CN115694608B - 一种卫星网络管理方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种卫星网络管理方法，包括：搭建网络系统架构以建立卫星网络管理系统；建立所述卫星网络管理系统与所述卫星网络设备之间的通信连接；所述卫星网络管理系统收集卫星网络信息，并保存在数据库中；所述卫星网络管理系统根据收集的卫星网络信息发送管理消息报文至所述卫星网络设备；所述卫星网络设备处理所述管理请求报文，并发送响应消息报文至所述卫星网络管理系统；所述卫星网络管理系统根据接收的响应消息报文对卫星网络设备进行业务管理。本发明即使在链路质量较差的卫星通信网络状况下，也能够在卫星网络管控中心和卫星网络设备之间可靠、高效的传输网管控制和配置指令，并且能够快速收集卫星网络设备的状态信息和告警信息。

Description

一种卫星网络管理方法

技术领域

本发明涉及宽带卫星通信系统领域。更具体地，涉及一种卫星网络管理方法。

背景技术

在任何网络的建设中，使网络具有最高效率和可靠工作的网络管理都是首要解决的问题，对于复杂而庞大的卫星网络系统尤甚。宽带卫星通信系统的网络管理系统，与地面的计算机网络管理系统以及卫星的地面监控系统不同，它是所有互联网数据利用卫星进行传输的管理系统。然而，宽带卫星通信系统特有的网元和运行特性以及星间互联趋势却给卫星网络管理技术带来了新的挑战，成为网络管理的难点。为了使宽带卫星系统达到髙效运行、相对自主，并保证可靠传输和信息安全，靠目前的网管技术是难以完成的。

简单网络管理协议SNMP协议是最著名的网络管理协议，它被广泛应用于数据网络领域以及用于监控应用。虽然SNMP协议可以通过set操作进行配置，但是却很少用于配置管理，大多数设备都禁用了SNMP SET的功能。其原因是多方面的：一方面存在建立配置数据模型的缺陷，例如不允许创建和删除行，不支持复杂的表结构等；另一方面SNMP操作在UDP上进行，限制了最大报文的大小，无法进行大规模的配置处理；SNMP没有定义对于配置错误的响应处理；另外SNMP协议没有一种标准的安全方法而是使用协议特定的安全机制，这样使得开发和使用都比较复杂和繁琐。

发明内容

本发明的目的在于提供一种卫星网络管理方法。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种卫星网络管理方法，用于实现卫星网络管理系统对卫星网络设备的管理，该方法包括：

搭建网络系统架构以建立卫星网络管理系统；

建立所述卫星网络管理系统与所述卫星网络设备之间的通信连接；

所述卫星网络管理系统收集卫星网络信息，并保存在数据库中；

所述卫星网络管理系统根据收集的卫星网络信息发送管理消息报文至所述卫星网络设备；

所述卫星网络设备处理所述管理请求报文，并发送响应消息报文至所述卫星网络管理系统；

所述卫星网络管理系统根据接收的响应消息报文对卫星网络设备进行业务管理。

优选地，收集的卫星网络信息包括：配置信息、状态信息和告警信息；

所述进行业务管理包括：

根据收集的配置信息和用户请求对卫星网络设备配置信息更新，

根据收集的状态信息，分析、统计和记录卫星网络运行状态，

根据收集的告警信息，定位产生告警卫星网络设备的物理位置。

优选地，所述卫星网络管理系统包括：网络控制中心、网管服务中心、网管节点，

所述网络控制中心、网管节点和卫星网络设备之间采用TCP协议并使用SSH、TLS作为安全协议建立通信路径；

所述网管节点包括：网关网管节点、卫星网管节点和终端网管节点。

优选地，所述根据收集的配置信息和用户请求对卫星网络设备配置信息更新，进一步包括，所述网络控制中心基于远程过程调用的通信模型，封装用户请求，发送给卫星网络设备使得配置信息的更新实现，配置信息更新包括：修改配置信息、添加配置信息或删除配置信息。

