CN116248587B - 一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由系统与方法，涉及卫星通信领域中高通量卫星网络路由技术领域。本发明系统包括用户站终端、信关站协议设备、信关站信道设备、信关站SDN交换机、SDN控制器、用户站终端组播路由控制面模块、用户站终端组播路由转发面模块、信关站协议设备组播路由控制面模块、信关站协议设备组播路由转发面模块、信关站信道设备组播转发模块、CMU组播信道控制模块、SDN控制器组播路由控制模块、信关站SDN交换机数据交换模块。本发明具有对外兼容标准组播路由协议、支持路由快速切换、适应高机动用户应用的特点。

Description

一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由系统与方法
技术领域
本发明涉及卫星通信领域中高通量卫星网络路由技术，特别是指一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由系统与方法，适用于基于高轨多点波束透明转发的高通量卫星地面系统网络。
背景技术
高通量卫星通信系统具备容量大、资源低廉、波束增益高等优良特性，已作为下一代卫星通信的主要发展趋势之一在国际上得到广泛应用。作为与之匹配的地面应用系统，必须具备支持大容量出入境载波、海量用户、资源可动态调配等特性。同时，为满足机动用户站动中通需求，在用户站做多点波束间做跨波束机动时，系统必须具备快速越区切换能力，最大可能的减少切换过程中的数据丢失。
目前，各卫星通信公司的高通量卫星通信系统网络构建方式虽各不相同，但由于系统架构的限制，均采用信关站作为地面网到用户以及各波束下用户间信息交换转发的中心。信关站网络作为网络构建核心，主要采用基于数据链路层或网络层交换的方式，这两种方式各有优缺点。基于链路层的交换方式效率较高、业务接入灵活，但设备连接复杂、网络调整困难；基于网络层的交换方式连接简单、网络架构清晰、网络调整相对简单，但采用的是地面标准路由协议，网络路由调整时间较长，动中通支持能力不足。
在地面网络中，已经存在成熟的多种组播路由协议，主要包括DVMRP、MOSPF、PIM-DM 、PIM-SSM、PIM-SSM等。这些协议主要用在地面拓扑稳定的有线网络中。而在高通量网络中，由于链路按需建立、带宽受限、跨区切换等特性，直接应用这些地面标准路由协议，在网络的扩展性、移动性、安全性等方面效果并不好。由于标准组播路由协议需要定期刷新状态，周期维护组播流状态，大规模组网时控制开销会成比例增加，另一方面，高通量网络信关站内通信属于星型架构，标准组播路由协议在星型拓扑下存在组播同端口收发的问题。第三，标准组播路由协议不支持移动性，在组播路由器发生移动后，重配地址，重新等待单播路由协议收敛，严重限制标准组播路由协议在高通量网络中的使用。
发明内容
本发明旨在解决背景技术中高通量卫星通信系统组播路由实现的难题，提供一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由系统与方法，通过数据面采用MPLS高效交换、控制面采用软件定义的路由控制以及与卫星链路高度耦合等机制，既能高度适应高通量网络结构，又可满足机动用户越区切换过程组播业务快速调整的要求。
为了实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案为：
一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由系统，包括用户站终端、信关站协议设备、信关站信道设备、信关站SDN交换机、SDN控制器，还包括：
用户站终端组播路由控制面模块，实现标准组播协议与卫星组播专用路由信令的转换，用户站终端在地面侧与用户网络中的路由器或主机进行标准组播协议的交互，用户站终端在卫星侧与SDN控制器进行卫星组播专用路由信令的交互；
用户站终端组播路由转发面模块，从用户侧去往卫星侧的数据流方向上，IP组播数据先进行IP组播路由的查找转发，再进行组播MPLS映射表的查找，查找成功后得到组播MPLS标签，将IP组播数据封装包含该组播MPLS标签的MPLS帧头和二层MAC帧头，然后通过卫星组播/广播载波发送到卫星网络；从卫星侧到用户侧的数据流方向上，用户站终端从卫星组播/广播载波接收到MPLS组播数据后，先对MPLS组播数据进行MAC帧头与MPLS帧头的解封装，然后进行IP组播路由的查找转发，查找成功后转发到本地用户网络中；
信关站协议设备组播路由控制面模块，实现标准组播协议与卫星组播专用路由信令的转换，信关站协议设备在地面侧与地面网络中的路由器或主机进行标准组播协议的交互，信关站协议设备在卫星侧与SDN控制器进行卫星组播专用路由信令的交互；
