CN113824640A - 一种复杂度在卫星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卫星的卫星网络标签交换方法，包括如下步骤：步骤1，源端点向源卫星发送数据；步骤2，源卫星完成卫星网络的地址映射；步骤3，源卫星寻址和星间传输数据组帧；步骤4，完成星间节点间数据帧的路由交换；步骤5，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

一种复杂度在卫星的卫星网络标签交换方法
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卫星的卫星网络标签交换方法。
背景技术
在卫星通信网络中，现有卫星通信协议与地面网络无法进行快速融合，并且现有路由交换算法不具有较好的动态扩展能力，满足不了卫星分批发射或某些卫星到达寿命的应用需求。
目前，在卫星网络中，为了实现与地面网络的融合。在已有的算法中，分为两种方法：一种是通过将已有路由算法进行拓展，并提供与地面网络的接口来进行融合，另一种是建立卫星网络自己独立的网络协议，在网关处进行协议转换来与地面网络进行融合。然而，这两种方法并没有解决与地面网络融合的资源开销较大的问题及自身的扩展能力的问题。
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终端协议体制转换为原则进行研究，提供了一种复杂度在卫星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卫星的卫星网络标签交换方法，包括如下步骤：
步骤1，源端点向源卫星发送数据；
步骤2，源卫星完成卫星网络的地址映射；
步骤3，源卫星寻址和星间传输数据组帧；
步骤4，完成星间节点间数据帧的路由交换；
步骤5，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：若源端点不是信关站，则源端点直接将IP分组封装在2层帧中，发送给源卫星，不需要任何2.5层功能；如果源端点是信关站，则由信关站自己寻址组帧，即信关站既作为源端点，又作为源卫星。
进一步地，所述步骤2具体过程为：每个信关站配置和维护一个端点位置表，每个卫星配置一个已知的默认信关站和一个发送端点表。
其中，所述端点位置表用于记录网络中所有端点的端点标识与卫星地址的映射关系；所述已知的默认信关站用于缓存目的端点与其对应卫星的映射；所述发送端点表用于执行位置查询、位置通知操作和地址映射。
进一步地，所述步骤3具体过程为：首先，源卫星根据端点网段匹配表确定目的端点是卫星网络用户还是外网用户；如果目的端点的IP地址是内网地址，则进行位置查询成功后构建发送数据帧；如果目的端点的IP地址是外网地址，则以其接入信关站作为目的卫星并构建发送数据帧；如果未匹配到任何表项，则认为目的端点的IP地址是外网地址，并以默认信关站作为目的卫星并构建和发送数据帧。
进一步地，所述步骤4具体过程为：卫星网络采用2.5层标签交换方式，由各个星载交换节点间实现路由交换；星载交换节点根据星间数据帧的卫星地址进行路由转发；2.5层交换依据星间交换节点内的路由表进行；节点路由表依据卫星网络路由算法构建；目的星载交换节点接收星间数据帧并拆帧，将数据帧解析至IP层。
进一步地，所述步骤5具体过程为：首先，当目的卫星收到星间数据帧后，提取IP分组并根据目的IP地址，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IP分组进行MAC层封装，并在帧头中指明MAC地址；最后，由MAC层将IP分组封装成2层帧后发给目的端点。
本发明由卫星负责地址映射、组帧/拆帧、路由表计算、数据帧的转发、移动性管理等功能，卫星网络中源端点可以直接发送IP数据包至源卫星节点；在卫星网络中采用2.5层交换，由源卫星节点构建星间数据帧，其中，星间数据帧是一个包含卫星地址的2.5层帧。星间数据帧基于“卫星地址”进行数据转发，相比于3层IP交换，可以减少卫星节点的路由表项以及路由维护开销。
附图说明
图1为一种复杂度在卫星的卫星网络标签交换方法的流程示意图；
图2为一种复杂度在卫星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，假设源端点和目的端点都是内网用户终端，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)，如图3所示，具体数据交换流程如下：
(1)终端S向源卫星1发送IP分组。
(2)卫星1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。
(3)信关站收到位置查询帧，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，发送给卫星1；
(4)卫星1收到位置通知帧，创建发送端点表的相应表项，构造数据帧；
(5)卫星1查询路由表，发现目的卫星3对应的下一跳是卫星2，则将数据帧发送给卫星2；
(6)卫星2收到数据帧，查询路由表，发现目的卫星3对应的下一跳是卫星3，则将数据帧发送给卫星3；
(7)卫星3收到数据帧，发现目的卫星为自己，则提取IP分组，根据目的端点标识查询MAC地址映射表，发现目的端点是一个用户终端，则将IP分组交给空口MAC层，由空口MAC层将IP分组发往终端D；
(8)终端D收到IP分组。
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(卫星地址为10)。通信流程如下：