优选地，所述根据收集的卫星网络配置信息和用户请求对卫星网络设备修改配置信息，进一步包括，所述卫卫星网络设备完成配置更新后，通过网管节点将配置响应发送给网络控制中心，用户通过网络控制中心实时观测配置信息生效的情况。

优选地，当卫星网络控制中心收到修改配置信息失败响应后，卫星网络控制中心将不修改卫星网络设备的配置信息，并把上一次收集到配置信息，发送给所述卫星网络设备。

优选地，所述根据收集的卫星网络设备告警信息，定位产生告警卫星网络设备的物理位置，进一步包括：所述卫星网络设备包括IP网关、卫星网关、卫星和卫星终端；所述网管服务中心根据来自卫星网络设备注册请求为卫星网络设备分配网管节点地址，IP网关和卫星网关将其产生的告警信息发送给网关网管节点，卫星将其产生的告警信息发送给卫星网管节点，卫星终端将其产生的告警信息发送给终端网管节点；网关网管节点、卫星网管节点和终端网管节点将汇集的IP网关、卫星网关、卫星和终端的告警信息发送给所述网络控制中心，所述网络控制中心通过卫星网络设备所属网管节点定位产生告警卫星网络设备的物理位置。

优选地，所述根据收集的状态信息，分析、统计和记录卫星网络运行状态，进一步包括：

IP网关和卫星网关将其产生的网络状态信息发送给网关网管节点，卫星将其产生的网络状态信息发送给卫星网管节点，卫星终端将其产生的网络状态信息发送给终端网管节点，网关网管节点、卫星网管节点和终端网管节点将汇集的IP网关、卫星网关、卫星和终端的网络状态信息发送给所述网络控制中心，所述网络控制中心分析、统计和记录卫星网络运行状态监测卫星网络设备的性能。

优选地，修改配置信息时，对卫星网络设备所属的数据库加锁，在配置完成后对其解锁。

优选地，所述状态信息和告警信息基于UDP的轻量级卫星网管上报协议，通过UDP净荷内部定义的上报协议头部字段区分不同的卫星网络设备和卫星网络设备内部模块，使用设备ID和事件ID作为上报信息的模块索引，使得状态信息为csv格式，告警信息为json格式。

本发明的有益效果如下：

针对当下卫星通信网络卫星链路不稳定、星上资源有限、高时延、异构以及动态拓扑等情况，本文提出适应于高低轨融合卫星网络的基于可靠性传输的卫星网络网管配置协议和基于UDP的轻量级卫星网络上报管理协议。即使在链路质量较差的卫星通信网络状况下，也能够在卫星网络管控中心和卫星网络设备之间可靠、高效的传输网管控制和配置指令，并且能够快速收集卫星网络设备的状态信息和告警采集信息，为信息查询、参数配置、控制下发、测量统计、告警等网络管理操作提供了有力支撑，并提高卫星网络资源的利用率。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出本发明卫星网络管理方法流程图。

图2示出本发明一个实施例配置信息管理示意图。

图3示出本发明一个实施例配置信息管理协议栈示意图。

图4示出本发明一个实施例上报信息管理示意图。

图5示出本发明一个实施例上报协议报文格式示意图。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图1-对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

一种卫星网络管理方法，用于实现卫星网络管理系统对卫星网络设备的管理，该方法包括：

搭建网络系统架构以建立卫星网络管理系统；

建立所述卫星网络管理系统与所述卫星网络设备之间的通信连接；

所述卫星网络管理系统收集卫星网络信息，并保存在数据库中；

所述卫星网络管理系统根据收集的卫星网络信息发送管理消息报文至所述卫星网络设备；

所述卫星网络设备处理所述管理请求报文，并发送响应消息报文至所述卫星网络管理系统；

所述卫星网络管理系统根据接收的响应消息报文对卫星网络设备进行业务管理。

优选地，收集的卫星网络信息包括：配置信息、状态信息和告警信息；

所述进行业务管理包括：

根据收集的配置信息和用户请求对卫星网络设备配置信息更新，

根据收集的状态信息，分析、统计和记录卫星网络运行状态，

根据收集的告警信息，定位产生告警卫星网络设备的物理位置。

优选地，所述卫星网络管理系统包括：网络控制中心、网管服务中心、网管节点，网络控制中心、网管节点和卫星网络设备之间采用TCP协议并使用SSH、TLS作为安全协议建立通信路径；

