫星终端，再通过地面链路，转发至地面网络汇聚路由器。地面网络骨干路由器的BGP路由信息在卫星网络中转发过程类似。实现地面网络的路由信息在卫星网络中的无感扩散。
E、在地面网络中构建传输隧道，卫星网络控制器为每一传输隧道分配一个隧道标识和一对IP地址，每一传输隧道对应一对关口站卫星终端。卫星网络控制器将每一传输隧道的隧道标识与该传输隧道的关口站卫星终端进行绑定，并将绑定信息发送给星载路由交换设备和关口站卫星终端。
F、星载路由交换设备运行星间标签路由协议，根据传输隧道绑定关系向关口站卫星终端发送星间标签路由信息，关口站卫星终端收到卫星网络的星间标签路由信息后，封装IP数据包，通过地面网络传输隧道，转发至另一端关口站卫星终端，再通过星地链路，转发至星载路由交换设备。实现卫星网络的路由信息在地面网络中的无感扩散。
G、卫星网用户业务互通时，数据包的路由寻址过程为：卫星网用户数据包到达用户站卫星终端后，用户站卫星终端查找路由表，获取目的用户站卫星终端信息，并向卫星网络控制器发送路径请求信息。卫星网络控制器根据卫星网络资源状态，分配业务传输路径转发标签，并将转发标签信息发送给用户站卫星终端以及传输路径上的星载路由交换设备。用户站卫星终端将卫星网用户数据包封装转发标签，发送给星载路由交换设备，路由交换设备根据标签转发表转发数据包，直到目的用户站卫星终端。
其中，所述步骤G中星载路由交换设备根据标签转发表转发数据包时，若业务传输路径经过地面网络，星载路由交换设备将数据包转发给关口站卫星终端，卫星终端将数据包封装地面网络传输隧道的IP地址，逐跳转发给目的端的关口站卫星终端，目的站卫星终端恢复原始的数据包，转发至星载路由交换设备，再转发给目的用户站卫星终端。
H、地面网用户业务互通时，数据包的路由寻址过程为：地面网用户数据包到达接入路由器后，接入路由器根据数据包IP地址，查询路由转发表，获取下一跳路由器信息，逐跳转发至地面网用户。
其中，所述步骤H中接入路由器根据路由转发表转发数据包时，若业务传输路径经过卫星网络，接入路由器将数据包逐跳转发至关口站卫星终端。关口站卫星终端根据数据包MAC地址，封装卫星网络链路帧以及转发标签，发送给星载路由交换设备，星载路由交换设备根据转发标签，发送给目的关口站卫星终端，目的关口站卫星终端恢复原始IP数据包后，经地面网络路由器逐跳转发至地面网络用户。
本发明方法采用在卫星网络中构建虚拟子网、地面网络中构建传输隧道以及卫星网络与地面网络之间路由信息无感扩散等方法，实现了卫星网络与地面网络的有效融合，以及卫星网用户、地面网用户通过天地双平面网络业务互联互通。
总之，本发明独创了一种适合天地双平面网络架构的路由控制方法，可用于具有星上标签交换、星间互连的卫星网络与地面网络互连的场景中，实现卫星网络和地面网络流量分担、互为备份等功能，从而构成天地一体的信息传输网络。
最后应该说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可对前述实施例的技术方案进行修改，或对其他部分技术特征进行等同替换，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，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种适合天地双平面网络架构的路由控制方法，所述天地双平面网络架构包括卫星网络和地面网络，卫星网络和地面网络通过关口站卫星终端互连；其特征在于，所述卫星网络包括卫星网用户、用户站卫星终端、星载路由交换设备、关口站卫星终端以及卫星网络控制器，所述地面网络包括地面网络用户、接入路由器、汇聚路由器以及骨干路由器，该方法包括以下步骤：
A、地面网络采用IP路由交换方式，划分为多个路由自治域，自治域内路由器之间交互OSPF路由信息，自治域间路由器之间交互BGP路由信息，生成路由转发表；
