CN114285796B - 基于地理空间标识的路由寻址方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于计算机网络技术领域，特别涉及一种基于地理空间标识的路由寻址方法及系统，该方法包括首先利用IPv4报文的可选项对地理空间标识进行定义，以识别地理空间标识报文；然后，定义地理空间标识格式；其次，将DHCP的option字段扩展为地理空间位置信息，定义支持地理空间位置信息的DHCP数据格式，利用IP协议栈中的DHCP机制来完成地理空间标识的注册；最后，通过地理空间标识解析和查表，将地理空间标识报文转发到指定的地理区域。本发明实现了在网络层为与位置相关的信息服务提供统一的承载机制。

Description

基于地理空间标识的路由寻址方法及系统

技术领域

本发明属于计算机网络技术领域，特别涉及一种基于地理空间标识的路由寻址方法及系统。

背景技术

随着网络技术和应用的不断发展，特别是大数据、云计算、人工智能等出现和运用，互联网迎来了加速裂变式的新一轮革命，催使社会各方面发生颠覆性变化，并深刻改变着人类世界的空间轴、时间轴和思想维度。然而，面对互联网与经济社会深度融合发展带来的专业化服务承载需求，互联网技术内涵的发展却未能充分支撑网络应用外延的拓展，现有网络基础架构及由此构建的技术体系存在网络结构僵化、IP承载单一、未知威胁难以抑制等基础性问题，对质量、安全、融合、扩展、可管可控、效能、移动等的支持能力低下，无法通过有限的资源动态灵活地满足泛在场景下各类型各层次用户对智慧化、多元化、个性化、高鲁棒、高效能等高质量用网体验的需求。

地理空间是人类活动的物理空间，网络空间是人类活动的信息空间，作为人类活动的两个主要空间，网络需要与地理位置关联且紧密耦合，地理位置理应成为网络的标签。随着定位技术的发展,网络中的节点能够获取准确的地理位置信息,地理位置信息成为网络应用中经常用到的重要属性。当前，位置服务，即与地理位置相关网络服务，已经融入到网络应用的方方面面，物流、出行、餐饮配送、运动健康等多个领域都需要位置服务提供支持。目前，互联网采用基于IP的寻址与路由机制。IP地址在最初使用时是按照区域划分的，能够粗略反映地理空间位置信息。但随着互联网用户和应用数量的增加，特别是地址转换协议、虚拟网络、云计算等技术的出现，IP的内涵和属性已发生根本性的变化，无法直接在网络层提供各类服务所需的位置信息。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提出一种基于地理空间标识的路由寻址方法及系统，实现了在网络层为与位置相关的信息服务提供统一的承载机制。

为了实现上述目的，本发明采用以下的技术方案：

本发明提供了一种基于地理空间标识的路由寻址方法，包括以下步骤：

利用IPv4报文的可选项对地理空间标识进行定义，以识别地理空间标识报文；

定义地理空间标识格式；

将DHCP的option字段扩展为地理空间位置信息，定义支持地理空间位置信息的DHCP数据格式，利用IP协议栈中的DHCP机制来完成地理空间标识的注册；

通过地理空间标识解析和查表，将地理空间标识报文转发到指定的地理区域。

进一步地，所述利用IPv4报文的可选项对地理空间标识进行定义，以识别地理空间标识报文包括：

所述IPv4报文的可选项格式包括1字节的type、1字节的len和变长的data；将type字段取值为255，表示该报文为非IP的标识类型，len字段取值为4，data字段定为2字节，取值为0时表示地理空间标识，那么该报文为地理空间标识报文。

进一步地，所述定义地理空间标识格式如下：

以32比特IP地址表示地理空间，其中设备类型占1比特，纬度占12比特，经度占12比特，高度占5比特，设备标识占2比特；当设备类型为0时表示主机，设备类型为1时表示其他设备。

进一步地，所述地理空间标识在经纬度上支持掩码，即将12位的纬度和12位的经度表示为：1位组播标志位+8位组播域地址位+3位组播域掩码位；当组播标志位为1表示组播，组播标志位为0表示单播，通过组播域地址位和组播域掩码位确定报文发送的目的地理区域，目的区域＝{(经度值&经度掩码)，(纬度值&纬度掩码)}。

