CN113316191B - 一种基于天地一体化网络的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于天地一体化网络的通信方法，通过集中式管理模块接受来自发送节点的通信请求并将该通信请求发送至控制模块，通过控制模块对通信请求进行网络资源分配得到分配结果，并将该分配结果发送至集中式管理模块，分配结果中为满足请求指令则根据天地一体化网络将发送节点处的数据包转发至目的节点，并在数据包发送完毕后结束本次通信，分配结果中为不满足请求指令则结束本次通信，且通过预设周期对天地一体化网络进行网络拓扑重建。实现了在天地一体化网络的基础上进行稳定可靠的有界低延时通信，并通过对天地一体化网络进行网络拓扑重建实现了失效链路销毁和新建链路的更新，能够更加适应时变特征明显的空间网络拓扑。

Description

一种基于天地一体化网络的通信方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，具体涉及一种基于天地一体化网络的通信方法。

背景技术

近年来，世界迅速进入5G商用时代，以及在时间敏感型网络和确定性网络的基础上，为车联网、工业互联网、无人机测控网和部分传感器物联网的实现提供了基础通信协议和设施，然而因为无线通信和移动通信的爆炸性增长，现有的通信方式已经远远不能满足实现大规模设备的有界低延时通信的要求，同时，由于现有通信方式常利用的地面网络难以覆盖海洋、偏远山区、天空等地理范围，以及地震、冰雪和台风等恶劣自然灾害很可能造成地面通信链路的失效，导致有界低延时通信的不稳定或中断，而结合卫星网络的天地一体化网络能够保证较高的带宽传输和支持灵活的大规模组网，是实现广域确定性网络部署的可行手段。

在天地一体化网络中，因卫星不同周期的高速运动、空间与地面设备的动态加入与退出、网络承载业务随时间的动态变化等，导致天地一体化网络具有时变性，现有技术在基于天地一体化网络进行通信时，存在卫星拓扑可靠性低、端到端时延长尾效应和数据包丢失等问题，难以实现利用天地一体化网络进行稳定可靠的有界低延时通信。

因此，如何在天地一体化网络的基础上进行稳定可靠的有界低延时通信，是本领域技术人员有待解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中无法在天地一体化网络的基础上进行稳定可靠的有界低延时通信的技术问题，提出了一种基于天地一体化网络的通信方法。

本发明的技术方案为：一种基于天地一体化网络的通信方法，包括以下步骤:

S1、通过集中式管理模块接收来自发送节点的通信请求并将所述通信请求发送至控制模块；

S2、通过所述控制模块对所述通信请求进行网络资源分配得到分配结果，并将所述分配结果发送至所述集中式管理模块，判断所述分配结果中指令是否为满足请求指令，若是，则执行S3，若否，则结束本次通信；

S3、基于所述天地一体化网络将所述发送节点处的数据包转发至目的节点；

S4、所述数据包发送完毕后结束本次通信；

其中，通过预设周期对所述天地一体化网络进行网络拓扑重建。

进一步地，所述通过预设周期对所述天地一体化网络进行网络拓扑重建，具体包括以下步骤：

A1、在每一个所述预设周期结束时，通过所述天地一体化网络中的所有卫星节点周期性广播消息，所述消息中包含发射卫星节点当前时刻的位置坐标和发送消息时间戳；

A2、根据所述消息建立相邻节点表，所述相邻节点表中包含各所述卫星节点地址、各所述卫星节点的相邻卫星节点地址、链路信息以及链路生成时间；

A3、基于所述相邻节点表和地面网络拓扑信息进行所述天地一体化网络的网络拓扑重建，所述网络拓扑重建包括失效链路的销毁和新链路的更新。

进一步地，所述通信请求包括业务流编号、业务流持续时间、发送节点地址和目的节点地址。

进一步地，所述步骤S2中的通过所述控制模块对所述通信请求进行网络资源分配得到分配结果，具体包括以下分步骤：

S21、根据所述天地一体化网络的全网拓扑信息和循环队列等效虚拟链路的规则建立辅助图；

S22、根据所述通信请求中发送节点地址和目的节点地址在所述辅助图中确定出虚拟转发路径以及所述虚拟转发路径中的各虚拟转发节点的指定队列；

S23、基于所述虚拟转发路径生成所述指令，所述指令具体为满足请求指令或不满足请求指令；

S24、对所述虚拟转发路径进行编码确定出对应的标签栈，并将所述指令、所述标签栈、所述转发路径和所述业务流编号组合为所述分配结果，并将所述分配结果发送至所述集中式管理模块。

