CN113824639A - 一种复杂度在终端的卫星网络标签交换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种复杂度在终端的卫星网络标签交换方法,包括如下步骤:步骤1,终端的端点标识到卫星地址的映射和位置管理;其中,所述位置表示终端对应的卫星地址和链路标识;步骤2,卫星网络中源终端发送数据帧到源卫星节点;步骤3,从源卫星节点到目的卫星节点之间的数据转发;步骤4,目的终端接收来自目的卫星节点的数据帧。本发明减少了卫星节点的路由表项和路由维护开销。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域,尤其涉及一种复杂度在终端的卫星网络标签交换方法。
背景技术
在卫星通信网络中,对星上交换处理的能力要求越来越高。现有卫星通信协议受空间自然条件限制和卫星有效载荷技术的影响,如高强度的电离辐射、功耗限制等,星上处理资源和星上存储资源非常受限,且卫星发射后难以升级。并且,随着国际和国内卫星互联网产业快速发展,卫星网络路由交换技术作为卫星网络通信协议的核心技术承担着星间数据传输的重任,决定着卫星网络的整体性能。卫星网络路由交换协议实现的资源开销也逐步加大,现有技术无法解决巨大的星上处理开销问题。
发明内容
针对现有技术中存在的问题,本发明以尽可能减少星上处理开销为原则进行研究,提供了一种复杂度在终端的卫星网络标签交换方法,减少了卫星节点的路由表项和路由维护开销。
本发明保护一种复杂度在终端的卫星网络标签交换方法,包括如下步骤:
步骤1,终端的端点标识到卫星地址的映射和位置管理;
其中,所述位置表示终端对应的卫星地址和链路标识。
步骤2,卫星网络中源终端发送数据帧到源卫星节点;
步骤3,从源卫星节点到目的卫星节点之间的数据转发;
步骤4,目的终端接收来自目的卫星节点的数据帧。
进一步地,所述步骤1具体过程为:首先,卫星网络所有终端均分配一个全网唯一的端点标识,各星载交换节点被分配一个全网唯一的卫星地址,源终端在组帧前,实现目的终端端点标识与目的卫星地址之间的映射。
其中,终端到终端的传输采用端点标识,在星上网络进行传输的时,使用卫星地址进行2.5层交换。
然后,由终端和信关站共同维护终端的端点标识与卫星地址/链路标识的映射关系,完成位置管理。
其中,信关站负责记录网络中所有终端的端点标识与卫星地址/链路标识的映射关系;每个终端均配置一个已知的默认信关站,用于执行位置查询、位置通知操作。
更进一步地,所述位置管理涉及到位置管理信息的交互和相关表格的维护。
更进一步地,所述相关表格的维护包括:信关站维护的表格和终端维护的表格。
所述信关站维护的表格:每个信关站维护一个终端位置表,记录网络中所有端点对应的卫星和端点链路标识,其中,所述终端请求表用于记录最近一段时间内向自己发过位置查询帧的终端;所述终端维护的表格:每个端点维护一个发送端点表,本端点在最近一段时间内向表中记录的端点发送过数据帧,每个端点还维护一个接收端点表,本端点在最近一段时间内从表中记录的端点接收过数据帧。
进一步地,所述步骤2具体包括如下步骤:
步骤2.1,确定目的终端是内网还是外网用户:每个终端有一个网段匹配表,用于确定一个IP地址是内网IP地址还是外网IP地址,如果是外网IP地址,则表中同时指明了接入信关站的IP地址;
步骤2.2,位置查询:源终端查询发送终端表,若没有查询到目的终端的位置,则向其默认信关站发送一个位置查询帧。信关站收到位置查询帧后,自行决定是否采用源路由,并将目的终端的位置信息与源路由信息放在位置通知帧中,反馈给源终端;
步骤2.3,组帧:源终端收到位置通知帧后,进行数据帧组帧,如果位置通知帧指明使用源路由,则需要设置数据帧中的源路由相关字段,否则,表明不采用源路由;
步骤2.4,发送帧:源终端将2.5层数据帧封装成MAC层帧,将MAC层帧发送给源卫星。
进一步地,所述步骤3中的数据转发包括基于路由表的转发和基于源路由的转发。
其中,所述基于路由表的转发:各个卫星独立查询路由表,决定下一跳节点;所述基于源路由的转发:由信关站指定路径上的每个节点。