所述网管节点包括：网关网管节点、卫星网管节点和终端网管节点。

优选地，所述根据收集的配置信息和用户请求对卫星网络设备配置信息更新，进一步包括，所述网络控制中心基于远程过程调用的通信模型，封装用户请求，发送给卫星网络设备使得配置信息的更新实现，配置信息更新包括：修改配置信息、添加配置信息或删除配置信息。

优选地，所述根据收集的卫星网络配置信息和用户请求对卫星网络设备修改配置信息，进一步包括，所述卫星网络设备完成配置更新后，通过网管节点将配置响应发送给网络控制中心，用户通过网络控制中心实时观测配置信息生效的情况。

优选地，当卫星网络控制中心收到修改配置信息失败响应后，卫星网络控制中心将不修改卫星网络设备的配置信息，并把上一次收集到配置信息，发送给所述卫星网络设备。

优选地，所述根据收集的卫星网络设备告警信息，定位产生告警卫星网络设备的物理位置，进一步包括：所述卫星网络设备包括IP网关、卫星网关、卫星和卫星终端；所述网管服务中心根据来自卫星网络设备注册请求为卫星网络设备分配网管节点地址，IP网关和卫星网关将其产生的告警信息发送给网关网管节点，卫星将其产生的告警信息发送给卫星网管节点，卫星终端将其产生的告警信息发送给终端网管节点；网关网管节点、卫星网管节点和终端网管节点将汇集的IP网关、卫星网关、卫星和终端的告警信息发送给所述网络控制中心，所述网络控制中心通过卫星网络设备所属网管节点定位产生告警卫星网络设备的物理位置。

优选地，所述根据收集的状态信息，分析、统计和记录卫星网络运行状态，进一步包括：

IP网关和卫星网关将其产生的网络状态信息发送给网关网管节点，卫星将其产生的网络状态信息发送给卫星网管节点，卫星终端将其产生的网络状态信息发送给终端网管节点，网关网管节点、卫星网管节点和终端网管节点将汇集的IP网关、卫星网关、卫星和终端的网络状态信息发送给所述网络控制中心，所述网络控制中心分析、统计和记录卫星网络运行状态监测卫星网络设备的性能。

优选地，修改配置信息时，对卫星网络设备所属的数据库加锁，在配置完成后对其解锁。

优选地，所述状态信息和告警信息基于UDP的轻量级卫星网管上报协议，通过UDP净荷内部定义的上报协议头部字段区分不同的卫星网络设备和卫星网络设备内部模块，使用设备ID和事件ID作为上报信息的模块索引，使得状态信息为csv格式，告警信息为json格式。

本发明将卫星网管中的控制配置类消息和测量统计类消息区分对待，控制配置类消息可靠、安全地下达到卫星网络设备；而测量统计和告警采集类消息则是采用基于UDP的轻量级卫星网络上报管理协议进行单向传输从卫星网络设备端以一定的频度进行上报，即便由于链路条件较差丢失一部分消息也不会影响大时间尺度积累的数据，节省卫星空口资源。

配置信息管理是设置卫星网络使其能够提供服务的基础。一般来说，它也是卫星网络设备管理的核心。如果没有有效的配置管理，将很难追踪和修改在卫星网络中实际部署的设备和内容。不仅如此，其他的管理功能也依赖于配置管理。例如，在故障管理中，如果不能准确了解卫星网络的配置，则许多卫星网络连接问题无法正确诊断。配置管理的核心是用于配置被管资源的活动和操作，主要是指从卫星网络获取数据，并使用这些数据对所有卫星网络设备的配置进行管理的过程。

