CN115150319B - 一种基于分布式控制的星简地繁组播路由方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种基于分布式控制的星简地繁组播路由方法，属于卫星通信领域。本发明通过组播路由控制与组播数据转发分离、基于定长短标签的星上组播数据快速转发、基于单播路由的星间组播转发路径分布式计算、卫星组播协议报文跨星广播扩散等设计，来实现天基宽带传输网中星地协同的IP组播路由体制，解决星上处理资源受限条件下，大规模用户终端多协议组播业务应用难题。本发明可应用于具有星上交换、星间互连的卫星通信场景中，能够有效简化星上组播协议处理和组播业务转发流程，同时达到卫星组播路由地面分布式控制以及多组播协议共存的目的。

Description

一种基于分布式控制的星简地繁组播路由方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，特别是指一种基于分布式控制的星简地繁组播路由方法，可用于天基宽带传输网中实现星地协同的IP组播路由体制，解决星上处理资源受限条件下，大规模用户终端多协议组播业务应用难题。
背景技术
天基宽带传输网本身具有全球无缝覆盖、宽带高速传输以及易于实现广播等特性，使其成为IP组播业务的理想载体。利用卫星组播技术，组播源终端节点只需产生并发送一份数据流，经过组播树中卫星节点的复制和转发，将数据流传送到多个接收者终端节点，可有效地节省卫星链路带宽。
天基宽带传输网络与地面网络有很大的不同，这使得地面IP组播技术不能直接应用在天基宽带传输网络中。在基于星上处理的天基宽带传输网中，单星下的终端节点数量可达数千个，星载硬件计算处理能力无法满足组播路由协议处理的要求。此外，地面网络中的路由器通常仅能启用一种组播协议，不支持多种组播协议共存，难以满足天基宽带传输网中不同用户使用不同组播协议、以及不同组播域间相互隔离的需求。
发明内容
有鉴于此，本发明提出一种基于分布式控制的星简地繁组播路由方法，可用于天基宽带传输网络中实现星地协同的IP组播路由体制，解决星上处理资源受限条件下，大规模用户终端多协议组播业务应用难题。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种基于分布式控制的星简地繁组播路由方法，应用于天基宽带传输网络，天基宽带传输网络包括卫星节点和终端节点，终端节点包括接收者终端节点和组播源终端节点；具体包括以下步骤：
步骤A、卫星节点运行卫星单播路由协议，路由收敛后获取星间链路状态信息并生成基于卫星ID的单播标签转发表；终端节点运行卫星单播路由协议，路由收敛后生成基于终端ID的单播标签映射表；其中，单播标签转发表包括单播标签和转发端口信息，单播标签映射表包括终端ID和单播标签信息；
步骤B、终端节点运行卫星组播路由协议，周期性发送卫星组播握手报文；卫星节点接收到卫星组播握手报文后，向本星的对地端口进行广播，同时基于单播标签转发表复制多份发送给天基宽带传输网的其他卫星节点；其他卫星节点接收到卫星组播握手报文后，向本星的对地端口进行广播；终端节点接收到卫星组播握手报文后，维护同一组播域的组播邻居关系；
步骤C、接收者终端节点检测到组播成员后，生成卫星组播加入报文，并封装组播源终端节点的单播标签和终端ID信息，发送给卫星节点；卫星节点接收到卫星组播加入报文后，根据单播标签查找单播标签转发表，获取相应的转发端口，逐跳转发给组播源终端节点；组播源终端节点接收到卫星组播加入报文后，生成或更新下游组播接收列表；其中下游组播接收列表包含接收者终端ID；
步骤D、组播源终端节点根据卫星组播加入报文中的组播组IP地址，查询组播标签映射表，若不存在相应表项，则建立对应组播组的组播标签映射表，并通过查询当前卫星节点获取星间链路状态信息，计算生成以当前卫星节点为根节点的最短路径树，再根据下游组播接收列表信息，生成卫星节点的组播标签转发表，上注给各个卫星节点；若存在相应表项，则根据下游组播接收列表信息，更新卫星节点的组播标签转发表，上注给各个卫星节点；其中，组播标签转发表包含组播标签和转发端口信息；组播标签映射表包含组播组IP地址和组播标签信息；