进一步地,所述步骤4具体为:每个卫星维护一个MAC地址映射表,由于星上载荷与用户终端采用不同的MAC层,因此通过一个端点类型来标识;首先,目的卫星节点收到数据帧后,根据目的端点链路标识,查询MAC地址映射表,从而确定发往星上载荷还是用户终端;然后将数据帧发给对应的MAC层,并在原语中指明MAC地址;最后,由MAC层将数据帧发给目的终端。
本发明将端点地址映射、卫星网络组帧和拆帧、移动性管理等功能放在卫星网络终端,将处理和存储复杂度推到卫星网络终端。星上交换节点主要负责卫星网络路由表构建和基于卫星网络的2.5层标签交换,简化作为网络交换节点的卫星处理和存储的复杂度。在卫星网络上,基于2.5层“卫星地址”进行数据转发,相比于3层IP交换,可以减少卫星的路由表项以及路由维护开销。
附图说明
图1为一种复杂度在终端的卫星网络标签交换方法的流程示意图;
图2为一种复杂度在终端的卫星网络标签交换方法中的卫星网络协议栈示意图;
图3为实施例1中内网用户终端间通信示意图;
图4为实施例2中内网用户终端向外网用户终端发送数据帧示意图;
图5为实施例2中外网用户终端向内网用户终端发送数据帧意图;
图6为实施例3中外网用户终端向星上载荷发送数据帧示意图;
图7为实施例3中星上载荷向外网用户终端发送数据帧示意图。
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详细的说明。本发明的实施例是为了示例和描述起见而给出的,而并不是无遗漏的或者将本发明限于所公开的形式。很多修改和变化对于本领域的普通技术人员而言是显而易见的。选择和描述实施例是为了更好说明本发明的原理和实际应用,并且使本领域的普通技术人员能够理解本发明从而设计适于特定用途的带有各种修改的各种实施例。
接下来的实施例将结合用户和卫星网络的具体情况对本发明的技术方案(主要流程如图1所示,协议栈参见图2)进行具体阐述。
实施例1
本实施例中,以内网用户终端间通信为例,参见图3,终端S(IP地址为10.170.1.1)有数据要发往终端D(IP地址为10.170.3.1,MAC地址为MAC_D)。具体数据交换流程如下:
(1)终端S查询网段匹配表,发现终端D是一个内网终端,则查询自己的发送端点表,没有找到终端D的表项,则向默认信关站发送位置查询帧,查询终端D的头顶星及端点链路标识;
(2)信关站收到终端S的位置查询帧,查询自己的端点位置表,查到了终端D的表项,构造位置通知帧,发送给终端S;
(3)终端S收到位置通知帧,创建发送端点表的相应表项,构造数据帧,发送给源卫星(卫星1);
(4)卫星1收到数据帧,查询路由表,发现下一跳是卫星2,则将数据帧发送给卫星2;
(5)卫星2收到数据帧,查询路由表,发现下一跳是卫星3,则将数据帧发送给卫星3;
(6)卫星3收到数据帧,发现目的卫星为自己,则根据目的端点链路标识查询MAC地址映射表,发现目的端点是一个用户终端,则将数据帧交给空口MAC层,由空口MAC层将帧发往终端D;
(7)终端D收到数据帧,更新自己的接收端点表。
若目的终端D也有数据要发往源终端S,则执行与源终端S相同的流程。
实施例2
本实施例中,信关站具有融合地面核心IP网络与GEO卫星网络的功能,信关站在卫星内网和外网都扮演网关角色。外网用户终端通过地面网络与信关站相连,通过信关站的协议转换,实现卫星内外网用户之间的相互通信。
当源端点是卫星内网用户终端(非星上载荷),目的端点是外网用户终端时,参见图4,终端S(IP地址为10.170.1.1)有数据要发往外网终端D(IP地址为100.0.0.1)。终端D的接入信关站为信关站2(IP地址为10.170.0.2,MAC地址为MAC_X)。通信流程如下:
(1)终端S查询网段匹配表,发现终端D是一个外网终端,则将其接入信关站地址(10.170.0.2)作为目的端点标识。S查询自己的发送端点表,没有找到目的端点的表项,则向默认信关站发送位置查询帧,查询目的端点的头顶星及端点链路标识;
(2)S的默认信关站收到终端S的位置查询帧,查询端点位置表,构造位置通知帧,发送给终端S;