配置管理一般包括以下步骤：

收集当前卫星网络配置信息或所需的配置信息。只有得到配置信息，管理人员才能迅速地发现配置错误并修复网络故障。

修改卫星网络设备的配置。管理人员可以通过配置管理工具对卫星网络设备的配置进行快速远程的修改，并且修改过程中能够保证现有卫星网络设备运行的稳定和配置数据的一致性。

保存数据，维护所有网络单元的最新设备清单。卫星网络的环境在不断变化，只有了解卫星网络设备的最新配置情况，管理人员才能随时了解卫星网络的情况

卫星网络设备中的数据可以分为两大类：一类是配置数据，指的是卫星网络设备启动所需的初始化配置的数据，使卫星网络设备能够正常的转换到运行状态。这类数据就是卫星网络配置管理协议操作处理的重点。卫星网络配置管理协议将配置数据的位置进行逻辑统一，运行时的配置数据保存在运行数据库中。如果设备支持启动配置能力，则还将数据保存在启动数据库中。另一类是状态数据，状态数据区分于配置数据，包含只读的状态信息。这类数据是监控管理的重点。为了区分这两类数据，便于更有效的进行配置，卫星网络配置管理协议定义了两个取值操作获取数据和获取配置数据。获取数据操作可以用于获取状态数据和运行数据库中的配置数据。获取配置数据操作用来获取卫星网络设备中某个指定数据库的配置数据。

如果配置操作过程出错，出错回滚选项能够使得修改配置数据操作过程失败后能够回滚到原来的状态。能力通过修改和一操作，采用该选项能更好地实现配置数据的一致性和正确性。在配置操作时，为了确保配置数据的一致性，需要首先对对应的数据库进行加锁操作，在配置完成后然后对其解锁。

本发明基于RPC，增加了事务支持，配置下发失败自动回滚。优化查询功能，增加过滤查询方式，更好的将配置和状态数据解耦，并区分设备不同时刻的配置数据。易使用，拓展性强，结合提供的接口实现可编程性的网络操作，安全性更好。更能够保证卫星网管中心对设备管理的可靠性和安全性。

如图2所示，具体的一个实施例，网管页面通过HTTP协议将操作人员修改的配置内容下发给网络控制中心，网络控制中心通过与网管节点之间的RESTCONF协议将配置下发到网管节点(网关网管节点或卫星网管节点或终端网管节点)，由网管节点通过卫星网络配置管理协议可靠传送给卫星网络设备。卫星网络设备完成配置内容的更新后，通过卫星网络配置管理协议向网管节点发送配置响应，网管节点通过与网络控制中心之间的RESTCONF协议将配置响应发送给网管节点，网络控制中心通过HTTP协议将配置响应反馈给网管页面，操作人员可实时看到下发的配置生效情况。

本发明所述的卫星配置管理，能够确保从网络控制下发的配置消息正确地传递到卫星网络设备上，可以实现从网管页面到卫星网络设备的“实时配置”和“即时生效”。

如图3所示，本发明提供网络控制中心对卫星网络设备的配置消息协议栈：

底层传输层采用TCP协议，并且建议使用SSH、TLS作为安全协议，主要用于在网络控制中心和卫星网络设备之间建立通信路径，做到面向连接、安全可靠，弥补SNMP协议的安全缺陷。

传输层之上基于远程过程调用的通信模型，提供了一种简单的、不依赖于传输的请求和响应机制，用于封装操作请求消息，并通过一个安全、面向连接的会话将请求发送给卫星网络设备。而卫星网络设备封装该请求的响应消息后，将此响应消息发送给请求方。

