CN114124191A - 一种适用于低轨星座网络的组网系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种适用于低轨星座网络的组网系统，涉及卫星网络领域中的组网技术。本系统通过构建一个与低轨星座网络集中式管理控制架构高度吻合的组网控制机制，一方面将复杂的、星间拓扑高动态场景下的路由计算放在地面，可降低对星载平台处理能力的要求；另一方面，部署与控制中心的组网控制器能够获取低轨星座网络的全局视图，生成的路径能够达到全局最优，可以提高整个网络利用率，使用的路由策略也更加灵活丰富。

Description

一种适用于低轨星座网络的组网系统
技术领域
本发明涉及卫星网络领域中的组网技术，公开了一种适用于低轨星座网络的组网系统。
背景技术
低轨卫星星座网络需要满足全球无缝实时宽带接入目标，然而在实际工程实施过程中，部分区域无法建设信关站，导致卫星数据无法落地，因此需要设计星间链路以通过星间的中转实现就近落地的目的，其次，对于部分敏感数据，基于用户需求，希望数据通过卫星直接送到指定目的地址，而不通过地面网络传输，因此，需要在低轨卫星星座上部署实现类似于地面的承载网功能，通过星地一体化路由负责实现低轨星座承载网内所有网元节点间的信息转发、最佳传输路径的选择等功能。
然而，与地面网络相比，受卫星节点高速运动、星间网络拓扑高动态和卫星载荷处理平台能力受限等特点约束，适用于地面网络的组网架构不适合低轨星座网络，因此，在低轨星座的组网架构设计时需要进行差异化和针对性设计。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于提出了一种适用于低轨星座网络的组网系统，可解决低轨星座卫星高速运动、星间拓高动态、载荷受限下的星地一体组网问题。
本发明采用的技术方案为：
一种适用于低轨星座网络的组网系统，其特征在于：包括星载交换机、信关站路由器和控制中心组网控制器；
星载交换机，用于接收控制中心组网控制器上注的星间转发表；根据星座拓扑周期性变化规律，定时切换当前拓扑对应的星间转发表；根据星间转发表实现移动/宽带用户数据在星间的正确转发；
信关站路由器，用于接收控制中心组网控制器上注的馈电星地转发表；根据卫星星历及低轨星座各卫星对信关站的覆盖，定时切换当前覆盖情况下对应的馈电星地转发表；根据馈电星地转发表对进出信关站的数据选择合适的馈电链路；
控制中心组网控制器，用于根据低轨星座拓扑周期性变化的规律，进行集中式的星间路由计算，生成星间转发表；将星间转发表上注至各低轨卫星的星载交换机处；根据卫星星历，进行卫星对信关站的覆盖情况计算，生成馈电星地转发表；将馈电星地转发表上注至信关站的信关站路由器处；获取控制中心处的网络管理控制设备中的全网流量、网络拓扑等全局状态信息，作为路由计算的输入条件。
其中，还包括星载基站和星载标签封装单元；星载基站实现星地用户链路的建立，实现移动用户的接入；星载标签封装单元用于实现移动用户数据的标签封装或解封装；移动用户数据通过星载基站接入后，到达星载标签封装单元，星载标签封装单元根据查找星间转发标识与IP标识的映射关系，为数据包封装适合在星间转发的标识。
其中，还包括宽带用户标签封装单元，宽带用户标签封装单元部署于宽带用户卫星接入网关中，用于实现宽带用户数据的标签封装或解封装；宽带用户数据到达宽带用户卫星接入网关处的宽带用户标签封装单元时，宽带用户标签封装单元根据查找星间转发标识与IP标识的映射关系，为数据包封装适合在星间转发的标识。
其中，星上载荷基于星载标签封装单元实现星上载荷数据的标签封装或解封装；星上载荷到达星载标签封装单元时，星载标签封装单元查找星间转发标识与IP标识的映射关系，为数据包封装适合在星间转发的标识。
其中，星载交换机处的星间转发表，包含：星间转发标识对应星载交换机出端口的映射信息，星间转发标识为一种适用于星间快速查表转发的自定义的二层标签。
其中，信关站路由器处存储的馈电星地转发表，包含：馈电链路和馈电链路对应的信关站路由器端口映射信息。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
（1）本发明通过将星载路由交换的控制功能抽象出来，集中部署在地面，由地面专门的组网控制器进行卫星节点及拓扑高动态场景下的路由计算，基于星载处理平台仅实现转发平面功能。与现有星载平台上部署的路由交换设备，控制功能和转发功能紧耦合相比，本专利设计思路能很好的解决网络拓扑高动态变化带来的低轨星座路由计算复杂与卫星载荷平台能力受限之间的矛盾问题；
（2）本发明通过封装适用于星间快速查表转发的星间转发标识（自定义的二层标签），与现有技术相比，便于实现星间快速查表转发和大容量交换；
（3）本发明通过将组网控制器部署在地面网络管理控制中心，可利用地面网络管理控制中心能掌握全网流量、全局拓扑等状态信息的优势，能综合基于拓扑和资源情况，计算并下发全局最优的路由传输路径；同时，还可为满足低轨星座网络对卫星资源按需保障、故障快速处置和流量负载均衡等方面的应用需求提供可能。
附图说明
图1是本发明的组网架构示意图。
具体实施方式
为了实现本发明，下面结合附图1进行进一步说明。图1是本发明的组网架构示意图。
参照图1，主要示意了一种适用于低轨星座的组网系统，其特征在于：包括星载交换机、信关站路由器和控制中心组网控制器；
星载交换机，用于接收控制中心组网控制器上注的星间转发表；根据星座拓扑周期性变化规律，定时切换当前拓扑对应的星间转发表；根据星间转发表实现移动/宽带用户数据在星间的正确转发；
信关站路由器，用于接收控制中心组网控制器上注的馈电星地转发表；根据卫星星历及低轨星座各卫星对信关站的覆盖，定时切换当前覆盖情况下对应的馈电星地转发表；根据馈电星地转发表对进出信关站的数据选择合适的馈电链路；
控制中心组网控制器，用于根据低轨星座拓扑周期性变化的规律，进行集中式的星间路由计算，生成星间转发表；将星间转发表上注至各低轨卫星的星载交换机处；根据卫星星历，进行卫星对信关站的覆盖情况计算，生成馈电星地转发表；将馈电星地转发表上注至信关站的信关站路由器处；获取控制中心处的网络管理控制设备中的全网流量、网络拓扑等全局状态信息，作为路由计算的输入条件。
其中，还包括星载基站和星载标签封装单元；星载基站实现星地用户链路的建立，实现移动用户的接入；星载标签封装单元用于实现移动用户数据的标签封装或解封装；移动用户数据通过星载基站接入后，到达星载标签封装单元，星载标签封装单元根据查找星间转发标识与IP标识的映射关系，为数据包封装适合在星间转发的标识。
其中，还包括宽带用户标签封装单元，宽带用户标签封装单元部署于宽带用户卫星接入网关中，用于实现宽带用户数据的标签封装或解封装；宽带用户数据到达宽带用户卫星接入网关处的宽带用户标签封装单元时，宽带用户标签封装单元根据查找星间转发标识与IP标识的映射关系，为数据包封装适合在星间转发的标识。
其中，星上载荷基于星载标签封装单元实现星上载荷数据的标签封装或解封装；星上载荷到达星载标签封装单元时，星载标签封装单元查找星间转发标识与IP标识的映射关系，为数据包封装适合在星间转发的标识。
其中，星载交换机处的星间转发表，包含：星间转发标识对应星载交换机出端口的映射信息，星间转发标识为一种适用于星间快速查表转发的自定义的二层标签。
其中，信关站路由器处存储的馈电星地转发表，包含：馈电链路和馈电链路对应的信关站路由器端口映射信息。
本发明的上述各实施例，基于星载受限、卫星和星座拓扑高动态环境下的低轨星座网络组网问题，独创了一种适用于低轨星座网络的组网系统，该实施例基于集中管理控制架构，利用卫星周期性运动规律，将复杂的时间片路由计算放在具有全局网络视图的地面网络管理控制中心，星上仅基于自定义的星间转发标识实现数据包的转发，可在很大程度上解决复杂的路由计算与受限的星载平台之间的矛盾问题，为未来工程实现提供可能。
本领域的普通技术人员可以理解：实现一种适用于低轨星座网络的组网系统可以通过程序指令相关的硬件或软件来完成，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤。