(3)终端S创建发送端点表相应表项并构造数据帧,发送给卫星1;
(4)卫星1查询路由表,发现下一跳是卫星2,则将数据帧发送给卫星2;
(5)卫星2查询路由表,发现下一跳是卫星3,则将数据帧发送给卫星3;
(6)卫星3收到数据帧,发现目的卫星为自己,则根据目的端点链路标识查询MAC地址映射表,发现目的端点是一个信关站,则将数据帧交给空口MAC层,由空口MAC层将帧发往信关站2;
(7)信关站2收到数据帧后,提取数据帧载荷,通过地面网络将其路由转发到终端D。
当源端点是外网用户终端,目的端点是内网用户终端(非星上载荷)时,参见图5。终端S(IP地址为100.0.0.1)有数据要发往终端D(IP地址为10.170.3.1,MAC地址为MA C_D),S的接入信关站的IP地址为10.170.0.2。通信流程如下:
(1)终端S将IP分组发送给接入信关站1。
(2)信关站1查询网段匹配表,发现目的终端D是一个内网终端,则查询端点位置表,找到终端D的头顶星及端点链路标识,封装数据帧,发送给头顶星1,同时创建发送端点表相应表项。
(3)卫星1查询路由表,发现下一跳是卫星2,则将数据帧发送给卫星2;
(4)卫星2查询路由表,发现下一跳是卫星3,则将数据帧发送给卫星3;
(5)卫星3发现数据帧的目的卫星是自己,根据目的端点链路标识查询MAC地址映射表,发现目的端点是一个用户终端,则将数据帧交给空口MAC层,由空口MAC层将数据帧发送给终端D;
(6)终端D接收数据帧,并更新自己的接收端点表。
实施例3
本实施例中,信关站接入的外网终端向星上载荷发送数据及星上载荷向外网终端发送数据两种情况。此场景为外网用户终端执行网管程序,对星上载荷进行管控。
外网终端向星上载荷发送数据帧,参见图6。外网终端S(IP地址为100.0.0.1)有数据要发往卫星3的星上载荷D(IP地址为192.168.3.1,MAC地址为MAC_U),S的接入信关站为信关站1(IP地址为10.170.0.2)。通信流程如下:
(1)终端S将IP分组发送给信关站1;
(2)信关站1查询网段匹配表,发现目的终端D是一个内网终端,则查询端点位置表,找到终端D的接入卫星及端点链路标识,封装数据帧,发送给头顶星1,同时创建发送端点表相应表项;
(3)卫星1查询路由表,发现下一跳是卫星2,则将数据帧发送给卫星2;
(4)卫星2查询路由表,发现下一跳是卫星3,则将数据帧发送给卫星3;
(5)卫星3发现数据帧的目的卫星是自己,则查看MAC地址映射表,找到对应MAC地址,将数据帧交给MAC层;
(6)星上载荷D接收数据帧,更新接收端点表。
星上载荷向外网终端发送数据帧,参见图7。卫星1的星上载荷S向外网终端D(IP地址为100.0.0.1)发送数据,S的默认信关站为信关站1,D的接入信关站为信关站2(IP地址为10.170.0.2,MAC地址为MAC_X)。通信流程如下:
(1)终端S查询网段匹配表,发现目的终端D是一个外网终端,则将其接入信关站2作为目的终端。S查询自己的发送端点表,没有找到信关站2的表项,则向默认信关站1发送位置查询帧,查询信关站2的头顶星及端点链路标识;
(2)信关站1收到星上载荷的位置查询帧,查询自己的端点位置表,查到了信关站2的表项,构造位置通知帧,发送给星上载荷;
(3)星上载荷构造数据帧,发送给卫星1,并创建发送端点表的相应表项;
(4)卫星1查询路由表,发现下一跳是卫星2,则将数据帧发送给卫星2;
(5)卫星2查询路由表,发现下一跳是卫星3,则将数据帧发送给卫星3;
(6)卫星3发现目的卫星是自己,则查询MAC地址映射表,将数据帧通过空口MAC层发送给信关站2;
(7)信关站2接收到数据帧,提取数据帧载荷,通过地面网络将其路由转发到终端D。
显然,所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域及相关领域的普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都应属于本发明保护的范围。
Claims (7)