操作层定义了一系列诸如获取配置、修改配置(增、改)、删除配置等基本操作，这些操作可以被远程过程调用层所调用，并且能够通过自定义新的能力来提供新的操作功能。这也丰富了配置管理的功能和提高了自动化配置的效率，同时也提高了配置数据的安全性和一致性。

在操作层之上则为具体的以XML或JSON格式的配置数据内容，也就是对卫星网络设备进行配置管理的具体内容。

具体的一个实施例，卫星网络上报管理包含两个方面，测量统计上报和告警信息上报。

测量统计是卫星网络管理系统通过采集、分析卫星网络设备的性能数据，监测卫星网络设备的性能。同时，统计并记录卫星网络运行状态信息，对卫星网络的使用发展作出评测、估计，为卫星网络进一步规划与调整提供依据。

告警采集是网络控制中心从卫星网络设备实时采集的告警经过信息统一、映射、过滤，实时显示到卫星网络管理系统中，并能够定位告警的卫星网络设备的物理位置，帮助维护人员对卫星网络的运行情况进行跟踪、判断、处理。

如图4所示，所述卫星网络设备包括IP网关、卫星网关、卫星和卫星终端；所述网管服务中心根据来自卫星网络设备注册请求为卫星网络设备分配网管节点地址，IP网关和卫星网关将其产生的告警信息发送给网关网管节点，卫星将其产生的告警信息发送给卫星网管节点，卫星终端将其产生的告警信息发送给终端网管节点；网关网管节点、卫星网管节点和终端网管节点将汇集的IP网关、卫星网关、卫星和终端的告警信息发送给所述网络控制中心，所述网络控制中心通过卫星网络设备所属网管节点定位产生告警卫星网络设备的物理位置。

本发明基于UDP的轻量级卫星网管上报协议，能够满足宽带卫星通信系统中的所有测量统计和告警消息的实时上报，避免因链路不稳定导致的大量重传，浪费带宽和资源。

具体的一个实施例，上报信息基于UDP的轻量级卫星网管上报协议通过自定义端口号来识别协议类型，通过UDP净荷内部定义的上报协议头部字段来区分不同的卫星网络设备和设备内部模块，使用设备ID和事件ID作为上报信息的模块索引，携带的具体上报消息内容则为csv格式或json格式，测量统计数据使用csv格式，告警数据则使用json格式。

本发明卫星网络上报信息管理采用UDP的轻量级卫星网管上报协议，由于其轻量、简单的协议特性，可以实现将数量众多卫星网络设备的测量统计和告警消息按不同网管节点快速收集分类。

如图5所示，基于UDP轻量级卫星网络上报管理协议中通过1bit标志位实现同一个卫星网络设备不同应用的测量统计上报消息合并，通过多条消息合并从而减少卫星空口资源分配频次，提高卫星空口资源的利用效率。

网元类型：网元类型标志位，占4bits。

版本号：版本号，占4bits，目前版本是1。

设备ID：网元ID、终端ID或卫星ID，占32bits。

N：是否包含下一个可选扩展头，取0表示不存在。

消息类型：消息类型，占4bits，总计可以定义32个消息，代表消息大类。目前定义的网管代理上报消息类型如表1。

操作码：操作类型，占3bits。目前定义的OPCODE类型如表2。

消息/事件ID：消息/事件ID号，占8bits。

消息长度：指示其后跟随的Message Body总长度(以字节计数)，占16bits。

消息体：消息体，不同消息类型具有不同的消息体定义，目前使用csv格式，由应用自行定义。

表1定义的网管代理上报消息类型

表2定义的OPCODE类型

OPCODE类型	消息定义	MessageType取值
			1	测量统计周期性上报	2
2	测量统计Manager主动请求	2
			3	测量统计实时上报	2

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。

Claims (7)

