CN111884931A - 一种应用于卫星网络的集中式路由方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种应用于卫星网络的集中式路由方法及系统，该方法包括：根据卫星网络拓扑周期性特征划分多个时间片；根据各时间片、对应卫星网络拓扑及预设要求，计算出当前路由转发端到达其他所有路由转发端的基础转发条目；路由转发端根据各时间片进行基础转发条目的加载，将接收的用户数据进行封装，得到封装数据包，根据用户等级及服务类型，确定路由要求，即基础路由和按需路由；根据路由要求确定对应的转发条目，并根据对应的转发条目对封装数据包进行路由转发。本发明实现卫星网络对用户数据的差异化路由，并且具备一定的故障恢复能力。

Description

一种应用于卫星网络的集中式路由方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星网络技术领域，具体涉及一种应用于卫星网络的集中式路由方法及系统。
背景技术
卫星网络由于覆盖范围广、宽带广播通信等特性在全球通信、导航定位、深空探索等诸多方面发挥着不可替代的作用。不同于地面互联网，卫星网络存在拓扑时变等特点，使得现有基于相对稳定组网环境而设计的路由协议无法直接适用。因此，现有技术中为解决现有路由协议无法直接适用于卫星网络的问题，通常采用快照路由与自组网路由的方法，然而，现有方法难以同时兼顾灵活性与信令开销。
发明内容
鉴于此，本发明实施例提供了一种应用于卫星网络的集中式路由方法及系统，解决现有技术存在的灵活性与信令开销难以兼顾、按需差异化路由难以实现的问题。
根据第一方面，本发明实施例提供了一种应用于卫星网络的集中式路由方法，包括：根据卫星网络拓扑周期性特征划分多个时间片，得到各所述时间片对应的卫星网络拓扑；根据各所述时间片、各所述时间片对应的卫星网络拓扑及预设要求，计算出当前路由转发端到达其他所有路由转发端的基础转发条目，并将各所述基础转发条目下发至对应的当前路由转发端；所述路由转发端根据各所述时间片进行所述基础转发条目的加载；所述路由转发端将接收的用户数据进行封装，得到封装数据包，所述封装数据包中携带有用户发送的数据信息、用户等级及服务类型；所述路由转发端根据所述用户等级及所述服务类型，确定路由要求，所述路由要求包括基础路由要求及按需路由要求；所述路由转发端根据所述路由要求确定对应的转发条目，并根据对应的转发条目对所述封装数据包进行路由转发。
可选地，当所述路由要求为所述基础路由要求时，所述路由转发端根据所述基础路由要求，将路由转发端加载的基础转发条目确定为基础路由转发条目，并根据基础路由转发条目对所述封装数据包进行路由转发。
可选地，当所述路由要求为所述按需路由要求时，所述路由转发端根据所述路由要求确定对应的转发条目，并根据对应的转发条目对所述封装数据包进行路由转发，包括：所述路由转发端根据所述按需路由要求向所述路由控制服务器发送询问转发规则的路径请求；接收所述路由转发端的路径请求，并根据预设方式获取卫星网络所有路由转发端的运行状态；根据所述路径请求、各所述运行状态及对应的预设权重，计算得到各链路路由代价；根据所述当前时间片对应的卫星网络拓扑、各所述链路路由代价及预设最小代价路径算法，计算得到最小代价路径，生成路径标识；根据所述路径标识，生成基于所述路径标识的按需路由转发条目并下发至所述最小代价路径中包含的各路由转发端；所述路由转发端根据所述按需路由转发条目对所述封装数据包进行路由转发。
可选地，本发明实施例提供的一种应用于卫星网络的集中式路由方法，还包括：获取当前时间片对应的卫星网络拓扑中路由转发端发送的信令，所述信令包含所述路由转发端状态信息及所述路由转发端对应的链路状态信息；根据所述路由转发端状态信息及预设方式判断所述路由转发端是否故障，当所述路由转发端被判定为发生故障时，将发生故障的所述路由转发端在所述卫星网络拓扑中剔除，得到所述卫星网络的新拓扑；根据所述链路状态信息及预设方式判断所述链路是否拥塞，当所述链路拥塞时，将发生拥塞的所述链路在卫星网络的新拓扑中剔除，得到最终卫星网络拓扑；根据所述当前时间片及所述预设要求，在最终卫星网络拓扑中计算当前路由转发端到达其他所有路由转发端的新基础转发条目，并下发至对应的路由转发端以使所述路由转发端对所述新基础转发条目进行加载。
可选地，所述根据预设方式获取所有路由转发端的运行状态，包括：接收所有路由转发端发送的定时报送消息及报警消息，所述定时报送消息是所述路由转发端按照预设时间发送的用于记录所述路由转发端自身运行状态及对应的链路运行状态的消息，所述报警消息是所述路由转发端发送的用于提示所述路由转发端自身运行状态及对应的链路运行状态是否超过预设要求的消息；根据所述定时报送消息及报警消息，得到所有路由转发端的运行状态。
