CN114070382B - 一种卫星用户多网系选路方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种卫星用户多网系选路方法。它涉及卫星通信领域中卫星网络路由技术。本发明针对卫星用户同时接入多种卫星通信系统或卫星网络,多网系多信道同时工作、网状组网,各信道或路径特性各异等特点,设计适用于多种异构卫星网系或信道的选路方法,能够根据端到端信道状态和质量,实现用户数据在多个卫星网系或信道之间的最优路由选择,通过网络测量和信道监视机制,实现了多个卫星网络或信道状态和质量的快速感知,通过应用识别规则和选路策略,能够满足用户业务的多种选路需求,能够灵活定义路径转发。该方法具有同网系一跳可达、应用驱动选路、路径状态感知、弹性抗毁、灵活定义等特点,可实现用户业务服务质量保障和高可靠传输。
Description
技术领域
本发明涉及卫星通信领域中卫星网络路由技术,特别涉及一种卫星用户多网系选路方法。
背景技术
目前,卫星用户各类数据主要通过绑定使用固定卫通网系的固定信道终端,基于单一卫通网系或信道资源提供卫通传输保障方式为主,不支持业务与不同卫通体制承载通道分离,不支持使用不同频段、不同卫星、不同站点的卫星信道资源进行信息传输保障的多卫通链路选择及路由切换,用户使用卫星通信系统或卫星网络的弹性能力不足。仅有的卫星用户使用多网系的选路方式主要基于标准协议设计,包括二层STP协议方式和三层OSPF协议方式。
二层STP协议方式的基本思想是认为所有使用的卫星网系信道都是一条二层链路,用户站和信关站连接了不同的二层链路,由STP生成树协议根据设置的每条链路的优先级对成环的卫星信道链路进行剪枝,最后剩余的生成树上的链路即为最后选择使用的卫通链路。这种方案下,需要用户站和信关站均在卫星侧启用STP协议,并且需将所使用的卫星信道设置为二层链路,这种方案下的选路策略只是简单的设置不同卫星网系链路的优先级,策略比较简单,无法实现满足不同业务不同用户的选路策略。
三层OSPF协议方式是指OSPF协议本身是支持有环拓扑的,在同一个OSPF域内,OSPF协议之间通过交互链路状态信息对全网拓扑和路由进行同步,最终每个OSPF路由器都会获取到全网的链路状态信息,OSPF根据全网的链路状态信息会生成一颗无环最短路径树,实现在多条可用链路中的最佳选择。这种方式也需要将各个使用的卫星网系信道设置为一条二层链路,用户站和信关站连接了不同的二层链路,由OSPF协议运行最短路径树,根据设置的每条链路的代价对成环的卫星信道链路进行剪枝,最后生成的最短路径树上的链路即为最后选择使用的卫通链路,这种方案下同样选路策略简单,无法实现满足不同业务不同用户的选路策略。
发明内容
本发明旨在解决背景技术中卫星用户多网系选路的难题。在目前的技术背景基础上,提供一种卫星用户多网系选路方法,能够根据端到端信道状态和质量,实现用户数据在多个卫星网系或信道之间的最优路由选择,通过网络测量和信道监视机制,实现了多个卫星网络或信道状态和质量的快速感知,通过应用识别规则和选路策略,能够满足用户业务的多种选路需求,通过应用层数据封装组件,定义与各卫星网系解耦的应用层源路由封装,能够灵活定义路径转发,支持网系扩展。该方法具有同网系一跳可达、应用驱动选路、路径状态感知、弹性抗毁、灵活定义等特点,可实现用户业务服务质量保障和高可靠传输。
为了实现上述发明目的,本发明所采取的技术方案为:
一种卫星用户多网系信道选路方法,由用户站、信关站以及选路控制服务的选路控制功能实现,包括以下步骤:
(1)用户站与用户站之间、用户站与信关站之间、信关站与信关站之间分别通过信道监视机制获取各网系信道能力,通过网络测量机制获取端到端的路径质量,用户站和信关站将获取到的各网系信道能力以及路径质量上报给选路控制服务;用户站和信关站分别获取本站地面侧网络的路由信息并上报给选路控制服务;其中,信道监视机制和网络测量机制在各网系信道结合使用或单独使用,取决于网系信道的支持能力;