步骤E、组播业务通信流程：组播源终端节点接收到IP组播业务数据后，根据IP组播地址查找组播标签映射表，获取组播业务流的组播标签信息，并将组播业务数据封装组播标签，发送给卫星节点；卫星节点根据组播标签查找组播标签转发表，获取相应转发端口，逐跳转发至接收者终端节点；接收者终端节点从星地链路接收到组播业务数据，恢复原始的IP组播业务数据，转发给业务终端；
步骤F、接收者终端节点检测不到组播成员后，生成卫星组播剪枝报文，封装组播源终端节点的单播标签和终端ID信息，发送给卫星节点；卫星节点接收到卫星组播剪枝报文后，根据单播标签查找单播标签转发表，获取相应的转发端口，逐跳转发给组播源终端节点；组播源终端节点接收到卫星组播剪枝报文后，更新下游组播接收列表；
步骤G、组播源终端节点更新下游组播接收列表后，若组播下游接收列表非空，则根据组播下游接收列表信息，更新卫星节点的组播标签转发表，上注给各个卫星节点；若组播下游接收列表为空，则删除对应组播组的组播标签映射表和卫星节点的组播标签转发表，停止转发组播组业务。
进一步的，所述步骤A中，单播标签由卫星ID和端口ID组成。
进一步的，所述步骤B中，根据用户应用需求，若干个终端节点组成一个组播域，运行同一模式的卫星组播路由协议；终端节点接收到其他组播域终端节点的卫星组播报文后直接丢弃，实现多个组播域的相互隔离。
进一步的，所述步骤C中，接收者终端节点生成卫星组播加入报文后，根据卫星组播加入报文中的上游邻居IP地址，查找单播标签映射表，获取组播源终端节点的单播标签和终端ID信息。
进一步的，所述步骤D中，组播标签由终端ID和组播流ID组成。
进一步的，所述步骤F中，接收者终端节点生成卫星组播剪枝报文后，根据卫星组播剪枝报文中的上游邻居IP地址，查找单播标签映射表，获取组播源终端节点的单播标签和终端ID信息。
本发明与背景技术相比具有如下有益效果：
1、本发明可实现卫星节点不参与终端节点之间的组播协议报文处理，减轻卫星节点处理终端组播路由的压力。
2、本发明可实现天基宽带传输网支持多种组播协议的共存和不同组播域的隔离，提高了用户组播应用的灵活性。
3、本发明可实现各个组播源终端节点分布式控制星上组播转发表，提高了天基宽带传输网组播应用的可靠性和抗毁性。
附图说明
图1 是本发明的应用场景示意图；
图2 是本发明实施例中组播源终端节点处理流程；
图3 是本发明实施例中接收者终端节点处理流程。
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的详细说明。
图1所示为一种基于分布式控制的星简地繁组播路由应用场景，其中，卫星节点不参与组播路由协议处理，仅完成组播协议报文跨星广播扩散和组播业务报文的标签转发；终端节点运行卫星组播路由协议，维护下游组播接收者状态，生成组播标签转发表，上注给卫星节点；生成组播标签映射表，完成组播业务报文组播标签的封装。
如图2、3所示，该方法具体包括以下步骤：
步骤A、卫星节点运行卫星单播路由协议，路由收敛后获取星间链路状态信息并生成基于卫星ID的单播标签转发表；终端节点运行卫星单播路由协议，路由收敛后生成基于终端ID的单播标签映射表；其中，单播标签转发表包括单播标签和转发端口信息，单播标签映射表包括终端ID和单播标签信息；
其中，单播标签由卫星ID和端口ID组成。
步骤B、终端节点运行卫星组播路由协议，周期性发送卫星组播握手报文；卫星节点接收到卫星组播握手报文后，向本星的对地端口进行广播，同时基于单播标签转发表复制多份发送给天基宽带传输网的其他卫星节点；其他卫星节点接收到卫星组播握手报文后，向本星的对地端口进行广播；终端节点接收到卫星组播握手报文后，维护同一组播域的组播邻居关系；