可选地，所述根据预设方式获取所有路由转发端的运行状态，还包括：将查询消息发送至所述路由转发端，所述查询消息用于表示需要查询的内容选项；接收所述路由转发端发送的查询报送消息，所述查询报送消息是所述路由转发端根据所述查询消息生成的，所述查询报送消息包含有表示所述路由转发端的运行状态的信息。
可选地，所述运行状态包括：所述路由转发端与相邻路由转发端的通断情况及平均往返时延、所述路由转发端与相邻路由转发端相连的接口上的平均吞吐量及平均丢包率；
所述链路路由代价通过以下公式计算：
RC＝α·PD+β·TH+γ·DP
其中，RC表示链路路由代价，PD表示平均传输时延，TH表示平均吞吐量，DP表示平均丢包率，α,β,γ分别表示平均传输时延、平均吞吐量、平均丢包率所对应的预设权重。
根据第二方面，本发明实施例提供了一种应用于卫星网络的集中式路由系统，包括：网络状态收集模块，用于采集路由转发端的运行状态，并将所述路由转发端的运行状态发送至信息上报模块；信息上报模块，用于将所述路由转发端的运行状态通过通信接口上报给信息收集模块；信息收集模块，用于通过通信接口监控所述路由转发端的运行状态；数据处理模块，用于将预先输入的时间片拓扑、所述路由转发端的运行状态存储到数据库中，并对数据库中存储的信息进行拓扑管理；路由计算模块，用于根据所述数据处理模块中的拓扑信息、所述路由转发端的运行状态，用户等级以及服务类型对数据计算路由路径；转发表生成模块，用于根据基础路由和按需路由计算的路径生成相应的转发表，并通过通信接口发送至转发表管理模块；转发表管理模块，用于存储转发表生成模块生成的基础路由转发表和按需路由转发表；转发模块，用于路由转发端根据相应的转发表对数据包进行转发。
本发明实施例提供了一种非暂态计算机可读存储介质，所述非暂态计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现本发明第一方面及任意一种可选方式所述的应用于卫星网络的集中式路由方法。
本发明实施例提供了一种电子设备，包括：存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行本发明第一方面及任意一种可选方式所述的应用于卫星网络的集中式路由方法。
本发明技术方案，具有如下优点：
本发明实施例提供了一种应用于卫星网络的集中式路由方法，通过路由控制服务器预先根据拓扑变化生成一系列静态拓扑的组合，计算出在每一个静态拓扑下每个路由转发端到达其他任意路由转发端的基础转发条目，并下发至相应路由转发端进行本地存储并按时间顺序加载，形成基础路由转发条目；在路由计算的过程中对于低等级的用户无需考虑链路性能，利用基础路由实现“尽力而为”的转发，简单、高效；对于高等级的用户，路由控制服务器会实行按需路由的计算方式，即根据收集到的当前网络运行状态、以及用户等级和服务类型，动态规划出该高等级用户数据的转发路径，并将相关按需路由转发条目发送至转发路径中的相关路由转发端，实现卫星网络的差异化路由。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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为本发明实施例中应用于卫星网络的集中式路由方法的流程图；
图2为本发明实施例中应用于卫星网络的集中式路由方法基础路由的示意图；
图3为本发明实施例中应用于卫星网络的集中式路由方法按需路由的示意图；
图4为本发明实施例中应用于卫星网络的集中式路由系统的模块组成图；
图5为本发明实施例中的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供的应用于卫星网络的路由方法基于以下场景，即卫星网络(含卫星网络所属地面节点)与其连接的其他网络或用户在逻辑上采用不同的地址空间。其中，卫星网络基于其自身地址空间(SN-CID，可为IPv4、IPv6地址、标签等)对数据包进行路由转发，其他网络或用户所用的地址空间(例如IPv4、IPv6地址等)将作为卫星网络的接入标识(SN-AID)。其他网络节点或用户接入卫星网络后，将通过其接入路由转发端向卫星网络的映射服务器注册其SN-AID与SN-CID的绑定关系。当其他网络或用户的数据包进入卫星网络后，若其接入路由转发端并未存储数据包目的地址所对应通信对端的SN-AID与SN-CID的绑定关系，该接入路由转发端将向映射服务器查询；若该接入路由转发端本地存储有数据包目的地址所对应通信对端的SN-AID与SN-CID的绑定关系或刚从映射服务器获取相关信息，该接入路由转发端将对其他网络或用户的数据包封装基于SN-CID的报头，其中，封装报头的源地址为该接入路由转发端的SN-CID，封装报头的目的地址为数据包目的地址所对应通信对端所连接路由转发端的SN-CID；此外，基于SN-CID的报头中已经通过某种方式携带了用户等级和服务类型的信息。