(1)终端S向源卫星1发送IP分组；
(2)卫星1查询网段匹配表，发现终端D是一个外网终端，则将其接入信关站卫星地址10作为目的卫星地址，组帧；
(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查询路由表，发现下一跳是卫星10(信关站2)，则将数据帧发送给信关站2；
(6)信关站2收到数据帧后，提取IP分组，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，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MAC_D)，S的接入信关站为信关站1(卫星地址为10)。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，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，则提取IP分组，根据目的端点标识10.170.3.1查询MAC地址映射表，发现目的端点是一个用户终端，则将IP分组交给空口MAC层，由空口MAC层将IP分组发送给终端D。
实施例3
本实施例中，信关站接入的外网用户终端向星上载荷发送数据及星上载荷向外网用户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，对星上载荷进行管理。
外网用户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(卫星地址为10)。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，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，则提取IP分组，查看MAC地址映射表，找到对应MAC地址，将IP分组交给MAC层。
星上载荷向外网用户终端发送数据帧，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，D的接入信关站为信关站2(卫星地址为10)。通信流程如下：
(1)终端S将IP分组发给源卫星1；
(2)卫星1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作为目的卫星，组帧；
(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查询路由表，发现下一跳是卫星10(信关站2)，则将数据帧发送给信关站2；
(6)信关站2接收到数据帧，提取IP分组，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 (6)

1.一种复杂度在卫星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，源端点向源卫星发送数据；
步骤2，源卫星完成卫星网络的地址映射；
步骤3，源卫星寻址和星间传输数据组帧；
步骤4，完成星间节点间数据帧的路由交换；
步骤5，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：若源端点不是信关站，则源端点直接将IP分组封装在2层帧中，发送给源卫星，不需要任何2.5层功能；如果源端点是信关站，则由信关站自己寻址组帧，即信关站既作为源端点，又作为源卫星。
3.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具体过程为：每个信关站配置和维护一个端点位置表，每个卫星配置一个已知的默认信关站和一个发送端点表；
其中，所述端点位置表用于记录网络中所有端点的端点标识与卫星地址的映射关系；所述已知的默认信关站用于缓存目的端点与其对应卫星的映射；所述发送端点表用于执行位置查询、位置通知操作和地址映射。
4.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具体过程为：首先，源卫星根据端点网段匹配表确定目的端点是卫星网络用户还是外网用户；如果目的端点的IP地址是内网地址，则进行位置查询成功后构建发送数据帧；如果目的端点的IP地址是外网地址，则以其接入信关站作为目的卫星并构建发送数据帧；如果未匹配到任何表项，则认为目的端点的IP地址是外网地址，并以默认信关站作为目的卫星并构建和发送数据帧。
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4具体过程为：卫星网络采用2.5层标签交换方式，由各个星载交换节点间实现路由交换；星载交换节点根据星间数据帧的卫星地址进行路由转发；2.5层交换依据星间交换节点内的路由表进行；节点路由表依据卫星网络路由算法构建；目的星载交换节点接收星间数据帧并拆帧，将数据帧解析至IP层。
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5具体过程为：首先，当目的卫星收到星间数据帧后，提取IP分组并根据目的IP地址，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IP分组进行MAC层封装，并在帧头中指明MAC地址；最后，由MAC层将IP分组封装成2层帧后发给目的端点。
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