其中，根据用户应用需求，若干个终端节点组成一个组播域，运行同一模式的卫星组播路由协议；终端节点接收到其他组播域终端节点的卫星组播报文后直接丢弃，实现多个组播域的相互隔离。
步骤C、接收者终端节点检测到组播成员后，生成卫星组播加入报文，并封装组播源终端节点的单播标签和终端ID信息，发送给卫星节点；卫星节点接收到卫星组播加入报文后，根据单播标签查找单播标签转发表，获取相应的转发端口，逐跳转发给组播源终端节点；组播源终端节点接收到卫星组播加入报文后，生成或更新下游组播接收列表；其中下游组播接收列表包含接收者终端ID；
其中，接收者终端节点生成卫星组播加入报文后，根据该报文中的上游邻居IP地址，查找单播标签映射表，获取组播源终端节点的单播标签和终端ID信息。
步骤D、组播源终端节点根据卫星组播加入报文中的组播组IP地址，查询组播标签映射表，若不存在相应表项，则建立该组播组的组播标签映射表，并通过查询当前卫星节点获取星间链路状态信息，计算生成以当前卫星节点为根节点的最短路径树，再根据下游组播接收列表信息，生成卫星节点的组播标签转发表，上注给各个卫星节点；若存在相应表项，则根据下游组播接收列表信息，更新卫星节点的组播标签转发表，上注给各个卫星节点；其中，组播标签转发表包含组播标签和转发端口信息；组播标签映射表包含组播组IP地址和组播标签信息；
其中，组播标签由终端ID和组播流ID组成。
步骤E、组播业务通信流程：组播源终端节点接收到IP组播业务数据后，根据IP组播地址查找组播标签映射表，获取组播业务流的组播标签信息，并将组播业务数据封装组播标签，发送给卫星节点；卫星节点根据组播标签查找组播标签转发表，获取相应转发端口，逐跳转发至接收者终端节点；接收者终端节点从星地链路接收到组播业务数据，恢复原始的IP组播业务数据，转发给业务终端。
步骤F、接收者终端节点检测不到组播成员后，生成卫星组播剪枝报文，封装组播源终端节点的单播标签和终端ID信息，发送给卫星节点；卫星节点接收到卫星组播剪枝报文后，根据单播标签查找单播标签转发表，获取相应的转发端口，逐跳转发给组播源终端节点；组播源终端节点接收到卫星组播剪枝报文后，更新下游组播接收列表；
其中，接收者终端节点生成卫星组播剪枝报文后，根据该报文中的上游邻居IP地址，查找单播标签映射表，获取组播源终端节点的单播标签和终端ID信息。
步骤G、组播源终端节点更新下游组播接收列表后，若组播下游接收列表非空，则根据组播下游接收列表信息，更新卫星节点的组播标签转发表，上注给各个卫星节点；若组播下游接收列表为空，则删除该组播组的组播标签映射表和卫星节点的组播标签转发表，停止转发组播组业务。
本发明通过组播路由控制与组播数据转发分离、基于定长短标签的星上组播数据快速转发、基于单播路由的星间组播转发路径分布式计算、卫星组播协议报文跨星广播扩散等设计，来实现天基宽带传输网中星地协同的IP组播路由体制，解决星上处理资源受限条件下，大规模用户终端多协议组播业务应用难题。
总之，本发明独创了一种基于分布式控制的星简地繁组播路由方法，可应用于具有星上交换、星间互连的卫星通信场景中，能够有效简化星上组播协议处理和组播业务转发流程，同时达到卫星组播路由地面分布式控制以及多组播协议共存的目的。
最后应该说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可对前述实施例的技术方案进行修改，或对其他部分技术特征进行等同替换，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 (7)

1.一种基于分布式控制的星简地繁组播路由方法，其特征在于，应用于天基宽带传输网络，天基宽带传输网络包括卫星节点和终端节点，终端节点包括接收者终端节点和组播源终端节点；具体包括以下步骤：
步骤A、卫星节点运行卫星单播路由协议，路由收敛后获取星间链路状态信息并生成基于卫星ID的单播标签转发表；终端节点运行卫星单播路由协议，路由收敛后生成基于终端ID的单播标签映射表；其中，单播标签转发表包括单播标签和转发端口信息，单播标签映射表包括终端ID和单播标签；