本发明实施例提供了一种应用于卫星网络的集中式路由方法，如图1所示，该应用于卫星网络的集中式路由方法具体包括：
步骤S1：根据卫星网络拓扑周期性特征划分多个时间片，得到各时间片对应的卫星网络拓扑。
本发明实施例中，由于卫星的拓扑变化具有周期性和可预测性的特征，因此，网络初始时，路由控制服务器根据卫星轨迹和建链规则得出一个周期内的拓扑连接情况，并根据链路通断情况进行时间片划分，将卫星网络拓扑划分为多个时间片。
步骤S2：根据各时间片、各时间片对应的卫星网络拓扑及预设要求，计算出当前路由转发端到达其他所有路由转发端的基础转发条目，并将各基础转发条目下发至对应的当前路由转发端。
本发明实施例中，对于每个时间片，路由控制服务器以预设路由要求即某种度量(例如，链路传输时延)为目标，计算网络内每一路由转发端到拓扑中其它所有路由转发端的路由，得出(时间片序号，目的路由转发端，转发接口，有效时间段)等一系列基础转发条目，如表1所示，其中，SN-CID为路由转发端的节点标识。若路由转发端是卫星节点，则转发接口定义为星上空口，若路由转发端是地面节点，则转发接口定义为设备网口。
表1 SN-CIDx-路由转发端基础路由转发表
Figure BDA0002569131670000081
需要说明的是，本发明实施例中的预设路由要求可以根据实际需要进行设置，本发明实施例仅以链路传输时延为例进行说明，本发明并不以此为限。
步骤S3：路由转发端根据各时间片进行基础转发条目的加载。
本发明实施例中，假设卫星网络中包括卫星编号为A、B、C、D、E的五个路由转发端，则路由控制服务器可以计算得到A分别到B、C、D、E的各个基础转发条目，还有B分别到A、C、D、E的各个基础转发条目，以此类推，直到得到E到其他卫星的基础转发条目，然后分别将各自的基础转发条目下发至对应的路由转发端，即计算得到的A到其他路由转发端的各个基础转发条目下发至A，其他各路由转发端也是进行同样的操作，在此不再赘述。当各个路由转发端接收到各个基础转发条目后，会根据时间片的时间序列对基础转发条目进行加载，例如以一分钟为一个时间周期进行时间片划分，假设卫星A接收第一分钟、第二分钟、第三分钟的转发条目后，会根据时间片时序，先加载第一分钟的各个基础转发条目，然后依次加载第二分钟、第三分钟的基础转发条目。
需要说明的是，本发明实施例仅举例说明了卫星网络中包含五个路由转发端及时间片划分的时间周期，在实际应用中都是根据实际卫星网络进行设置的，本发明并不以此为限。
步骤S4：路由转发端将接收的用户数据进行封装，得到封装数据包，封装数据包中携带有用户发送的数据信息、用户等级及服务类型。
本发明实施例中，假设用户A向用户B发送数据包，则在A所接入的路由转发端1对用户A发送的数据包进行封装，其中数据包封装基于SN-CID的报头，基于SN-CID报头的源地址为路由转发端1的SN-CID，目的地址为数据包目的端(用户B)所连接卫星网络的接入路由转发端的SN-CID，并且同时在数据报头中填写用户等级信息和服务类型，将数据信息作为数据载荷封装在封装数据包中。需要说明的是，本发明实施例中仅举例说明封装数据包中包含用户等级及服务类型，还可以根据实际需求添加其他用户权重信息，本发明并不以此为限。
步骤S5：路由转发端根据用户等级及服务类型，确定路由要求，路由要求包括基础路由要求及按需路由要求。
本发明实施例中，路由转发端根据用户等级及服务类型，进行差异化路由，确定路由要求，其中路由要求包括基础路由要求及按需路由要求，当数据包在路由转发端队列中等待时，可按照一定策略使高等级的数据包进行“插队”并优先转发，路由转发端将顺序到达的数据包再按照用户等级进行重新排列，若用户等级相同，则按照服务类型排列(例如，低时延服务优先，其次是低丢包率服务，最后是高吞吐量服务)，对于新加入队列的数据包，按照同样规则，插入等待队列中。而对于不同服务类型，则根据其自身特点进行路由转发。
步骤S6：路由转发端根据路由要求确定对应的转发条目，并根据对应的转发条目对封装数据包进行路由转发。本发明实施例中，根据路由要求的不同，选择对封装数据包进行基础路由转发还是按需路由转发；当路由要求为基础路由要求时，路由转发端则将加载好的基础转发条目确定为基础路由转发条目，并根据基础路由转发条目对封装数据包进行路由转发。
具体地，在一实施例中，当路由要求为按需路由要求时，上述的步骤S6中，具体包括如下步骤：
步骤S61：路由转发端根据按需路由要求向路由控制服务器发送询问转发规则的路径请求。
步骤S62：接收路由转发端的路径请求，并根据预设方式获取卫星网络所有路由转发端的运行状态。
本发明实施例中，路由控制服务器接收到路由转发端的路径请求后获取路径请求中所涉及的路由转发端、用户等级、服务类型信息，并通过预设方式获取当前卫星网络所有路由转发端的运行状态。