进一步地，所述步骤S23具体包括以下分步骤：

S231、判断所述虚拟转发路径在所述天地一体化网络中是否存在对应的转发路径，若是则进入步骤S232，否则生成所述不满足请求指令；

S232、判断所述转发路径是否满足所述通信请求中的时延要求，若是则生成满足请求指令，否则生成不满足请求指令。

进一步地，在所述步骤S24之后，还包括以下步骤：

S25、根据所述业务流编号在路由器中建立对应的存储空间并存储所述标签栈，其中，若所述路由器中已存在所述业务流编号，则释放所述业务流编号对应的存储空间并存储所述标签栈完成配置，通过所述集中式管理模块将配置信息返回至所述控制模块，并接收来自所述控制模块的应答信息，同时将所述应答信息发送至所述发送节点。

进一步地，所述步骤S3包括如下分步骤：

S31、通过所述发送节点将数据包发送至第一地面边缘节点，所述第一地面边缘节点为所述发送节点处的地面边缘节点；

S32、通过所述第一地面边缘节点将所述数据包进行封装得到封装数据包，并发送至下一跳的路由器；

S33、基于所述路由器和所述天地一体化网络将所述封装数据包发送至第二地面边缘节点，所述第二地面边缘节点为所述目的节点处的地面边缘节点；

S34、通过所述第二地面边缘节点将所述封装数据包进行解封并发送至目的节点。

进一步地，所述步骤S32具体包括以下分步骤：

S321、判断所述数据包是否为SRv6-CSQF报文格式的数据包，若是则进入步骤S322，否则进入步骤S323；

S322、读取所述数据包中SRv6-CSQF指针中下一跳端口并将该指针加一后发送，进入步骤S33；

S323、提取所述数据包中所述发送节点、所述目的节点和所述业务流编号，并判断所述第一地面边缘节点中是否存在所述业务流编号，若存在，则对所述数据包进行SRv6-CSQF报文格式封装后读取SRv6-CSQF指针中下一跳端口并将该指针加一后发送，进入步骤S33；若不存在，则按传统IP方式进行封装并转发，进入步骤S33。

进一步地，所述步骤S34具体包括以下分步骤：

S341、通过所述第二地面边缘节点读取所述封装数据包，并判断其是否为SRv6-CSQF报文格式的数据包，若是则进入步骤S342，否则进入步骤S343；

S342、将所述封装数据包进行解封并转发至所述目的节点，进入步骤S4；

S343、按传统IP方式转发至所述目的节点，进入步骤S4。

进一步地，所述步骤S4包括以下分步骤：

S41、在所述发送节点发送完数据包之后，通过所述集中式管理模块向所述控制模块发送结束请求；

S42、通过所述控制模块释放本次通信所占资源，同时通过所述集中式管理模块将路由器进行配置；

S43、结束本次通信，并通过所述集中式管理模块将结束信息发送至发送节点。

与现有技术相比，本发明具备如下有益效果：

(1)本发明通过集中式管理模块接受来自发送节点的通信请求并将该通信请求发送至控制模块，通过控制模块对通信请求进行网络资源分配得到分配结果，并将该分配结果发送至集中式管理模块，分配结果中为满足请求指令则根据天地一体化网络将发送节点处的数据包转发至目的节点，并在数据包发送完毕后结束本次通信，分配结果中为不满足请求指令则结束本次通信，且通过预设周期对天地一体化网络进行网络拓扑重建。实现了在天地一体化网络的基础上进行稳定可靠的有界低延时通信，并通过对天地一体化网络进行网络拓扑重建实现了失效链路销毁和新建链路的更新，能够更加适应时变特征明显的空间网络拓扑。

(2)本发明在封装数据包时增加了SRv6-CSQF组件，利用SRv6-CSQF的确定性转发策略在指定条件下转发至下一节点，消除了端到端的时延长尾效应，保证了数据包的有界低延时传输通信。

(3)本发明采用集中式管理模块解决发送节点业务的申请准入，并通过循环队列的等效虚拟链路的方法构建辅助图，提高了资源利用率和网络运行效率。

附图说明

图1所示为本发明实施例提供的一种基于天地一体化网络的通信方法的流程示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如背景技术中所述，现有技术中利用天地一体化网络进行通信的技术方案，因天地一体化网络具有时变性，导致卫星网络拓扑可靠性低、端到端时延长尾效应和数据包丢失，难以实现利用天地一体化网络进行稳定可靠的有界低延时通信。

