CN115765836A - 基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，属于星座路由计算技术领域，本发明方法根据卫星网络的应用场景将多星座互联路由架构划分为卫星核心自治系统和卫星用户自治系统，其中卫星核心自治系统采用分布式路由策略，运行定制化内部网关协议；边界路由器接收来自卫星用户自治系统的报文并进行IP首部封装或链路层首部封装，向卫星发送；收到报文的卫星在网络层或链路层转发报文到达目的网络卫星终端或目的网关；目的网络卫星终端或目的网关解封装报文，恢复为原始的IP报文，并根据原始报文中的目的IP地址通过查找路由表或转发表将原始的IP报文发送给目的网络卫星终端，将处于不同建设阶段卫星星座网络进行融合。

Description

基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法

技术领域

本发明涉及一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，属于星座路由计算技术领域。

背景技术

天地一体化信息网络是未来信息获取、分发、传输和应用的核心基础设施，各类星座网络是构建天基系统的重要组成部分。如何将这些网络进行融合，实现高效互联是构建天地一体化网络需要解决的关键问题。其中，实现网络层融合的路由架构设计是首先要面对的技术难点。一方面，因为各类网络高度异构，在传输技术、编制策略、路由协议和网络管理方面都有很大差异，利用统一的路由架构实现网络融合面临诸多挑战。另一方面，在天地一体化网络构建的长期进程中，各网络处于不同建设阶段，尤其是不同的星座网络部署和配置差异较大，给路由架构设计提出又一难题。

现有技术天地一体化网络融合在网络层方面的工作主要是将卫星网络看作不同的自治系统（AS），采用域间路由的方式将两种网络进行融合。目前涉及的主要工作包括：（1）在路由协议设计方面：目前提出了边界网关协议的卫星版本，即BGP-S协议。该协议是BGP v4协议版本的改进，并可与该协议实现互操作。BGP-S能够实现通过卫星网络的路径的自动发现，并在天地一体化网络中得到比BGP-4更小的时延。此外，还有文献提出Hub &Spoke BGP协议，考虑星地链路有限的带宽，利用无线网络的广播特性来传输BGP消息，减少带宽的占用。（2）在路由体系架构设计方面：有研究针对特定的网络场景，提出针对移动空中节点互联背景下使用BGP骨干网络提供连接性的方法，在这些场景中BGP可部署于卫星网络中，每个移动网络是一个独立的AS域，彼此通过BGP互连起来。还有研究分析了在DVB-S2/RCS网络中部署BGP的不同方式。针对TSAT系统的路由架构，有研究提出可以利用基于策略的路由过滤方法支持特殊的连接场景，如VPNs。（3）在基于BGP的卫星网络路由性能方面，目前也有一些涉及路由性能、稳定性、开销等方面的讨论。

上述工作将卫星网络划分为不同的路由域，仅提供了通过BGP协议实现网络互联的初步方案，仍有涉及路由架构设计的具体问题并未讨论，尤其是针对现存处于不同部署阶段的星座网络的特点，还有诸多问题需要解决。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，解决将各类处于不同建设阶段卫星星座网络进行融合的技术问题。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案实现：

本发明提供一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，包括如下步骤：

根据卫星网络的应用场景将多星座互联路由架构划分为卫星核心自治系统和卫星用户自治系统，所述卫星核心自治系统包括多颗卫星及边界路由器，所述卫星核心自治系统采用分布式路由策略，运行定制化内部网关协议；