具体地，在一实施例中，上述的步骤S62中，具体包括如下步骤：
步骤S621：接收所有路由转发端发送的定时报送消息及报警消息，其中，定时报送消息是路由转发端按照预设时间发送的用于记录路由转发端自身运行状态及对应的链路运行状态的消息，报警消息是路由转发端发送的用于提示路由转发端自身运行状态及对应的链路运行状态是否超过预设要求的消息。
本发明实施例中，一般情况下，路由转发端向路由控制服务器汇报其自身及链路运行情况，此交互采用定期报送消息来实现，主要报送与邻居通断情况、平均时延、平均吞吐量、平均丢包率等信息，如表2所示，其中，平均传输时延为某个路由转发端与其相邻路由转发端之间的平均往返时延，平均吞吐量表示在单位时间内某个路由转发端接口转发的平均数据量，平均丢包率是指单位时间内所丢失数据包数量占所发送数据包的比例。
表2路由转发端定期报送消息内容
节点标识 接口标号 相邻节点 序列号 平均传输时延 平均吞吐量 平均丢包率 …
SN-CIDx 接口<sub>a</sub> SN-CID<sub>y</sub> 时间戳值 Delay Throughput DropRate …
另外，当某一参数超过预定值，路由转发端可主动向路由控制服务器进行相关网络状态的汇报。该过程通过报警消息来实现，报警消息内容如表3所示，主要包括三位标志字段，分别代表了传播时延、吞吐量和丢包率。当标志字段的标志位为1时，代表该项指标超出预定值。
表3报警消息内容
节点标识 接口标号 相邻节点 传播时延字段 吞吐量字段 丢包率字段
SN-CIDx 接口<sub>a</sub> SN-CID 0 1 1
步骤S622：根据定时报送消息及报警消息，得到所有路由转发端的运行状态。
步骤S623：将查询消息发送至路由转发端，查询消息用于表示需要查询的内容选项。
本发明实施例中，同时，路由转发端还需要支持路由控制服务器对其各网络状态参数的瞬时查询。查询过程依靠查询消息和查询报送消息来实现。路由控制服务器向路由转发端发送查询消息，路由转发端收到查询后向路由控制服务器发送查询报送消息来应答。表4为查询消息的内容。序列号使得查询消息与相应的查询报送消息一一对应。三个字段分别表示路由控制服务器要向路由转发端查询哪些信息，字段置1则表示要查询该项信息。表5为查询报送消息的内容。其中的确认号应与相应的查询消息内容中的序列号相等，代表对该查询的应答，相应的指标根据查询消息中的内容进行选择填充，若没有查询该指标，则该项为空。
需要说明的是，本发明实施例中的定期报送消息、查询报送消息、查询消息和报警消息所包含的内容仅为举例说明，在实际应用中，还可以包含其他内容，也不仅仅限定与这四类消息，只要能完整的获取网络运行状态即可，本发明并不以此为限。
表4查询消息内容
Figure BDA0002569131670000121
表5查询报送消息内容
Figure BDA0002569131670000131
步骤S624：接收路由转发端发送的查询报送消息，其中查询报送消息是路由转发端根据查询消息生成的，查询报送消息包含有表示路由转发端的运行状态的信息。
在实际应用中，通过上述四类报文消息的交互，路由控制服务器可汇总所有路由转发端的状态信息，生成如表6所示的卫星网络状态信息汇总表，以为按需路由提供测算基础。路由控制服务器通过按需路由机制计算出转发条目后，向路由转发端下发按需路由转发条目，交互过程中可依靠哈希消息认证码字段来验证转发条目消息的完整性。
表6卫星网络状态信息汇总表
Figure BDA0002569131670000132
步骤S63：根据路径请求、各运行状态及对应的预设权重，计算得到各链路路由代价。
本发明实施例中，为提供一条相对较好的路由，路由控制服务器会根据不同服务类型转发需求使用不同的链路路由代价。例如，在考虑路由转发端与其相邻的各个路由转发端的通断情况及平均往返时延、路由转发端与其相邻的各个路由转发端相连的接口上的平均吞吐量及平均丢包率的情况下，链路路由代价通过以下公式计算：
RC＝α·PD+β·TH+γ·DP
其中，RC表示链路路由代价，PD表示平均传输时延，TH表示平均吞吐量，DP表示平均丢包率，α,β,γ分别表示平均传输时延、平均吞吐量、平均丢包率所对应的预设权重。
步骤S64：根据当前时间片对应的卫星网络拓扑、各链路路由代价及预设最小代价路径算法，计算得到最小代价路径，生成路径标识。
步骤S65：根据路径标识，生成基于路径标识的按需路由转发条目并下发至最小代价路径中包含的各路由转发端。
步骤S66：路由转发端根据按需路由转发条目对封装数据包进行路由转发。