进一步地，所述定义支持地理空间位置信息的DHCP数据格式如下：

信息类型占1字节，长度占1字节，纬度占3字节，经度占3字节，高度占1字节；当信息类型为62时，表示地理空间位置信息，其中长度是纬度、经度和高度占用的字节总数。

进一步地，所述利用IP协议栈中的DHCP机制来完成地理空间标识的注册包括以下步骤：

步骤1，为标识注册服务器分配支持的经纬度范围；

步骤2，终端发送广播消息DISCOVER，通告自身的地理空间位置信息，表示希望获取地理空间标识，如果在时间t内没有得到响应，则重新发送广播消息；

步骤3，标识注册服务器收到广播消息后，检查自身的配置，判断请求的地理空间位置信息是否在其支持的范围内，如果不在，则不响应；否则进入步骤4；

步骤4，将收到的地理空间位置信息进行编码生成地理空间标识，并封装到Offer包中发送给终端；

步骤5，终端接收到标识注册服务器发送的Offer包，发送Request包，告诉标识注册服务器接受该租约；

步骤6，标识注册服务器接收到终端发送的Request包，发送ACK消息进行最后的确认；

步骤7，终端收到ACK消息后可以合法使用分配的地理空间标识。

进一步地，所述通过地理空间标识解析和查表，将地理空间标识报文转发到指定的地理区域包括以下步骤：

步骤1，解析IPv4报文的可选项，识别报文类型，如果是地理空间标识报文则进行地理标识路由处理，否则进行普通IP标识路由处理；

步骤2，解析目的地址，得出组播标志位、组播域地址位{dst_lon、dst_lat}和组播域掩码位{dst_lon_mask,dst_lat_mask}，如果组播标志位为0，则视掩码为全1；

步骤3，遍历每条单播路由表项，得到路由的目的网段route_net、掩码route_mask和出口out_interface；

步骤4，计算目的区域dst_area＝(dst_lat.dst_lon&dst_lat_mask.dst_lon_mask)；

步骤5，遍历每条路由表项，根据表项中的路由地理域route_entry和掩码route_entry_mask计算得到目的区域route_area＝route_entry&route_entry_mask，若

则复制报文并修改报文目的地理空间标识，使之与route_net和route_mask一致，并从相应的出口out_interface转发出去；

步骤6，如果遍历完整个路由表地理域掩码匹配不成功，则按照路由表项最长掩码进行匹配，即当

时且掩码最长时，将报文从该表项对应的出口out_interface转发出去。

本发明还提供了一种基于地理空间标识的路由寻址系统，包括：

地理空间标识定义单元，用于利用IPv4报文的可选项对地理空间标识进行定义，以识别地理空间标识报文；

地理空间标识格式定义单元，用于定义地理空间标识格式；

地理空间标识注册单元，用于将DHCP的option字段扩展为地理空间位置信息，定义支持地理空间位置信息的DHCP数据格式，利用IP协议栈中的DHCP机制来完成地理空间标识的注册；

地理空间标识报文的路由寻址单元，用于通过地理空间标识解析和查表，将地理空间标识报文转发到指定的地理区域。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

为了在网络层提供各类服务所需的位置信息，本发明提出了一种基于地理空间标识的路由寻址方法，通过在IP数据包中定义地理空间标识，设计支持地理空间位置信息的DHCP机制，采用四次“握手”机制对地理空间标识进行注册，识别地理空间标识，对地理空间标识报文进行路由转发。本发明通过在网络层使用地理空间标识，为与位置相关的信息服务提供统一的承载机制，以先天内生的方式实现更加多样化和高效的位置服务。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例的基于地理空间标识的路由寻址方法的流程示意图；

图2是本发明实施例的地理空间标识格式图；

图3是本发明实施例的地理空间标识编码图；

图4是本发明实施例的支持地理空间位置信息的DHCP数据格式图；

图5是本发明实施例的地理空间标识注册流程图；

图6是本发明实施例的地理空间标识报文路由转发流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本实施例的基于地理空间标识的路由寻址方法，包括以下步骤：

步骤S11，利用IPv4报文的可选项对地理空间标识进行定义，以识别地理空间标识报文。

具体的，所述IPv4报文的可选项格式包括1字节的type、1字节的len和变长的data；为兼容已有IP头选项，将type字段取值为255，表示该报文为非IP的标识类型，len字段取值为4，data字段定为2字节，取值为0时表示地理空间标识，那么该报文为地理空间标识报文。该定义方法具有很强的可扩展性，将数据字段的取值1-65535保留用于后续扩展，支持未来可能出现的各类新型网络标识。

步骤S12，定义地理空间标识格式。

以32比特IP地址表示地理空间，其中设备类型占1比特，纬度占12比特，经度占12比特，高度占5比特，设备标识占2比特；当设备类型为0时表示主机，设备类型为1时表示其他设备，如网关、路由器等，地理空间标识格式如图2所示。