1.一种复杂度在终端的卫星网络标签交换方法,其特征在于,包括如下步骤:
步骤1,终端的端点标识到卫星地址的映射和位置管理;
其中,所述位置表示终端对应的卫星地址和链路标识;
步骤2,卫星网络中源终端发送数据帧到源卫星节点;
步骤3,从源卫星节点到目的卫星节点之间的数据转发;
步骤4,目的终端接收来自目的卫星节点的数据帧。
2.根据权利要求1所述的卫星网络标签交换方法,其特征在于,所述步骤1具体过程为:首先,卫星网络所有终端均分配一个全网唯一的端点标识,各星载交换节点被分配一个全网唯一的卫星地址,源终端在组帧前,实现目的终端端点标识与目的卫星地址之间的映射。
其中,终端到终端的传输采用端点标识,在星上网络进行传输的时,使用卫星地址进行2.5层交换。
然后,由终端和信关站共同维护终端的端点标识与卫星地址/链路标识的映射关系,完成位置管理。
其中,信关站负责记录网络中所有终端的端点标识与卫星地址/链路标识的映射关系;每个终端均配置一个已知的默认信关站,用于执行位置查询、位置通知操作。
3.根据权利要求2所述的卫星网络标签交换方法,其特征在于,所述位置管理涉及到位置管理信息的交互和相关表格的维护。
4.根据权利要求3所述的卫星网络标签交换方法,其特征在于,所述相关表格的维护包括:信关站维护的表格和终端维护的表格;
所述信关站维护的表格:每个信关站维护一个终端位置表,记录网络中所有端点对应的卫星和端点链路标识,其中,所述终端请求表用于记录最近一段时间内向自己发过位置查询帧的终端;所述终端维护的表格:每个端点维护一个发送端点表,本端点在最近一段时间内向表中记录的端点发送过数据帧,每个端点还维护一个接收端点表,本端点在最近一段时间内从表中记录的端点接收过数据帧。
5.根据权利要求1所述的卫星网络标签交换方法,其特征在于,所述步骤2具体包括如下步骤:
步骤2.1,确定目的终端是内网还是外网用户:每个终端有一个网段匹配表,用于确定一个IP地址是内网IP地址还是外网IP地址,如果是外网IP地址,则表中同时指明了接入信关站的IP地址;
步骤2.2,位置查询:源终端查询发送终端表,若没有查询到目的终端的位置,则向其默认信关站发送一个位置查询帧。信关站收到位置查询帧后,自行决定是否采用源路由,并将目的终端的位置信息与源路由信息放在位置通知帧中,反馈给源终端;
步骤2.3,组帧:源终端收到位置通知帧后,进行数据帧组帧,如果位置通知帧指明使用源路由,则需要设置数据帧中的源路由相关字段,否则,表明不采用源路由;
步骤2.4,发送帧:源终端将2.5层数据帧封装成MAC层帧,将MAC层帧发送给源卫星。
6.根据权利要求1所述的卫星网络标签交换方法,其特征在于,所述步骤3中的数据转发包括基于路由表的转发和基于源路由的转发。
其中,所述基于路由表的转发:各个卫星独立查询路由表,决定下一跳节点;所述基于源路由的转发:由信关站指定路径上的每个节点。
7.根据权利要求1所述的卫星网络标签交换方法,其特征在于,所述步骤4具体为:每个卫星维护一个MAC地址映射表,由于星上载荷与用户终端采用不同的MAC层,因此通过一个端点类型来标识;首先,目的卫星节点收到数据帧后,根据目的端点链路标识,查询MAC地址映射表,从而确定发往星上载荷还是用户终端;然后将数据帧发给对应的M AC层,并在原语中指明MAC地址;最后,由MAC层将数据帧发给目的终端。
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
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PB01 | Publication | ||
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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GR01 | Patent grant | ||
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