本发明实施例中，路由控制服务器根据不同服务类型选择对应的权重，并根据Dijkstra算法得出最小代价的路径，生成以路径标识(PID，为两个SN-CID的长度)为索引的按需路由转发条目发送给生成路径上的相应路由转发端以在逻辑上维持一条高质量的链路，如表7表所示。路由转发端本地加载后便可进行数据的转发。此外，该路径上的起点路由转发端首先需要将已经封装的数据包的源SN-CID和目的SN-CID地址改写为PID，之后再按照基于PID的按需路由转发条目转发数据；终点路由转发端则需要将基于PID的数据报头移除，再根据用户数据包目的地址转发数据。
表7按需路由转发条目
Figure BDA0002569131670000141
需要说明的是，本发明实施例中采用Dijkstra算法计算最小代价的路径，在实际应用中预设最小代价路径算法也可以选择其他算法，本发明并不以此为限。
具体地，本发明实施例提供的应用于卫星网络的集中式路由方法，还包括：
步骤S01：获取当前时间片对应的卫星网络拓扑中路由转发端发送的信令，其中信令包含路由转发端状态信息及路由转发端对应的链路状态信息。
本发明实施例中，路由控制服务器实时的对卫星网络的运行状态进行监测，路由控制服务器首先获取当前时间片对应的卫星网络拓扑中路由转发端发送的信令，用于判断路由转发端的状态及链路通断状态。
步骤S02：根据路由转发端状态信息及预设方式判断路由转发端是否故障，当路由转发端被判定为发生故障时，将发生故障的路由转发端在卫星网络拓扑中剔除，得到卫星网络的新拓扑。本发明实施例中，如果连续3次没有收到路由转发端的信令后，则判定此路由转发端出现故障；当所有路由转发端均未发生故障时，则将原本的卫星网络拓扑确定为上述的卫星网络的新拓扑，即卫星网络的拓扑未发生变化，在此基础上再进行链路故障的判断。需要说明的是，本发明仅举例说明故障判断的预设方式，在实际应用中也可以是其他方式，例如按时间进行监测，本发明并不以此为限。
步骤S03：根据链路状态信息及预设方式判断链路是否拥塞，当链路拥塞时，将发生拥塞的链路在卫星网络的新拓扑中剔除，得到最终卫星网络拓扑。本发明实施例中，在得到上述卫星网络的新拓扑后，判断此卫星网络的新拓扑中的所有链路是否发生拥塞，当所有链路均未发生拥塞现象时，将卫星网络的新拓扑确定为最终卫星网络拓扑；如果所有路由转发端口及链路均未发生故障的情况下，最终卫星网络拓扑就会是最初始的卫星网络拓扑。
步骤S04：根据当前时间片及预设要求，在最终卫星网络拓扑中计算当前路由转发端到达其他所有路由转发端的新基础转发条目，并下发至对应的路由转发端以使路由转发端对新基础转发条目进行加载，并撤销之前基于包含故障路由转发端或/和拥塞链路拓扑而计算得出的相关基础转发条目。
具体地，如图2所示，给出了一个基础路由分发、数据包以封装形式穿越卫星网络的示例。网络初始时，路由控制服务器根据卫星轨迹和星座得出一个周期(一个周期是指天地网络拓扑恢复至某个形态，其中节点相对位置、链路状态、信道质量等基本相同)内的拓扑连接情况、并进行时间片划分。当卫星(路由转发端)由于运动而导致与相邻节点之间的连接关系改变后，会产生新的时间片。之后，对每个时间片内的每个路由转发端进行到拓扑中其他所有路由转发端的路由计算，最终得出一系列基础转发条目。路由控制服务器将每个路由转发端所使用的转发表进行下发，相应路由转发端在收到自己的转发表后按照时间片所指示的时间段进行基础转发条目的本地加载，形成基础路由转发条目。当其他网络节点SN-AID1(低等级用户)的数据包穿越卫星网络时，接入路由转发端SN-CID1对该数据包封装后依据基础路由转发条目进行匹配转发，直至到达卫星网络路由转发端SN-CID4后进行解封装，并最终将数据包发往其他网络节点SN-AID2。
如图3所示，给出了一个按需路由的示例。当收到其他网络节点SN-AID1(高等级用户)基于SN-CID封装的数据包后，卫星网络路由转发端SN-CID1向路由控制服务器进行路径请求。路由控制服务器根据其他网络节点的服务类型以及当前网络状态计算出新的传输路径，并以PID进行标识。此后，路由控制服务器将按需路由转发条目下发至相应的路由转发端。待所涉及路由转发端本地配置完成相关路由转发条目后，SN-CID1将原有封装报头中的源SN-CID和目的SN-CID替换为PID后基于按需路由转发条目对数据进行路由转发，中间路由转发端以PID为索引进行转发直至SN-CID4。后者对数据包进行解封装后发往其他网络节点SN-AID2。
通过上述步骤S1至步骤S6，本发明实施例提供了一种应用于卫星网络的集中式路由方法，通过路由控制服务器预先根据拓扑变化生成一系列静态拓扑的组合，计算出每个路由转发端到达其他任意路由转发端的基础转发条目，并下发至相应路由转发端进行本地存储并按时间顺序加载，形成基础路由转发条目；在路由计算的过程中对于低等级的用户无需考虑链路性能，利用基础路由实现“尽力而为”的转发，简单、高效；对于高等级的用户，路由控制服务器会实行按需路由的计算方式，即根据收集到的当前网络运行状态、以及用户等级和服务类型，动态规划出该高等级用户数据的转发路径，并将相关按需路由转发条目发送至转发路径中的相关路由转发端，实现卫星网络的差异化路由。本发明实施例还提供了一种应用于卫星网络的集中式路由系统，如图4所示，包括：