因此，本申请提出了一种基于天地一体化网络的通信方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1、通过集中式管理模块接收来自发送节点的通信请求并将所述通信请求发送至控制模块。

其中，所述通信请求包括业务流编号、业务流持续时间、发送节点地址和目的节点地址。

步骤S2、通过所述控制模块对所述通信请求进行网络资源分配得到分配结果，并将所述分配结果发送至所述集中式管理模块，判断所述分配结果中指令是否为满足请求指令，若是，则执行S3，若否，则结束本次通信。

需要说明的是，本申请技术方案会通过预设周期对天地一体化网络进行网络拓扑重建，具体包括以下步骤：

A1、在每一个所述预设周期结束时，通过所述天地一体化网络中的所有卫星节点周期性广播消息，所述消息中包含发射卫星节点当前时刻的位置坐标和发送消息时间戳；

A2、根据所述消息建立相邻节点表，所述相邻节点表中包含各所述卫星节点地址、各所述卫星节点的相邻卫星节点地址、链路信息以及链路生成时间；

A3、基于所述相邻节点表和地面网络拓扑信息进行所述天地一体化网络的网络拓扑重建，所述网络拓扑重建包括失效链路的销毁和新链路的更新。

在本申请实施例中，所述步骤S2中的通过所述控制模块对所述通信请求进行网络资源分配得到分配结果，具体包括以下分步骤：

S21、根据所述天地一体化网络的全网拓扑信息和循环队列等效虚拟链路的规则建立辅助图；

S22、根据所述通信请求中发送节点地址和目的节点地址在所述辅助图中确定出虚拟转发路径以及所述虚拟转发路径中的各虚拟转发节点的指定队列；

S23、基于所述虚拟转发路径生成所述指令，所述指令具体为满足请求指令或不满足请求指令；

S24、对所述虚拟转发路径进行编码确定出对应的标签栈，并将所述指令、所述标签栈、所述转发路径和所述业务流编号组合为所述分配结果，并将所述分配结果发送至所述集中式管理模块。

在具体应用场景中，发送节点也即用户，用户通过集中式管理模块向控制模块发送通信请求，控制模块根据通信请求分配天地一体化网络的网络资源，根据全网拓扑信息、端口信息和循环队列等效虚拟链路的规则建立辅助图，然后在辅助图中运行Dijkstra(迪科斯彻)算法，计算发送节点到目的节点的虚拟转发路径以及虚拟转发路径中的各虚拟转发节点的指定队列，并判断该虚拟转发路径在天地一体化网络中是否存在对应的转发路径，同时对该虚拟转发路径进行编码确定出对应的标签栈，然后将指令、标签栈、转发路径和业务流编号组合为分配结果并将该分配结果发送到集中式管理模块。

在本申请实施例中，所述步骤S23具体包括以下分步骤：

S231、判断所述虚拟转发路径在所述天地一体化网络中是否存在对应的转发路径，若是则进入步骤S232，否则生成所述不满足请求指令；

S232、判断所述转发路径是否满足所述通信请求中的时延要求，若是则生成满足请求指令，否则生成不满足请求指令。

需要说明的是，分配结果不仅需要发送至集中式管理模块，还会发送至转发路径中所有的路由器中。

在本申请实施例中，在所述步骤S24之后，还包括以下步骤：

S25、根据所述业务流编号在路由器中建立对应的存储空间并存储所述标签栈，其中，若所述路由器中已存在所述业务流编号，则释放所述业务流编号对应的存储空间并存储所述标签栈完成配置，通过所述集中式管理模块将配置信息返回至所述控制模块，并接收来自所述控制模块的应答信息，同时将所述应答信息发送至所述发送节点，其中，该标签栈具体为SRv6-CSQF标签栈。