所述边界路由器接收来自卫星用户自治系统的原始报文，进行IP首部封装或链路层首部封装，向卫星发送；

所述卫星在网络层或链路层，根据封装报文首部的IP地址或链路层地址，通过查找星上路由表或星上转发表，将封装报文转发到目的网络卫星终端或目的网关；

所述目的网络卫星终端或目的网关解封装报文，恢复为原始报文，并根据原始报文中的目的IP地址，查找地面路由表将原始报文发送给目的用户终端。

进一步的，运行所述定制化内部网关协议的卫星只与卫星核心自治系统中的对等实体交换路由信息，其他路由前缀直接转发。

进一步的，所述边界路由器包括网络卫星终端或网关，所述网络卫星终端之间，及网关之间运行iBGP协议。

进一步的，所述网络卫星终端或网关通过路由协议和ARP协议，获得目的网络卫星终端或目的网关的链路层地址和IP地址之间的映射关系。

进一步的，所述边界路由器和卫星用户自治系统之间通过运行eBGP协议交换路由前缀。

进一步的，所述方法包括根据不同卫星波束覆盖区域形成不同的子网，配置独立的地址空间，为网络卫星终端和用户卫星终端分配与其所在卫星波束匹配的地址。

进一步的，所述IP首部封装包括：

将新的IP首部中的目的地址设置为目的网络卫星终端或目的网关的IP地址，利用该首部封装原始IP报文，向卫星进行发送。

进一步的，所述链路层首部封装包括：

将链路层首部中的目的地址设置为目的网络卫星终端或目的网关的链路层ID，利用该链路层首部封装原始IP报文，向卫星进行发送。

进一步的，所述分布式路由策略包括：

当一颗卫星与多个网关或网络卫星终端连接时，卫星处汇聚并需要传输到地面的业务流量，根据所连接网关或网络卫星终端的馈电链路的容量和带宽使用情况，选择不同的网关或网络卫星终端；

当一个网关或网络卫星终端连接多颗卫星时，网关或网络卫星终端处汇聚并需要传输到星上的业务流量，根据连接网关或网络卫星终端的馈电链路的容量和带宽使用情况选择不同的卫星。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

本发明提供一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，能够与现有路由机制兼容，支持与标准路由协议的互操作性，支持按需建立不同拓扑的VPN，具有灵活的组网能力，提供灵活多样的路由策略；

提供一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，通过采用分布式路由策略提供足够的扩展性，便于支持大型网络。卫星仅需要进行简单的星上处理，不需了解外部网络信息，仅运行定制化内部网关协议，易于实现不同时期部署的卫星网络的互联。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多星座互联路由架构的应用场景示意图；

图2是本发明实施例提供的多星座互联路由架构示意图；

图3是本发明实施例提供的多星座互联路由架构中运行的路由协议示意图；

图4是本发明实施例提供的IP首部封装方法示意图；

图5是本发明实施例提供的链路层首部封装方法示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一

本发明提供的一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，所应用的网络场景中，有多种卫星网络为了不同的目的部署于不同的时期。比如，有些卫星网络主要支持窄带业务，如话音和低速数据业务；另一些卫星网络可能支持宽带业务，如音视频等。

如图1所示，为本实施例提供的多星座互联路由架构的应用场景示意图，本发明提供的一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法尤其适用于地球静止轨道卫星网络，也适用于其他种类的卫星网络。

在应用场景中使用以下术语：

UST：用户卫星终端，通过一个卫星与地面之间的用户链路接入卫星网络的地球站；

NST：网络卫星终端，通过卫星与地面之间的用户链路接入卫星网络的地球站，并连接一些地面用户子网。

GW：卫星网关，通过卫星与地面之间的馈电链路接入卫星网络的地球站，且连接一些地面路由自治域系统，

ISL：星间链路，连接卫星的无线或激光链路；

GSL：星地链路，连接地球站和卫星的无线链路；

以及SN：卫星网络、GEO：地球静止轨道卫星、NCC：网控中心、ACC：区域控制中心、AS：自治系统、 IGP：内部网关协议、EGP：外部网关协议、EGP：边界网关协议、EGP：地址解析协议。

在该场景中的卫星网络存在多方面的不同：每个网络包括覆盖特定区域的不同数量的GEO。比如，SN2和SN3中有4颗卫星，SN1中有3颗卫星。这些卫星网络中的卫星在传输、处理和存储方面能力各有不同，它们可以通过ISLs进行连接。

地面有不同种类的卫星终端，包括USTs、NSTs和GWs，其中NSTs和GWs具有路由功能，USTs没有路由功能。随着天地一体化网络的发展，ISLs会在不同的卫星网络之间部署，或者在不同卫星网络的卫星终端之间增加地面链路，实现网络在不同部署阶段不同程度的互联。在路由架构的管控关系方面，整个网络中设置一个网控中心NCC，并在卫星覆盖区内的某个网关设置区域控制中心ACC。一个网关可同时看到多颗卫星，一颗卫星也可能与多个网关建立通信联系，可根据网关馈电链路容量和带宽使用情况，为汇聚到一颗卫星上的业务选择不同的网关落地，也可以为地面用户选择不同的网关上星。