网络状态收集模块1，用于采集路由转发端的运行状态，并将路由转发端的运行状态发送至信息上报模块2；其中一些信息可以直接从路由转发端中采集，另一些信息则需要自主收发信令包采集。
信息上报模块2，用于将路由转发端的运行状态通过通信接口上报给信息收集模块3；包括主动上报组件和被动上报组件，路由转发端利用主动上报组件向路由控制服务器主动上报网络状态；被动组件用于响应路由控制服务器的查询消息。
信息收集模块3，用于通过通信接口监控路由转发端的运行状态；主要包括主动查询组件和被动接收组件。路由控制服务器利用主动查询组件向路由转发端发送查询消息来获取当前网络的运行状态；被动接收组件用于持续监听路由转发端，接收路由转发端周期上报的网络状态消息。
数据处理模块4，用于将预先输入的时间片拓扑、路由转发端的运行状态存储到数据库中，并对数据库中存储的信息进行拓扑管理；主要包括数据库组件、时间片优化组件、拓扑管理组件和网络状态信息管理组件。在实际应用中为保证时间片间的平滑切换，针对原始时间片拓扑，时间片优化组件对相邻的时间片前后各取T时间，作为中间时间片填充在原始时间片拓扑中，如时间片1[a,b)，时间片2[b,c)，优化后为时间片1’[a,b-T)、中间时间片为[b-T,b+T)、以及时间片2’[b+T,c)；数据库组件，用于存储添加中间时间片后的拓扑和路由转发端上报的网络状态信息；拓扑管理组件，读取数据库中的时间片拓扑计算路由，并根据收集到的网络状态信息对当前时间片拓扑进行实时更新。
路由计算模块5，用于根据数据处理模块中的拓扑信息、路由转发端的运行状态，用户等级以及服务类型对数据计算路由路径；主要包括基础路由计算组件和按需路由计算组件。基础路由计算组件以某种度量(例如，链路传输时延)为目标计算网络内每一节点到拓扑中其它所有节点的路径；按需路由组件根据用户数据包所携带的用户等级与服务类型对网络状态进行加权，并根据Dijkstra算法得出最小代价的路径。
转发表生成模块6，用于根据基础路由和按需路由计算的路径生成相应的转发表，并通过通信接口发送至转发表管理模块7；包括基础路由转发表和按需路由转发表。
转发表管理模块7，用于存储转发表生成模块生成的基础路由转发表和按需路由转发表；包括基础路由转发表组件和按需路由转发表组件
转发模块8，用于路由转发端根据相应的转发表对数据包进行转发。
通过上述各个组成部分的协同合作，本发明实施例提供了一种应用于卫星网络的路由系统，通过路由控制服务器预先根据拓扑变化生成一系列静态拓扑的组合，计算出每个路由转发端到达其他任意路由转发端的基础转发条目，并下发至相应路由转发端进行本地存储并按时间顺序加载，形成基础路由转发条目；在路由计算的过程中对于低等级的用户无需考虑链路性能，利用基础路由实现“尽力而为”的转发，简单、高效；对于高等级的用户，路由控制服务器会实行按需路由的计算方式，即在时间片路由的基础上，路由控制服务器根据收集到的当前网络运行状态、以及用户等级和服务类型，动态规划出用户数据的转发路径，并将相关按需路由转发条目发送至转发路径中的相关路由转发端，实现卫星网络的差异化路由。
本发明实施例首先给出了一个基础路由计算分发的示例。网络初始时，针对输入的一个周期(一个周期是指天地网络拓扑恢复至某个形态，其中节点相对位置、链路状态、信道质量等基本相同)内的时间片拓扑，路由控制服务器中的数据处理模块4调用时间片优化组件对相邻时间片取中间时间片存入数据库。拓扑管理组件读取数据库中的时间片拓扑，路由计算模块5中的基础路由组件对每个时间片内的每个节点进行到拓扑中其他所有节点的路由计算，转发表生成模块6中的基础路由转发表组件根据基础路由条目按照基础路由转发表的格式生成一系列路由转发端转发条目。路由控制服务器向每个路由转发端进行下发一个周期的转发表，相应路由转发端的转发表管理模块7在收到自己的转发表后，基础路由转发表组件首先存储所有的基础路由转发表，之后根据当前系统时间确定处于哪个时间片，最后按照时间片所指示的时间段进行转发条目的本地加载。