(2)选路控制服务收集汇总用户站和信关站各站上报的路由信息、信道能力以及端到端路径质量,生成全网路由和对应网系信道能力及路径质量的多信道路由表,表项主动下发给相关的用户站和信关站,或存储在本地用于用户站和信关站按需查询;
(3)用户站和信关站收到去往其他用户站、信关站的数据流后,根据应用识别规则对数据流进行业务识别和策略匹配,确定数据流的选路策略;然后通过本地查询或向选路控制服务查询全网路由和对应网系信道能力及路径质量的多信道路由表,获取满足业务需求的最优路径;然后按照最优路径对应的网系信道的服务质量保障机制进行保障转发。
其中,网系包括卫星网系和地面网系;卫星网系包括高轨透明卫星网系、高轨星上处理卫星网系、低轨透明卫星网系和低轨星上处理卫星网系;地面网系包括地面互联网、移动互联网、专线网、VPN网、短波网和电台网。
其中,选路控制服务采用逻辑集中控制方式部署在信关站上,或采用分布式控制方式部署在所有用户站和信关站上;全网路由和对应网系信道能力及路径质量的多信道路由表中包含通信目的端的路由、通信源端和目的端的信道能力以及端到端的路径质量。
其中,步骤(1)中用户站和信关站的信道监视是指用户站和信关站通过与使用的各信道进行交互,获取各信道的传输能力、入退网状态、信噪比、可用带宽以及当前信道使用状态;通过网络测量获取的各信道端到端的路径质量具体包括各信道端到端路径的时延、抖动、丢包和可用带宽;用户站和信关站获取的本站地面侧网络的路由信息具体包括IP路由信息、本站站号、每路信道的网系类型编号以及对应的IP地址。
其中,步骤(2)中生成全网路由和对应网系信道能力及路径质量的多信道路由表的具体过程:选路控制服务将用户站和信关站各站上报的路由信息、信道能力以及端到端路径质量进行关联映射,生成所有去往目的站的多信道路由;对于实时性要求高的路由或有能力接收多信道路由的用户站和信关站,选路控制服务主动按需将多信道路由表同步推送更新给用户站和信关站,对于资源严重受限需要实时调度的用户站和信关站,则当用户站和信关站的业务到达后,再向选路控制服务发起按需查询获得该业务目的站的多信道路由信息。
其中,步骤(3)中应用识别规则包含数据流特征、保障方式、业务需求、信道及路径约束和对应的选路策略,保障方式包括区分服务保障和综合服务保障。
其中,步骤(3)中选路策略包括指定信道选路、质量优先信道选路、负载均衡优先选路、多路同传选路、主备同传选路和路径优先级选路;在满足用户业务需求、信道能力和路径质量的约束基础上选择一种选路策略或多种选路策略结合;其中,多路同传选路为同一业务选择多条路径同时传输,在通信对端进行数据比对去重。
其中,路径优先级选路为按以下优先级由高到低排列的路径约束选路;
(1)优选源目的在同一网系的路径;
(2)优选源目的在同一归属信关站落地的路径。
其中,步骤(3)中最优路径是逐跳转发路径或源路由转发路径,逐跳转发路径包含下一跳的用户站或信关站的信道对应的IP地址信息;源路由转发路径包含需要经过的每跳用户站或信关站的信道对应的IP地址信息,源路由转发路径信息作为应用层头部封装在应用层中,指导数据流的每一跳转发;数据包被封装到应用层净荷中,网络层首部的目的IP地址字段封装下一跳用户站或信关站的信道对应的IP地址信息,在所选择的网系或信道内进行转发。
其中,步骤(3)中按照最优路径对应的网系信道的服务质量保障机制进行保障转发具体过程为:对于区分服务保障业务的数据,采用所选网系或信道的区分服务保障机制;对于综合服务保障业务的数据,触发所选网系或信道的保障业务建链过程,为业务建立端到端的保障连接。
本发明与背景技术相比具有如下优点:
本发明有效解决了卫星用户多网系选路的难题,并具有以下优点:
1.实现了业务与承载分离,不同卫星网系采用的体制不一样,各卫星网系的特点也各不相同。因此卫星多网系选路应该采用与各卫星网系相独立的选路方式,实现在多个卫星网系之间的路由选择,使多网系选路不受各卫星网系内体制的影响。本方案能够实现卫星用户在不同体制卫星网络通信链路的自动选择,使用户具备综合运用多体制卫星通信系统的传输承载能力,从而提升用户弹性抗毁、灵活组网的互联互通能力。
2.实现异构卫星信道资源池化,通过网络测量与信道监视机制,能够将不同信道资源进行池化,抽象为不同性能质量的路径。
3.具有丰富的应用识别规则,能够识别多种用户应用和业务,将用户业务分为区分服务业务和综合服务业务,能实现应用级别的卫星信道或路径调度;
4.具备丰富的选路策略。能够满足用户业务的多种选路需求,包括同网系一跳可达,多信道并行传输,保障用户数据高可靠性。
5.与各卫星网系或信道的服务质量保障策略相结合,能够实现用户数据在卫星网系或信道内的服务质量保证。
6.与各卫星网系或信道只通过数据面接口进行交互,保持了各卫星网系流程的完整性,不会让各卫星网系增加新的控制流程,耦合性低。
7.与各卫星网系或信道之间为标准IP接口,与各卫星网系或信道解耦,支持未来网系扩展。
附图说明
图1是本发明的系统架构及应用示意图。
具体实施方式
图1描述了一种卫星用户采用多卫星网系选路传输数据的场景。其中,用户站1与用户站2进行通信。用户站1与用户站2各有4路卫星网系或信道可以使用。用户站1与用户站2分别采用信道监视或网络测量机制获取到各信道或路径的信道能力、性能质量,同时也获取到各自本地网络的路由信息,用户站1与用户站2将这些信息上报给选路控制服务,选路控制服务将收集到的信息汇总生成多信道路由表,并推送给各用户站。用户站1结合发送业务的选路需求,查询收到的多信道路由表,获知到达用户站2使用卫星信道2为满足业务需求的最优选择。用户站1与用户站2的业务采用卫星信道2进行传输。用户站1将业务封装在应用层中,网络层目的IP地址封装为用户站2的卫星信道2对应的IP地址,封装后的数据在卫星信道2对应的卫星网系内进行业务转发,到达用户站2后进行解封装后路由转发至本地用户网络。
参照图1,本发明的具体实施方式包含以下几个步骤:
一种卫星用户多网系选路方法,由用户站、信关站以及选路控制服务等实体上的选路控制功能实现,网系包括卫星网系和地面网系;卫星网系包括高轨透明卫星网系、高轨星上处理卫星网系、低轨透明卫星网系和低轨星上处理卫星网系;地面网系包括地面互联网、移动互联网、专线网、VPN网、短波网和电台网。
选路控制服务采用逻辑集中控制方式部署在信关站上,或采用分布式控制方式部署在所有用户站和信关站上;全网路由和对应网系信道能力及路径质量的多信道路由表中包含通信目的端的路由、通信源端和目的端的信道能力以及端到端的路径质量。
具体包括以下步骤:
(1)用户站与用户站之间、用户站与信关站之间、信关站与信关站之间分别通过信道监视机制获取各网系信道能力,通过网络测量机制获取端到端的路径质量,用户站和信关站将获取到的各网系信道能力以及路径质量上报给选路控制服务;用户站和信关站分别获取本站地面侧网络的路由信息并上报给选路控制服务;其中,信道监视机制和网络测量机制在各网系信道结合使用或单独使用,取决于网系信道的支持能力;
其中,用户站和信关站的信道监视是指用户站和信关站通过与使用的各信道进行交互,获取各信道的传输能力、入退网状态、信噪比、可用带宽以及当前信道使用状态;通过网络测量获取的各信道端到端的路径质量具体包括各信道端到端路径的时延、抖动、丢包和可用带宽;用户站和信关站获取的本站地面侧网络的路由信息具体包括IP路由信息、本站站号、每路信道的网系类型编号以及对应的IP地址。
(2)选路控制服务收集汇总用户站和信关站各站上报的路由信息、信道能力以及端到端路径质量,生成全网路由和对应网系信道能力及路径质量的多信道路由表,表项主动下发给相关的用户站和信关站,或存储在本地用于用户站和信关站按需查询;