ACC负责相应卫星覆盖区内的卫星终端的管理、链路和流量状态收集、以及路由策略配置。

如图2所示，为本发明实施例提供的多星座互联路由架构示意图，路由架构中包括两类自治系统，即卫星核心AS和卫星用户AS。所有卫星、NSTs和GWs都在卫星核心AS中，彼此之间运行核心IGP协议，在卫星核心AS范围内交换路由信息。

其他各个网络，包括用户子网和地面网络，配置为单独的卫星用户AS。NSTs和GWs作为边界路由器通过eBGP连接卫星核心ASs和卫星用户ASs，但NSTs和GWs并不向用户AS通告核心AS的路由前缀。

NSTs和GWs不仅需要通过IGP获知卫星核心AS中的所有可达性信息，还要通过BGP协议从地面网络获得路由前缀。本发明设置卫星只需要处理有限的域内路由信息交互，并将来自其他ASs的重分布路由前缀直接转发，由于处理过程大部分部署于地面，大幅降低了星上处理复杂度。

本发明提供一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，包括如下步骤：

根据卫星网络的应用场景将多星座互联路由架构划分为卫星核心自治系统和卫星用户自治系统，所述卫星核心自治系统包括多颗卫星及边界路由器，所述卫星核心自治系统采用分布式路由策略，运行定制化内部网关协议；

所述边界路由器接收来自卫星用户自治系统的原始报文，进行IP首部封装或链路层首部封装，向卫星发送；

所述卫星在网络层或链路层，根据封装报文首部的IP地址或链路层地址，通过查找星上路由表或星上转发表，将封装报文转发到目的网络卫星终端或目的网关；

所述目的网络卫星终端或目的网关解封装报文，恢复为原始报文，并根据原始报文中的目的IP地址，查找路由表将原始报文发送给目的用户终端。

如图3所示，为本实施例提供的多星座互联路由架构中运行的路由协议示意图，在卫星核心AS中，卫星、NSTs和GWs上运行IGP协议；在GWs和地面网络之间运行eBGP协议来交换路由前缀。GWs或NSTs之间运行iBGP协议。运行于卫星上的IGP可通过定制进行简化，卫星只与卫星核心AS中的对等实体交换路由信息，来自NSTs或GWs的其他ASs的路由前缀均由卫星直接转发。因此，NSTs或GWs之间可以直接交换外部网络信息，可以获得连接到目的网络或节点的目的NSTs或目的GWs的IP地址和链路层地址。

当NSTs或GWs收到来自地面网络的报文时，可根据报文中目的IP地址确定目的NST或GW，并利用目的NST或GW的地址对报文进行封装。

当NSTs或GWs收到来自地面网络的报文并进行封装时，可以采用两种封装方法：一是将报文封装到另一个IP首部中。

如图4所示，为本实施例提供的IP首部封装方法示意图，新增加的首部中的目的地址设置为目的NST或GW的IP地址。向卫星进行发送，收到该封装报文的所有后续卫星都根据新首部中的目的地址，通过查找星上路由表来为该封装报文选择路径，直到报文到达目的NST或GW。之后，目的NST或GW将封装报文解封装，将其恢复为原始的IP报文，并根据原始报文中的目的IP地址通过查找路由表将报文发送给目的用户终端。

其中，卫星核心AS中的IGP协议使卫星核心AS中的所有节点都获知了内部路径信息，而NSTs或GWs则通过BGP协议获知外部路由信息。卫星仅在网络层转发报文，且它们仅识别卫星的IP地址。

另一种封装方法是将报文封装到一个链路层帧首部中，而不是一个IP首部中。图5是本实施例提供的链路层首部封装方法示意图。在链路层首部中，链路层目的地址设置为目的NSTs或GWs的链路层ID，利用该首部封装原始IP报文，向卫星进行发送，该链路层ID是一个在核心AS中的标签或内部标识，其取决于系统采用的星上交换策略。所有收到该封装报文的后续卫星节点根据新首部中的链路层ID，通过查找星上转发表来转发报文。目的NSTs或GWs对封装报文进行解封装，并恢复出原始IP报文。