其次给出一个按需路由的示例。当收到其他网络节点SN-AID1(高等级用户)基于SN-CID封装的数据包后，卫星网络路由转发端SN-CID1向路由控制服务器进行路径请求。拓扑处理组件读取数据库中的当前时间片拓扑以及信息上报模块上报的网络状态信息，路由控制服务器中的按需路由计算组件针对其他网络节点的服务类型以及当前网络状态计算出新的传输路径，并以PID进行标识。此后，路由控制服务器的按需路由转发表生成组件生成按需路由转发条目下发至相应的路由转发端。路由转发端的按需路由转发表管理组件进行存储和本地配置。之后，SN-CID1将原有封装报头中的源SN-CID和目的SN-CID替换为PID后基于按需路由转发条目对数据进行路由转发，中间路由转发端以PID为索引进行转发直至SN-CID4。后者对数据包进行解封装后发往其他网络节点SN-AID2。其中，网络状态是由路由服务控制器通过周期(查询)向路由转发端获取的。路由转发端的网络状态收集模块1也周期性采集卫星的网络状态，存储在信息上报模块2。其中，主动上报组件周期性向路由服务控制器上报当前网络状态。被动接收组件持续监听，当收到数据包后，通过判断标志位确定是信息上报的网络状态消息后，将每个路由转发端上报的网络状态消息存入数据库。当计算按需路由读取数据库没有当前网络状态时，路由服务控制器的主动查询组件向路由转发端发送查询消息，路由转发端收到后，被动上报组件读取存储状态，回复查询报送消息，主动收集组件收到后存入数据库以备后续的路由计算。
最后给出一个拓扑更新的示例。拓扑管理组件周期性查询数据库中的网络状态表，当有节点发生或故障/并链路出现拥塞、故障节点恢复或/并链路不再拥塞时，拓扑管理组件触发对原始拓扑进行更新，并重新计算下发受影响时间片的基础路由转发条目。
本发明实施例还提供了一种电子设备，如图5所示，该电子设备可以包括处理器901和存储器902，其中处理器901和存储器902可以通过总线或者其他方式连接，图5中以通过总线连接为例。
处理器901可以为中央处理器(Central Processing Unit，CPU)。处理器901还可以为其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等芯片，或者上述各类芯片的组合。
存储器902作为一种非暂态计算机可读存储介质，可用于存储非暂态软件程序、非暂态计算机可执行程序以及模块，如本发明实施例中的方法所对应的程序指令/模块。处理器901通过运行存储在存储器902中的非暂态软件程序、指令以及模块，从而执行处理器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法。
存储器902可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储处理器901所创建的数据等。此外，存储器902可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非暂态存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非暂态固态存储器件。在一些实施例中，存储器902可选包括相对于处理器901远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至处理器901。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。
一个或者多个模块存储在存储器902中，当被处理器901执行时，执行上述方法。
上述电子设备具体细节可以对应参阅上述方法实施例中对应的相关描述和效果进行理解，此处不再赘述。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(Read-Only Memory，ROM)、随机存储记忆体(Random Access Memory，RAM)、快闪存储器(Flash Memory)、硬盘(Hard Disk Drive，缩写：HDD)或固态硬盘(Solid-StateDrive，SSD)等；存储介质还可以包括上述种类的存储器的组合。
以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.一种应用于卫星网络的集中式路由方法，其特征在于，包括：
根据卫星网络拓扑周期性特征划分多个时间片，得到各所述时间片对应的卫星网络拓扑；
根据各所述时间片、各所述时间片对应的卫星网络拓扑及预设要求，计算出当前路由转发端到达其他所有路由转发端的基础转发条目，并将各所述基础转发条目下发至对应的当前路由转发端；
所述路由转发端根据各所述时间片进行所述基础转发条目的加载；
所述路由转发端将接收的用户数据进行封装，得到封装数据包，所述封装数据包中携带有用户发送的数据信息、用户等级及服务类型；
所述路由转发端根据所述用户等级及所述服务类型，确定路由要求，所述路由要求包括基础路由要求及按需路由要求；
所述路由转发端根据所述路由要求确定对应的转发条目，并根据对应的转发条目对所述封装数据包进行路由转发。
2.根据权利要求1所述的应用于卫星网络的集中式路由方法，其特征在于，当所述路由要求为所述基础路由要求时，所述路由转发端根据所述基础路由要求，将路由转发端加载的基础转发条目确定为基础路由转发条目，并根据基础路由转发条目对所述封装数据包进行路由转发。