其中,生成全网路由和对应网系信道能力及路径质量的多信道路由表的具体过程:选路控制服务将用户站和信关站各站上报的路由信息、信道能力以及端到端路径质量进行关联映射,生成所有去往目的站的多信道路由;对于实时性要求高的路由或有能力接收多信道路由的用户站和信关站,选路控制服务主动按需将多信道路由表同步推送更新给用户站和信关站,对于资源严重受限需要实时调度的用户站和信关站,则当用户站和信关站的业务到达后,再向选路控制服务发起按需查询获得该业务目的站的多信道路由信息。
(3)用户站和信关站收到去往其他用户站、信关站的数据流后,根据应用识别规则对数据流进行业务识别和策略匹配,确定数据流的选路策略;然后通过本地查询或向选路控制服务查询全网路由和对应网系信道能力及路径质量的多信道路由表,获取满足业务需求的最优路径;然后按照最优路径对应的网系信道的服务质量保障机制进行保障转发。
其中,应用识别规则包含数据流特征、保障方式、业务需求、信道及路径约束和对应的选路策略,保障方式包括区分服务保障和综合服务保障。
选路策略包括指定信道选路、质量优先信道选路、负载均衡优先选路、多路同传选路、主备同传选路和路径优先级选路;在满足用户业务需求、信道能力和路径质量的约束基础上选择一种选路策略或多种选路策略结合;其中,多路同传选路为同一业务选择多条路径同时传输,在通信对端进行数据比对去重。路径优先级选路为按以下优先级由高到低排列的路径约束选路;
(1)优选源目的在同一网系的路径;
(2)优选源目的在同一归属信关站落地的路径。
其中,最优路径是逐跳转发路径或源路由转发路径,逐跳转发路径包含下一跳的用户站或信关站的信道对应的IP地址信息;源路由转发路径包含需要经过的每跳用户站或信关站的信道对应的IP地址信息,源路由转发路径信息作为应用层头部封装在应用层中,指导数据流的每一跳转发;数据包被封装到应用层净荷中,网络层首部的目的IP地址字段封装下一跳用户站或信关站的信道对应的IP地址信息,在所选择的网系或信道内进行转发。
按照最优路径对应的网系信道的服务质量保障机制进行保障转发具体过程为:对于区分服务保障业务的数据,采用所选网系或信道的区分服务保障机制;对于综合服务保障业务的数据,触发所选网系或信道的保障业务建链过程,为业务建立端到端的保障连接。
以上,仅为本发明的较佳实施例而已,并非用于限定本发明的保护范围。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 (10)
1.一种卫星用户多网系信道选路方法,由用户站、信关站以及选路控制服务的选路控制功能实现,其特征在于,包括以下步骤:
(1)用户站与用户站之间、用户站与信关站之间、信关站与信关站之间分别通过信道监视机制获取各网系信道能力,通过网络测量机制获取端到端的路径质量,用户站和信关站将获取到的各网系信道能力以及路径质量上报给选路控制服务;用户站和信关站分别获取本站地面侧网络的路由信息并上报给选路控制服务;其中,信道监视机制和网络测量机制在各网系信道结合使用或单独使用,取决于网系信道的支持能力;
(2)选路控制服务收集汇总用户站和信关站各站上报的路由信息、信道能力以及端到端路径质量,生成全网路由和对应网系信道能力及路径质量的多信道路由表,表项主动下发给相关的用户站和信关站,或存储在本地用于用户站和信关站按需查询;
(3)用户站和信关站收到去往其他用户站、信关站的数据流后,根据应用识别规则对数据流进行业务识别和策略匹配,确定数据流的选路策略;然后通过本地查询或向选路控制服务查询全网路由和对应网系信道能力及路径质量的多信道路由表,获取满足业务需求的最优路径;然后按照最优路径对应的网系信道的服务质量保障机制进行保障转发。