B、卫星网络采用卫星标签交换方式，卫星网络控制器集中维护卫星用户IP地址与卫星标签的映射关系，生成星间标签转发表，并下发给用户站卫星终端、关口站卫星终端和星载路由交换设备；
C、在卫星网络构建虚拟子网，卫星网络控制器为每一虚拟子网分配一个卫星标签，每一卫星子网对应有多个关口站卫星终端；卫星网络控制器将每一虚拟子网的卫星标签与该虚拟子网的关口站卫星终端地址进行绑定，并将绑定信息发送给关口站卫星终端，同时，卫星网络控制器生成该虚拟子网的标签转发表，并发送给星载路由交换设备；
D、关口站卫星终端收到地面网络汇聚路由器的OSPF路由信息或地面网络骨干路由器的BGP路由信息后，根据关口站卫星终端与虚拟子网的卫星标签映射关系，封装虚拟子网的卫星标签，发送给星载路由交换设备；星载路由交换设备根据虚拟子网的标签转发表，将OSPF路由信息或BGP路由信息转发至相应的关口站卫星终端，再通过地面链路，转发至地面网络汇聚路由器，实现地面网络的路由信息在卫星网络中的无感扩散；
E、在地面网络中构建传输隧道，卫星网络控制器为每一传输隧道分配一个隧道标识和一对IP地址，每一传输隧道对应一对关口站卫星终端；卫星网络控制器将每一传输隧道的隧道标识与该传输隧道的关口站卫星终端进行绑定，并将绑定信息发送给星载路由交换设备和关口站卫星终端；
F、星载路由交换设备运行星间标签路由协议，根据传输隧道绑定关系向关口站卫星终端发送星间标签路由信息，关口站卫星终端收到卫星网络的星间标签路由信息后，封装IP数据包，通过地面网络传输隧道，转发至另一端关口站卫星终端，再通过星地链路，转发至星载路由交换设备，从而实现卫星网络的路由信息在地面网络中的无感扩散；
G、当卫星网用户数据包到达用户站卫星终端时，用户站卫星终端查找路由表，获取目的用户站卫星终端信息，并向卫星网络控制器发送路径请求信息；卫星网络控制器根据卫星网络资源状态，分配业务传输路径转发标签，并将转发标签信息发送给用户站卫星终端以及传输路径上的星载路由交换设备；用户站卫星终端将卫星网用户数据包封装转发标签，发送给星载路由交换设备，路由交换设备根据标签转发表转发数据包，直到目的用户站卫星终端；
H、当地面网用户数据包到达接入路由器时，接入路由器根据数据包IP地址，查询路由转发表，获取下一跳路由器信息，逐跳转发至地面网用户。
2.根据权利要求1所述的一种适合天地双平面网络架构的路由控制方法，其特征在于：所述步骤A中，地面网络各自治域内运行OSPF协议的路由器均处于区域0，即拥有相同的OSPF链路状态数据库，并根据链路状态数据库计算路由转发表。
3.根据权利要求1所述的一种适合天地双平面网络架构的路由控制方法，其特征在于：所述步骤B中，星间标签转发表包括用户IP地址、卫星终端站地址、转发标签号、下一跳卫星以及转发出口的信息。
4.根据权利要求1所述的一种适合天地双平面网络架构的路由控制方法，其特征在于：所述步骤G中，星载路由交换设备根据标签转发表转发数据包时，若业务传输路径经过地面网络，则星载路由交换设备将数据包转发给关口站卫星终端，关口站卫星终端将数据包封装地面网络传输隧道的IP地址，逐跳转发给目的端的关口站卫星终端，目的站卫星终端恢复原始的数据包，转发至星载路由交换设备，再转发给目的用户站卫星终端。
5.根据权利要求1所述的一种适合天地双平面网络架构的路由控制方法，其特征在于：所述步骤H中，接入路由器根据路由转发表转发数据包时，若业务传输路径经过卫星网络，则接入路由器将数据包逐跳转发至关口站卫星终端，关口站卫星终端根据数据包MAC地址，封装卫星网络链路帧以及转发标签，发送给星载路由交换设备，星载路由交换设备根据转发标签，发送给目的关口站卫星终端，目的关口站卫星终端恢复原始IP数据包后，经地面网络路由器逐跳转发至地面网络用户。
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