3.根据权利要求1所述的应用于卫星网络的集中式路由方法，其特征在于，当所述路由要求为所述按需路由要求时，所述路由转发端根据所述路由要求确定对应的转发条目，并根据对应的转发条目对所述封装数据包进行路由转发，包括：
所述路由转发端根据所述按需路由要求向路由控制服务器发送询问转发规则的路径请求；
接收所述路由转发端的路径请求，并根据预设方式获取卫星网络所有路由转发端的运行状态；
根据所述路径请求、各所述运行状态及对应的预设权重，计算得到各链路路由代价；
根据所述当前时间片对应的卫星网络拓扑、各所述链路路由代价及预设最小代价路径算法，计算得到最小代价路径，生成路径标识；
根据所述路径标识，生成基于所述路径标识的按需路由转发条目并下发至所述最小代价路径中包含的各路由转发端；
所述路由转发端根据所述按需路由转发条目对所述封装数据包进行路由转发。
4.根据权利要求1所述的应用于卫星网络的集中式路由方法，其特征在于，还包括：
获取当前时间片对应的卫星网络拓扑中路由转发端发送的信令，所述信令包含所述路由转发端状态信息及所述路由转发端对应的链路状态信息；
根据所述路由转发端状态信息及预设方式判断所述路由转发端是否故障，当所述路由转发端被判定为发生故障时，将发生故障的所述路由转发端在所述卫星网络拓扑中剔除，得到所述卫星网络的新拓扑；
根据所述链路状态信息及预设方式判断所述链路是否拥塞，当所述链路拥塞时，将发生拥塞的所述链路在卫星网络的新拓扑中剔除，得到最终卫星网络拓扑；
根据所述当前时间片及所述预设要求，在最终卫星网络拓扑中计算当前路由转发端到达其他所有路由转发端的新基础转发条目，并下发至对应的路由转发端以使所述路由转发端对所述新基础转发条目进行加载。
5.根据权利要求3所述的应用于卫星网络的集中式路由方法，其特征在于，所述根据预设方式获取所有路由转发端的运行状态，包括：
接收所有路由转发端发送的定时报送消息及报警消息，所述定时报送消息是所述路由转发端按照预设时间发送的用于记录所述路由转发端自身运行状态及对应的链路运行状态的消息，所述报警消息是所述路由转发端发送的用于提示所述路由转发端自身运行状态及对应的链路运行状态是否超过预设要求的消息；
根据所述定时报送消息及报警消息，得到所有路由转发端的运行状态。
6.根据权利要求3所述的应用于卫星网络的集中式路由方法，其特征在于，所述根据预设方式获取所有路由转发端的运行状态，还包括：
将查询消息发送至所述路由转发端，所述查询消息用于表示需要查询的内容选项；
接收所述路由转发端发送的查询报送消息，所述查询报送消息是所述路由转发端根据所述查询消息生成的，所述查询报送消息包含有表示所述路由转发端的运行状态的信息。
7.根据权利要求3所述的应用于卫星网络的集中式路由方法，其特征在于，所述运行状态包括：所述路由转发端与相邻路由转发端的通断情况及平均往返时延、所述路由转发端与相邻路由转发端相连的接口上的平均吞吐量及平均丢包率；
所述链路路由代价通过以下公式计算：
RC＝α·PD+β·TH+γ·DP
其中，RC表示链路路由代价，PD表示平均传输时延，TH表示平均吞吐量，DP表示平均丢包率，α,β,γ分别表示平均传输时延、平均吞吐量、平均丢包率所对应的预设权重。
8.一种应用于卫星网络的集中式路由系统，其特征在于，包括：
网络状态收集模块，用于采集路由转发端的运行状态，并将所述路由转发端的运行状态发送至信息上报模块；
信息上报模块，用于将所述路由转发端的运行状态通过通信接口上报给信息收集模块；
信息收集模块，用于通过通信接口监控所述路由转发端的运行状态；
数据处理模块，用于将预先输入的时间片拓扑、所述路由转发端的运行状态存储到数据库中，并对数据库中存储的信息进行拓扑管理；
路由计算模块，用于根据所述数据处理模块中的拓扑信息、所述路由转发端的运行状态，用户等级以及服务类型对数据计算路由路径；
转发表生成模块，用于根据基础路由和按需路由计算的路径生成相应的转发表，并通过通信接口发送至转发表管理模块；
转发表管理模块，用于存储转发表生成模块生成的基础路由转发表和按需路由转发表；
转发模块，用于路由转发端根据相应的转发表对数据包进行转发。
9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质存储计算机指令，所述计算机指令被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的应用于卫星网络的集中式路由方法。
10.一种电子设备，其特征在于，包括：
存储器和处理器，所述存储器和所述处理器之间互相通信连接，所述存储器中存储有计算机指令，所述处理器通过执行所述计算机指令，从而执行如权利要求1-7中任一项所述的应用于卫星网络的集中式路由方法。
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