步骤B、终端节点运行卫星组播路由协议，周期性发送卫星组播握手报文；卫星节点接收到卫星组播握手报文后，向本星的对地端口进行广播，同时基于单播标签转发表复制多份发送给天基宽带传输网的其他卫星节点；其他卫星节点接收到卫星组播握手报文后，向本星的对地端口进行广播；终端节点接收到卫星组播握手报文后，维护同一组播域的组播邻居关系；
步骤C、接收者终端节点检测到组播成员后，生成卫星组播加入报文，并封装组播源终端节点的单播标签和终端ID信息，发送给卫星节点；卫星节点接收到卫星组播加入报文后，根据单播标签查找单播标签转发表，获取相应的转发端口，逐跳转发给组播源终端节点；组播源终端节点接收到卫星组播加入报文后，生成或更新下游组播接收列表；其中下游组播接收列表包含接收者终端ID；
步骤D、组播源终端节点根据卫星组播加入报文中的组播组IP地址，查询组播标签映射表，若不存在相应表项，则建立对应组播组的组播标签映射表，并通过查询当前卫星节点获取星间链路状态信息，计算生成以当前卫星节点为根节点的最短路径树，再根据下游组播接收列表信息，生成卫星节点的组播标签转发表，上注给各个卫星节点；若存在相应表项，则根据下游组播接收列表信息，更新卫星节点的组播标签转发表，上注给各个卫星节点；其中，组播标签转发表包含组播标签和转发端口信息；组播标签映射表包含组播组IP地址和组播标签；
步骤E、组播业务通信流程：组播源终端节点接收到IP组播业务数据后，根据IP组播地址查找组播标签映射表，获取组播业务流的组播标签信息，并将组播业务数据封装组播标签，发送给卫星节点；卫星节点根据组播标签查找组播标签转发表，获取相应转发端口，逐跳转发至接收者终端节点；接收者终端节点从星地链路接收到组播业务数据，恢复原始的IP组播业务数据，转发给业务终端。
2.根据权利要求1所述的一种基于分布式控制的星简地繁组播路由方法，其特征在于，还包括以下步骤：
步骤F、接收者终端节点检测不到组播成员后，生成卫星组播剪枝报文，封装组播源终端节点的单播标签和终端ID信息，发送给卫星节点；卫星节点接收到卫星组播剪枝报文后，根据单播标签查找单播标签转发表，获取相应的转发端口，逐跳转发给组播源终端节点；组播源终端节点接收到卫星组播剪枝报文后，更新下游组播接收列表；
步骤G、组播源终端节点更新下游组播接收列表后，若组播下游接收列表非空，则根据组播下游接收列表信息，更新卫星节点的组播标签转发表，上注给各个卫星节点；若组播下游接收列表为空，则删除对应组播组的组播标签映射表和卫星节点的组播标签转发表，停止转发组播组业务。
3.根据权利要求1所述的一种基于分布式控制的星简地繁组播路由方法，其特征在于，所述步骤A中，单播标签由卫星ID和端口ID组成。
4.根据权利要求1所述的一种基于分布式控制的星简地繁组播路由方法，其特征在于，所述步骤B中，根据用户应用需求，若干个终端节点组成一个组播域，运行同一模式的卫星组播路由协议；终端节点接收到其他组播域终端节点的卫星组播报文后直接丢弃，实现多个组播域的相互隔离。
5.根据权利要求1所述的一种基于分布式控制的星简地繁组播路由方法，其特征在于，所述步骤C中，接收者终端节点生成卫星组播加入报文后，根据卫星组播加入报文中的上游邻居IP地址，查找单播标签映射表，获取组播源终端节点的单播标签和终端ID信息。
6.根据权利要求1所述的一种基于分布式控制的星简地繁组播路由方法，其特征在于，所述步骤D中，组播标签由终端ID和组播流ID组成。
7.根据权利要求2所述的一种基于分布式控制的星简地繁组播路由方法，其特征在于，所述步骤F中，接收者终端节点生成卫星组播剪枝报文后，根据卫星组播剪枝报文中的上游邻居IP地址，查找单播标签映射表，获取组播源终端节点的单播标签和终端ID信息。
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