为实现地理区域大小可变，地理空间标识在经纬度上支持掩码，即将12位的纬度和12位的经度表示为：1位组播标志位+8位组播域地址位+3位组播域掩码位，编码格式如图3所示；当组播标志位为1表示组播，组播标志位为0表示单播，通过组播域地址位和组播域掩码位确定报文发送的目的地理区域，目的区域＝{(经度值&经度掩码)，(纬度值&纬度掩码)}。

步骤S13，将DHCP的option字段扩展为地理空间位置信息，定义支持地理空间位置信息的DHCP数据格式，利用IP协议栈中的DHCP机制来完成地理空间标识的注册。

DHCP数据格式的选项字段option的取值为0-255，其中0，255，1-61已被占用，将option62扩展为地理空间位置信息，具体格式如图4所示，其中信息类型占1字节，长度占1字节，纬度占3字节，经度占3字节，高度占1字节；当信息类型为62时，表示地理空间位置信息，其中长度是纬度、经度和高度占用的字节总数。

采用四次握手机制实现地理空间标识注册，具体包括以下步骤，如图5所示：

步骤S131，为标识注册服务器分配支持的经纬度范围{[经度起始值、经度结束值]、[纬度起始值、纬度结束值]}。

步骤S132，终端发送广播消息DISCOVER，通告自身的地理空间位置信息，表示希望获取地理空间标识，如果在时间t内没有得到响应，则重新发送广播消息。

步骤S133，标识注册服务器收到广播消息后，检查自身的配置，判断请求的地理空间位置信息是否在其支持的范围内，如果不在，则不响应；否则进入步骤S134。

步骤S134，将收到的地理空间位置信息进行编码生成地理空间标识，并封装到Offer包中发送给终端。

步骤S135，终端接收到标识注册服务器发送的Offer包，发送Request包，告诉标识注册服务器接受该租约。

步骤S136，标识注册服务器接收到终端发送的Request包，发送ACK消息进行最后的确认。

步骤S137，终端收到ACK消息后可以合法使用分配的地理空间标识。

步骤S14，通过地理空间标识解析和查表，将地理空间标识报文转发到指定的地理区域；具体包括以下步骤，如图6所示：

步骤S141，解析IPv4报文的可选项，识别报文类型，如果是地理空间标识报文则进行地理标识路由处理，否则进行普通IP标识路由处理。

步骤S142，解析目的地址，得出组播标志位、组播域地址位{dst_lon、dst_lat}和组播域掩码位{dst_lon_mask,dst_lat_mask}，如果组播标志位为0，则视掩码为全1。

步骤S143，遍历每条单播路由表项，得到路由的目的网段route_net、掩码route_mask和出口out_interface。

步骤S144，计算目的区域dst_area＝(dst_lat.dst_lon&dst_lat_mask.dst_lon_mask)。

步骤S145，遍历每条路由表项，根据表项中的路由地理域route_entry和掩码route_entry_mask计算得到目的区域route_area＝route_entry&route_entry_mask，若

则复制报文并修改报文目的地理空间标识，使之与route_net和route_mask一致，并从相应的出口out_interface转发出去。

步骤S146，如果遍历完整个路由表地理域掩码匹配不成功，则按照路由表项最长掩码进行匹配，即当

时且掩码最长时，将报文从该表项对应的出口out_interface转发出去。

与上述基于地理空间标识的路由寻址方法相应地，本实施例还提供一种基于地理空间标识的路由寻址系统，包括：

地理空间标识定义单元，用于利用IPv4报文的可选项对地理空间标识进行定义，以识别地理空间标识报文；

地理空间标识格式定义单元，用于定义地理空间标识格式；

地理空间标识注册单元，用于将DHCP的option字段扩展为地理空间位置信息，定义支持地理空间位置信息的DHCP数据格式，利用IP协议栈中的DHCP机制来完成地理空间标识的注册；

地理空间标识报文的路由寻址单元，用于通过地理空间标识解析和查表，将地理空间标识报文转发到指定的地理区域。

本发明通过在网络层使用地理空间标识，为与位置相关的信息服务提供统一的承载机制，以先天内生方式实现更加多样化和高效的位置服务，具有普适性，值得应用推广。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，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做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于地理空间标识的路由寻址方法，其特征在于，包括以下步骤：

利用IPv4报文的可选项对地理空间标识进行定义，以识别地理空间标识报文，包括：所述IPv4报文的可选项格式包括1字节的type、1字节的len和变长的data；将type字段取值为255，表示该报文为非IP的标识类型，len字段取值为4，data字段定为2字节，取值为0时表示地理空间标识，那么该报文为地理空间标识报文；

定义地理空间标识格式，格式如下：以32比特IP地址表示地理空间，其中设备类型占1比特，纬度占12比特，经度占12比特，高度占5比特，设备标识占2比特；当设备类型为0时表示主机，设备类型为1时表示其他设备；