步骤S3、基于所述天地一体化网络将所述发送节点处的数据包转发至目的节点。

在本申请实施例中，所述步骤S3具体包括以下分步骤：

S31、通过所述发送节点将数据包发送至第一地面边缘节点，所述第一地面边缘节点为所述发送节点处的地面边缘节点；

S32、通过所述第一地面边缘节点将所述数据包进行封装得到封装数据包，并发送至下一跳的路由器；

S33、基于所述路由器和所述天地一体化网络将所述封装数据包发送至第二地面边缘节点，所述第二地面边缘节点为所述目的节点处的地面边缘节点；

S34、通过所述第二地面边缘节点将所述封装数据包进行解封并发送至目的节点

在本申请实施例中，所述步骤S32具体包括以下分步骤：

S321、判断所述数据包是否为SRv6-CSQF报文格式的数据包，若是则进入步骤S322，否则进入步骤S323；

S322、读取所述数据包中SRv6-CSQF指针中下一跳端口并将该指针加一后发送，进入步骤S33；

S323、提取所述数据包中所述发送节点、所述目的节点和所述业务流编号，并判断所述第一地面边缘节点中是否存在所述业务流编号，若存在，则对所述数据包进行SRv6-CSQF报文格式封装后读取SRv6-CSQF指针中下一跳端口并将该指针加一后发送，进入步骤S33；若不存在，则按传统IP方式进行封装并转发，进入步骤S33。

SRv6即源路由SR+IPv6，是通用缩写，CSQF即循环指定队列转发，是通用缩写，SRv6-CSQF使用SRv6中的段列表承载转发端口和该端口的转发队列，根据SRv6-CSQF报文上的指针读取报文内对应本转发节点的段列表，进而根据该段列表存储的转发端口和转发队列进行转发至下一节点。

具体的，在实际应用场景中，若数据包不是SRv6-CSQF格式的数据包，则提取该数据包中发送节点、目的节点和业务流编号，同时第一地面边缘节点中存在该业务流编号，根据路由器中存储的SRv6-CSQF标签栈对数据包进行SRv6-CSQF报文格式封装，若第一地面边缘节点中不存在该业务流编号，则按传统IP方式进行封装并转发。

在本申请实施例中，所述步骤S34具体包括以下分步骤：

S341、通过所述第二地面边缘节点读取所述封装数据包，并判断其是否为SRv6-CSQF报文格式的数据包，若是则进入步骤S342，否则进入步骤S343；

S342、将所述封装数据包进行解封并转发至所述目的节点，进入步骤S4；

S343、按传统IP方式转发至所述目的节点，进入步骤S4。

具体的，当第二地面边缘节点接收到的封装数据包为SRv6-CSQF报文格式的数据包时，读取封装数据包中SRv6-CSQF指针，取出对应的下一跳端口和队列信息，然后将该封装数据包进行解封后根据端口信息和标签栈信息转发至目的节点。

步骤S4、所述数据包发送完毕后结束本次通信。

在本申请实施例中，所述步骤S4包括以下分步骤：

S41、在所述发送节点发送完数据包之后，通过所述集中式管理模块向所述控制模块发送结束请求；

S42、通过所述控制模块释放本次通信所占资源，同时通过所述集中式管理模块将路由器进行配置；

S43、结束本次通信，并通过所述集中式管理模块将结束信息发送至发送节点。

在实际应用场景中，发送节点也即用户发送完数据包之后，通过集中式管理模块向控制模块发送结束请求，通过控制模块释放本次通信所占资源，还包括更新辅助图，同时通过集中式管理模块将路由器进行配置，并删除本次通信的标签栈，具体为将路由器中该业务流编号进行删除并释放其原有的存储空间，待资源和存储空间释放完毕后向用户返回结束信息，结束本次通信。

本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。本领域的普通技术人员可以根据本发明公开的这些技术启示做出各种不脱离本发明实质的其它各种具体变形和组合，这些变形和组合仍然在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种基于天地一体化网络的通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、通过集中式管理模块接收来自发送节点的通信请求并将所述通信请求发送至控制模块；

所述通信请求包括业务流编号、业务流持续时间、发送节点地址和目的节点地址；

S2、通过所述控制模块对所述通信请求进行网络资源分配得到分配结果，并将所述分配结果发送至所述集中式管理模块，判断所述分配结果中指令是否为满足请求指令，若是，则执行S3，若否，则结束本次通信；