1.一种卫星网络管理方法，其特征在于，该方法包括：

搭建网络系统架构以建立卫星网络管理系统；

建立所述卫星网络管理系统与卫星网络设备之间的通信连接；

所述卫星网络管理系统收集卫星网络信息，并保存在数据库中；

所述卫星网络管理系统根据收集的卫星网络信息发送管理请求报文至所述卫星网络设备；

所述卫星网络设备处理所述管理请求报文，并发送响应消息报文至所述卫星网络管理系统；

所述卫星网络管理系统根据接收的响应消息报文对卫星网络设备进行业务管理；

所述收集的卫星网络信息包括：配置信息、状态信息和告警信息；

所述进行业务管理包括：

根据收集的配置信息和用户请求对卫星网络设备配置信息更新，

根据收集的状态信息，分析、统计和记录卫星网络运行状态，

根据收集的告警信息，定位产生告警卫星网络设备的物理位置；

所述卫星网络管理系统包括网络控制中心、网管服务中心和网管节点，

所述网管节点包括网关网管节点、卫星网管节点和终端网管节点；

所述根据收集的状态信息，分析、统计和记录卫星网络运行状态，进一步包括：

IP网关和卫星网关将其产生的网络状态信息发送给网关网管节点，卫星将其产生的网络状态信息发送给卫星网管节点，卫星终端将其产生的网络状态信息发送给终端网管节点，网关网管节点、卫星网管节点和终端网管节点将汇集的IP网关、卫星网关、卫星和终端的网络状态信息发送给所述网络控制中心，所述网络控制中心分析、统计和记录卫星网络运行状态监测卫星网络设备的性能；

所述根据收集的卫星网络设备告警信息，定位产生告警卫星网络设备的物理位置，进一步包括：所述卫星网络设备包括IP网关、卫星网关、卫星和卫星终端；所述网管服务中心根据来自卫星网络设备注册请求为卫星网络设备分配网管节点地址，IP网关和卫星网关将其产生的告警信息发送给网关网管节点，卫星将其产生的告警信息发送给卫星网管节点，卫星终端将其产生的告警信息发送给终端网管节点；网关网管节点、卫星网管节点和终端网管节点将汇集的IP网关、卫星网关、卫星和终端的告警信息发送给所述网络控制中心，所述网络控制中心通过卫星网络设备所属网管节点定位产生告警卫星网络设备的物理位置。

2.根据权利要求1所述的卫星网络管理方法，其特征在于，

所述网络控制中心、网管节点和卫星网络设备之间采用TCP协议并使用SSH、TLS作为安全协议建立通信路径。

3.根据权利要求1所述的卫星网络管理方法，其特征在于，所述根据收集的配置信息和用户请求对卫星网络设备配置信息更新，进一步包括，所述网络控制中心基于远程过程调用的通信模型，封装用户请求，发送给卫星网络设备使得配置信息的更新实现，配置信息更新包括：修改配置信息、添加配置信息或删除配置信息。

4.根据权利要求1所述的卫星网络管理方法，其特征在于，所述根据收集的卫星网络配置信息和用户请求对卫星网络设备修改配置信息，进一步包括，所述卫星网络设备完成配置更新后，通过网管节点将配置响应发送给网络控制中心，用户通过网络控制中心实时观测配置信息生效的情况。

5.根据权利要求4所述的卫星网络管理方法，其特征在于，

当卫星网络控制中心收到修改配置信息失败响应后，卫星网络控制中心将不修改卫星网络设备的配置信息，并把上一次收集到配置信息，发送给所述卫星网络设备。

6.根据权利要求5所述的卫星网络管理方法，其特征在于，修改配置信息时，对卫星网络设备所属的数据库加锁，在配置完成后对其解锁。

7.根据权利要求1所述的卫星网络管理方法，其特征在于，所述状态信息和告警信息基于UDP的轻量级卫星网管上报协议，通过UDP净荷内部定义的上报协议头部字段区分不同的卫星网络设备和卫星网络设备内部模块，使用设备ID和事件ID作为上报信息的模块索引，使得状态信息为csv格式，告警信息为json格式。