将DHCP的option字段扩展为地理空间位置信息，定义支持地理空间位置信息的DHCP数据格式，利用IP协议栈中的DHCP机制来完成地理空间标识的注册；DHCP数据格式如下：信息类型占1字节，长度占1字节，纬度占3字节，经度占3字节，高度占1字节；当信息类型为62时，表示地理空间位置信息，其中长度是纬度、经度和高度占用的字节总数；

通过地理空间标识解析和查表，将地理空间标识报文转发到指定的地理区域。

2.根据权利要求1所述的基于地理空间标识的路由寻址方法，其特征在于，所述地理空间标识在经纬度上支持掩码，即将12位的纬度和12位的经度表示为：1位组播标志位+8位组播域地址位+3位组播域掩码位；当组播标志位为1表示组播，组播标志位为0表示单播，通过组播域地址位和组播域掩码位确定报文发送的目的地理区域，目的区域＝{(经度值&经度掩码)，(纬度值&纬度掩码)}。

3.根据权利要求1所述的基于地理空间标识的路由寻址方法，其特征在于，所述利用IP协议栈中的DHCP机制来完成地理空间标识的注册包括以下步骤：

步骤1，为标识注册服务器分配支持的经纬度范围；

步骤2，终端发送广播消息DISCOVER，通告自身的地理空间位置信息，表示希望获取地理空间标识，如果在时间t内没有得到响应，则重新发送广播消息；

步骤3，标识注册服务器收到广播消息后，检查自身的配置，判断请求的地理空间位置信息是否在其支持的范围内，如果不在，则不响应；否则进入步骤4；

步骤4，将收到的地理空间位置信息进行编码生成地理空间标识，并封装到Offer包中发送给终端；

步骤5，终端接收到标识注册服务器发送的Offer包，发送Request包，告诉标识注册服务器接受租约；

步骤6，标识注册服务器接收到终端发送的Request包，发送ACK消息进行最后的确认；

步骤7，终端收到ACK消息后可以合法使用分配的地理空间标识。

4.根据权利要求2所述的基于地理空间标识的路由寻址方法，其特征在于，所述通过地理空间标识解析和查表，将地理空间标识报文转发到指定的地理区域包括以下步骤：

步骤1，解析IPv4报文的可选项，识别报文类型，如果是地理空间标识报文则进行地理标识路由处理，否则进行普通IP标识路由处理；

步骤2，解析目的地址，得出组播标志位、组播域地址位{dst_lon、dst_lat}和组播域掩码位{dst_lon_mask,dst_lat_mask}，如果组播标志位为0，则视掩码为全1；

步骤3，遍历每条单播路由表项，得到路由的目的网段route_net、掩码route_mask和出口out_interface；

步骤4，计算目的区域dst_area＝(dst_lat.dst_lon&dst_lat_mask.dst_lon_mask)；

步骤5，遍历每条路由表项，根据表项中的路由地理域route_entry和掩码route_entry_mask计算得到目的区域route_area＝route_entry&route_entry_mask，若

则复制报文并修改报文目的地理空间标识，使之与route_net和route_mask一致，并从相应的出口out_interface转发出去；

步骤6，如果遍历完整个路由表地理域掩码匹配不成功，则按照路由表项最长掩码进行匹配，即当

时且掩码最长时，将报文从该表项对应的出口out_interface转发出去。

5.一种基于地理空间标识的路由寻址系统，其特征在于，包括：

地理空间标识定义单元，用于利用IPv4报文的可选项对地理空间标识进行定义，以识别地理空间标识报文，具体包括：所述IPv4报文的可选项格式包括1字节的type、1字节的len和变长的data；将type字段取值为255，表示该报文为非IP的标识类型，len字段取值为4，data字段定为2字节，取值为0时表示地理空间标识，那么该报文为地理空间标识报文；

地理空间标识格式定义单元，用于定义地理空间标识格式，格式如下：以32比特IP地址表示地理空间，其中设备类型占1比特，纬度占12比特，经度占12比特，高度占5比特，设备标识占2比特；当设备类型为0时表示主机，设备类型为1时表示其他设备；

地理空间标识注册单元，用于将DHCP的option字段扩展为地理空间位置信息，定义支持地理空间位置信息的DHCP数据格式，利用IP协议栈中的DHCP机制来完成地理空间标识的注册；DHCP数据格式如下：信息类型占1字节，长度占1字节，纬度占3字节，经度占3字节，高度占1字节；当信息类型为62时，表示地理空间位置信息，其中长度是纬度、经度和高度占用的字节总数；

地理空间标识报文的路由寻址单元，用于通过地理空间标识解析和查表，将地理空间标识报文转发到指定的地理区域。

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