S3、基于所述天地一体化网络将所述发送节点处的数据包转发至目的节点；

S4、所述数据包发送完毕后结束本次通信；

其中，通过预设周期对所述天地一体化网络进行网络拓扑重建；

所述通过预设周期对所述天地一体化网络进行网络拓扑重建，具体包括以下步骤：

A1、在每一个所述预设周期结束时，通过所述天地一体化网络中的所有卫星节点周期性广播消息，所述消息中包含发射卫星节点当前时刻的位置坐标和发送消息时间戳；

A2、根据所述消息建立相邻节点表，所述相邻节点表中包含各所述卫星节点地址、各所述卫星节点的相邻卫星节点地址、链路信息以及链路生成时间；

A3、基于所述相邻节点表和地面网络拓扑信息进行所述天地一体化网络的网络拓扑重建，所述网络拓扑重建包括失效链路的销毁和新链路的更新；

所述步骤S2中的通过所述控制模块对所述通信请求进行网络资源分配得到分配结果，具体包括以下分步骤：

S21、根据所述天地一体化网络的全网拓扑信息和循环队列等效虚拟链路的规则建立辅助图；

S22、根据所述通信请求中发送节点地址和目的节点地址在所述辅助图中确定出虚拟转发路径以及所述虚拟转发路径中的各虚拟转发节点的指定队列；

S23、基于所述虚拟转发路径生成所述指令，所述指令具体为满足请求指令或不满足请求指令；

S24、对所述虚拟转发路径进行编码确定出对应的标签栈，并将所述指令、所述标签栈、所述转发路径和所述业务流编号组合为所述分配结果，并将所述分配结果发送至所述集中式管理模块。

2.如权利要求1所述的基于天地一体化网络的通信方法，其特征在于，所述步骤S23具体包括以下分步骤：

S231、判断所述虚拟转发路径在所述天地一体化网络中是否存在对应的转发路径，若是则进入步骤S232，否则生成所述不满足请求指令；

S232、判断所述转发路径是否满足所述通信请求中的时延要求，若是则生成满足请求指令，否则生成不满足请求指令。

3.如权利要求1所述的基于天地一体化网络的通信方法，其特征在于，在所述步骤S24之后，还包括以下步骤：

S25、根据所述业务流编号在路由器中建立对应的存储空间并存储所述标签栈，其中，若所述路由器中已存在所述业务流编号，则释放所述业务流编号对应的存储空间并存储所述标签栈完成配置，通过所述集中式管理模块将配置信息返回至所述控制模块，并接收来自所述控制模块的应答信息，同时将所述应答信息发送至所述发送节点。

4.如权利要求3所述的基于天地一体化网络的通信方法，其特征在于，所述步骤S3包括如下分步骤：

S31、通过所述发送节点将数据包发送至第一地面边缘节点，所述第一地面边缘节点为所述发送节点处的地面边缘节点；

S32、通过所述第一地面边缘节点将所述数据包进行封装得到封装数据包，并发送至下一跳的路由器；

S33、基于所述路由器和所述天地一体化网络将所述封装数据包发送至第二地面边缘节点，所述第二地面边缘节点为所述目的节点处的地面边缘节点；

S34、通过所述第二地面边缘节点将所述封装数据包进行解封并发送至目的节点。

5.如权利要求4所述的基于天地一体化网络的通信方法，其特征在于，所述步骤S32具体包括以下分步骤：

S321、判断所述数据包是否为SRv6-CSQF报文格式的数据包，若是则进入步骤S322，否则进入步骤S323；

S322、读取所述数据包中SRv6-CSQF指针中下一跳端口并将该指针加一后发送，进入步骤S33；

S323、提取所述数据包中所述发送节点、所述目的节点和所述业务流编号，并判断所述第一地面边缘节点中是否存在所述业务流编号，若存在，则对所述数据包进行SRv6-CSQF报文格式封装后读取SRv6-CSQF指针中下一跳端口并将该指针加一后发送，进入步骤S33；若不存在，则按传统IP方式进行封装并转发，进入步骤S33。

6.如权利要求4所述的基于天地一体化网络的通信方法，其特征在于，所述步骤S34具体包括以下分步骤：

S341、通过所述第二地面边缘节点读取所述封装数据包，并判断其是否为SRv6-CSQF报文格式的数据包，若是则进入步骤S342，否则进入步骤S343；

S342、将所述封装数据包进行解封并转发至所述目的节点，进入步骤S4；

S343、按传统IP方式转发至所述目的节点，进入步骤S4。

7.如权利要求1所述的天地一体化网络的通信方法，其特征在于，所述步骤S4包括以下分步骤：

S41、在所述发送节点发送完数据包之后，通过所述集中式管理模块向所述控制模块发送结束请求；

S42、通过所述控制模块释放本次通信所占资源，同时通过所述集中式管理模块将路由器进行配置；

S43、结束本次通信，并通过所述集中式管理模块将结束信息发送至发送节点。

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