Claims (6)

1.一种适用于低轨星座网络的组网系统，其特征在于：包括星载交换机、信关站路由器和控制中心组网控制器；
星载交换机，用于接收控制中心组网控制器上注的星间转发表；根据星座拓扑周期性变化规律，定时切换当前拓扑对应的星间转发表；根据星间转发表实现移动/宽带用户数据在星间的正确转发；
信关站路由器，用于接收控制中心组网控制器上注的馈电星地转发表；根据卫星星历及低轨星座各卫星对信关站的覆盖，定时切换当前覆盖情况下对应的馈电星地转发表；根据馈电星地转发表对进出信关站的数据选择合适的馈电链路；
控制中心组网控制器，用于根据低轨星座拓扑周期性变化的规律，进行集中式的星间路由计算，生成星间转发表；将星间转发表上注至各低轨卫星的星载交换机处；根据卫星星历，进行卫星对信关站的覆盖情况计算，生成馈电星地转发表；将馈电星地转发表上注至信关站的信关站路由器处；获取控制中心处的网络管理控制设备中的全网流量、网络拓扑等全局状态信息，作为路由计算的输入条件。
2.根据权利要求1所述的一种适用于低轨星座网络的组网系统，其特征在于：还包括星载基站和星载标签封装单元；星载基站实现星地用户链路的建立，实现移动用户的接入；星载标签封装单元用于实现移动用户数据的标签封装或解封装；移动用户数据通过星载基站接入后，到达星载标签封装单元，星载标签封装单元根据查找星间转发标识与IP标识的映射关系，为数据包封装适合在星间转发的标识。
3.根据权利要求1或2所述的一种适用于低轨星座网络的组网系统，其特征在于：还包括宽带用户标签封装单元，宽带用户标签封装单元部署于宽带用户卫星接入网关中，用于实现宽带用户数据的标签封装或解封装；宽带用户数据到达宽带用户卫星接入网关处的宽带用户标签封装单元时，宽带用户标签封装单元根据查找星间转发标识与IP标识的映射关系，为数据包封装适合在星间转发的标识。
4.根据权利要求2所述的一种适用于低轨星座网络的组网系统，其特征在于：星上载荷基于星载标签封装单元实现星上载荷数据的标签封装或解封装；星上载荷到达星载标签封装单元时，星载标签封装单元查找星间转发标识与IP标识的映射关系，为数据包封装适合在星间转发的标识。
5.根据权利要求1所述的一种适用于低轨星座网络的组网系统，其特征在于：星载交换机处的星间转发表，包含：星间转发标识对应星载交换机出端口的映射信息，星间转发标识为一种适用于星间快速查表转发的自定义的二层标签。
6.根据权利要求1所述的一种适用于低轨星座网络的组网系统，其特征在于：信关站路由器处存储的馈电星地转发表，包含：馈电链路和馈电链路对应的信关站路由器端口映射信息。
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张晓娜等: ""基于低轨星座的星地路由技术研究"", 《计算机测量与控制》 *

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