2.根据权利要求1所述的一种卫星用户多网系信道选路方法,其特征在于,网系包括卫星网系和地面网系;卫星网系包括高轨透明卫星网系、高轨星上处理卫星网系、低轨透明卫星网系和低轨星上处理卫星网系;地面网系包括地面互联网、移动互联网、专线网、VPN网、短波网和电台网。
3.根据权利要求1所述的一种卫星用户多网系信道选路方法,其特征在于,选路控制服务采用逻辑集中控制方式部署在信关站上,或采用分布式控制方式部署在所有用户站和信关站上;全网路由和对应网系信道能力及路径质量的多信道路由表中包含通信目的端的路由、通信源端和目的端的信道能力以及端到端的路径质量。
4.根据权利要求1所述的一种卫星用户多网系信道选路方法,其特征在于,步骤(1)中用户站和信关站的信道监视是指用户站和信关站通过与使用的各信道进行交互,获取各信道的传输能力、入退网状态、信噪比、可用带宽以及当前信道使用状态;通过网络测量获取的各信道端到端的路径质量具体包括各信道端到端路径的时延、抖动、丢包和可用带宽;用户站和信关站获取的本站地面侧网络的路由信息具体包括IP路由信息、本站站号、每路信道的网系类型编号以及对应的IP地址。
5.根据权利要求1所述的一种卫星用户多网系信道选路方法,其特征在于,步骤(2)中生成全网路由和对应网系信道能力及路径质量的多信道路由表的具体过程:选路控制服务将用户站和信关站各站上报的路由信息、信道能力以及端到端路径质量进行关联映射,生成所有去往目的站的多信道路由;对于实时性要求高的路由或有能力接收多信道路由的用户站和信关站,选路控制服务主动按需将多信道路由表同步推送更新给用户站和信关站,对于资源严重受限需要实时调度的用户站和信关站,则当用户站和信关站的业务到达后,再向选路控制服务发起按需查询获得该业务目的站的多信道路由信息。
6.根据权利要求1所述的一种卫星用户多网系信道选路方法,其特征在于,步骤(3)中应用识别规则包含数据流特征、保障方式、业务需求、信道及路径约束和对应的选路策略,保障方式包括区分服务保障和综合服务保障。
7.根据权利要求1所述的一种卫星用户多网系信道选路方法,其特征在于,步骤(3)中选路策略包括指定信道选路、质量优先信道选路、负载均衡优先选路、多路同传选路、主备同传选路和路径优先级选路;在满足用户业务需求、信道能力和路径质量的约束基础上选择一种选路策略或多种选路策略结合;其中,多路同传选路为同一业务选择多条路径同时传输,在通信对端进行数据比对去重。
8.根据权利要求7所述的一种卫星用户多网系信道选路方法,其特征在于,路径优先级选路为按以下优先级由高到低排列的路径约束选路;
(1)优选源目的在同一网系的路径;
(2)优选源目的在同一归属信关站落地的路径。
9.根据权利要求1所述的一种卫星用户多网系信道选路方法,其特征在于,步骤(3)中最优路径是逐跳转发路径或源路由转发路径,逐跳转发路径包含下一跳的用户站或信关站的信道对应的IP地址信息;源路由转发路径包含需要经过的每跳用户站或信关站的信道对应的IP地址信息,源路由转发路径信息作为应用层头部封装在应用层中,指导数据流的每一跳转发;数据包被封装到应用层净荷中,网络层首部的目的IP地址字段封装下一跳用户站或信关站的信道对应的IP地址信息,在所选择的网系或信道内进行转发。
10.根据权利要求1所述的一种卫星用户多网系信道选路方法,其特征在于,步骤(3)中按照最优路径对应的网系信道的服务质量保障机制进行保障转发具体过程为:对于区分服务保障业务的数据,采用所选网系或信道的区分服务保障机制;对于综合服务保障业务的数据,触发所选网系或信道的保障业务建链过程,为业务建立端到端的保障连接。
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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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