所有NSTs或GWs可以通过路由协议和ARP协议获得目的NSTs或GWs的链路层ID和IP地址之间的映射关系。在该方法中，卫星在链路层转发报文，只需要识别卫星的链路层地址。

系统在地址分配方面，根据不同卫星波束覆盖区域自然形成不同的子网，配置独立的地址空间。NCC根据每颗卫星覆盖区的卫星终端数量分配地址空间，下发到ACC实施地址池的管理。ACC将地址池配置到星上的DHCP服务，由星载模块通过DHCP服务为接入的卫星终端分配与其接入波束子网相对应的地址。当有用户终端直接连接USTs或NSTs时，其地址配置为私有地址，并由卫星终端通过NAT方式接入卫星。

路由策略可在GWs或NSTs上进行配置，通过路由策略配置实现负载均衡的方式为：当一颗卫星与多个GWs或NSTs连接时，卫星处汇聚并需要传输到地面的业务流量可以根据连接GWs或NSTs的馈电链路的容量和带宽使用情况选择不同的GWs或NSTs；当一个GW或NSTs连接多颗卫星时，GW或NSTs处汇聚并需要传输到星上的业务流量可以根据连接GWs或NSTs的馈电链路的容量和带宽使用情况选择不同的卫星。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、系统、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明首先对指纹图像进行预处理和感兴趣区域特征提取，然后从复合像元梯度的构建和旋转不变的特征统计两方面提出了指纹特征提取的模型框架，实现真假指纹的检测，方法简单易行，相比于现有技术提高了真假指纹判断的准确度。

本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据卫星网络的应用场景将多星座互联路由架构划分为卫星核心自治系统和卫星用户自治系统，所述卫星核心自治系统包括多颗卫星及边界路由器，所述卫星核心自治系统采用分布式路由策略，运行定制化内部网关协议；

所述边界路由器接收来自卫星用户自治系统的原始报文，进行IP首部封装或链路层首部封装，向卫星发送；

所述卫星在网络层或链路层，根据封装报文首部的IP地址或链路层地址，通过查找星上路由表或星上转发表，将封装报文转发到目的网络卫星终端或目的网关；

所述目的网络卫星终端或目的网关解封装报文，恢复为原始报文，并根据原始报文中的目的IP地址，查找地面路由表将原始报文发送给目的用户终端。

2.根据权利要求1所述的一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，运行所述定制化内部网关协议的卫星只与卫星核心自治系统中的对等实体交换路由信息，其他路由前缀直接转发。

3.根据权利要求1所述的一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，所述边界路由器包括网络卫星终端或网关，所述网络卫星终端之间，及网关之间运行iBGP协议。

4.根据权利要求3所述的一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，所述网络卫星终端或网关通过路由协议和ARP协议，获得目的网络卫星终端或目的网关的链路层地址和IP地址之间的映射关系。

5.根据权利要求1所述的一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，所述边界路由器和卫星用户自治系统之间通过运行eBGP协议交换路由前缀。

6.根据权利要求1所述的一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，所述方法包括根据不同卫星波束覆盖区域形成不同的子网，配置独立的地址空间，分别为网络卫星终端和用户卫星终端分配与其所在卫星波束匹配的地址。

7.根据权利要求1所述的一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，所述IP首部封装包括：

将新的IP首部中的目的地址设置为目的网络卫星终端或目的网关的IP地址，利用该首部封装原始IP报文，向卫星进行发送。

8.根据权利要求1所述的一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，所述链路层首部封装包括：

将链路层首部中的链路层目的地址设置为目的网络卫星终端或目的网关的链路层ID，利用该链路层首部封装原始IP报文，向卫星进行发送。

9.根据权利要求1所述的一种基于隧道封装多星座互联路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，所述分布式路由策略包括：

当一颗卫星与多个网关或网络卫星终端连接时，卫星处汇聚并需要传输到地面的业务流量，根据所连接网关或网络卫星终端的馈电链路的容量和带宽使用情况，选择不同的网关或网络卫星终端；

当一个网关或网络卫星终端连接多颗卫星时，网关或网络卫星终端处汇聚并需要传输到星上的业务流量，根据连接网关或网络卫星终端的馈电链路的容量和带宽使用情况选择不同的卫星。

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