信关站协议设备组播路由转发面模块，从地面侧去往卫星侧的数据流方向上，IP组播数据先进行IP组播路由的查找转发，再进行组播MPLS映射表的查找，查找成功后得到组播MPLS标签，将IP组播数据封装包含该组播MPLS标签的MPLS帧头和二层MAC帧头，然后发送给信关站SDN交换机；从卫星侧到地面侧的数据流方向上，信关站协议设备从信关站SDN交换机接收到MPLS组播数据后，先对MPLS组播数据进行MAC帧头与MPLS帧头的解封装，然后进行IP组播路由的查找转发，查找成功后转发到地面网络中；
信关站信道设备组播转发模块，从地面侧去往卫星侧的数据流方向上，信关站信道设备从信关站SDN交换机接收到MPLS数据后，经信关站信道设备识别为MPLS组播数据后，进行调制经卫星信道发送到相应的组播/广播载波上；从卫星侧去往地面侧的数据流方向上，信关站信道设备从卫星组播/广播载波接收到MPLS组播数据后，转发给直连的信关站SDN交换机；
CMU组播信道控制模块，实现高通量网络的组播信道资源分配和管理；用户站终端入网时，CMU根据已分配资源情况、剩余资源情况以及用户站终端上报的自身传输能力为用户站终端分配合适的组播/广播收发载波；所有组播/广播载波的分配情况形成用户站终端与组播/广播的收发对应关系；CMU将分配的组播/广播载波指定给信关站内的信关站信道设备进行收发，形成信关站信道设备与组播/广播载波的收发对应关系，CMU获得信关站内信关站信道设备与SDN交换机端口一一对应的连接关系，综合收发载波与用户站终端、收发载波与信关站信道设备间的对应关系、信关站信道设备与SDN交换机端口的对应关系，匹配得到SDN交换机各端口与各用户站终端间的组播收发连通关系，并将组播收发连通关系发送给SDN控制器；
SDN控制器组播路由控制模块，实现高通量网络信关站内、信关站间的MPLS组播路由集中控制；SDN控制器与各信关站内的SDN交换机通过南向接口协议进行交互，发现信关站之间的网络拓扑；与用户站终端或信关站协议设备进行卫星组播专用路由信令的交互，管理维护高通量网络内运行PIM-SSM协议的用户站终端或信关站协议设备；与各信关站的CMU交互得到SDN交换机各端口与各用户站终端间的对应关系；根据运行PIM-SSM协议的用户站终端或信关站协议设备发送的卫星组播加入剪枝消息计算信关站内、信关站间的组播MPLS转发路径、分配组播MPLS标签，生成组播MPLS映射表与组播MPLS转发表，并通过南向接口协议将组播MPLS转发表配置到各信关站的SDN交换机，通过与用户站终端或信关站协议设备的卫星组播专用路由信令将MPLS组播映射表配置到组播源所在用户站终端或信关站协议设备；
信关站SDN交换机数据交换模块，SDN交换机与其他信关站SDN交换机之间预先配置成全网状互联的VXLAN隧道，并且预先配置有去往所有目的信关站SDN交换机所有端口的单播MPLS标签转发表；VXLAN隧道用于信关站之间的业务数据、路由信令的传输，单播MPLS标签转发表用于MPLS单播数据和组播路由信令的查表转发；SDN交换机通过南向接口协议接受SDN控制器的控制，根据SDN控制器配置的组播MPLS转发表进行查表转发；去往本信关站其他组播/广播载波的组播MPLS数据，通过查找组播MPLS转发表，转发至SDN交换机对应的出端口，去往其他信关站的组播MPLS数据，通过查找组播MPLS转发表，转发至相应的VXLAN隧道出口。
一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由方法，基于上述基于软件定义的高通量卫星网络组播路由系统实现，包括以下步骤：
步骤1，各个信关站SDN交换机之间预先配置全网状互联的VXLAN隧道，各个信关站SDN交换机预先配置去往所有信关站SDN交换机所有端口的MPLS单播标签转发表，预先配置以SDN控制器为根，所有信关站SDN交换机所有端口为出口的MPLS广播标签转发表，用于卫星单播IP业务、路由信令的互通；
步骤2，SDN控制器与各信关站SDN交换机通过南向接口协议建立连接，并通过拓扑发现机制发现维护SDN交换机之间的连接拓扑；
步骤3，SDN控制器定期通过南向接口协议发送控制器广播消息，该消息在各信关站SDN交换机的非VXLAN隧道的所有端口进行发送，所有信关站协议设备、用户站终端在入网后均能够收到控制器广播消息；
步骤4，信关站协议设备与用户站终端启动后，用户站终端上的组播路由协议在用户侧支持标准组播组协议和PIM-SSM组播路由协议，与用户侧的路由器交互PIM-SSM协议消息，或与主机交互标准组播组协议消息；信关站协议设备上的组播路由协议在地面侧支持标准组播组协议和PIM-SSM组播路由协议，与地面侧的路由器交互PIM-SSM协议消息，或与主机交互标准组播组协议消息；
步骤5，信关站协议设备或用户站终端启动后，在卫星侧根据收到的控制器广播消息中的控制器地址信息，向SDN控制器发送卫星组播终端注册消息，SDN控制器收到所述注册消息后，区分出卫星终端注册的组播协议类型为PIM-SSM，并向该信关站协议设备或用户站终端发送注册响应；
步骤6，信关站协议设备与用户站终端上的组播路由协议与SDN控制器之间存在着保活机制，信关站协议设备与用户站终端在超时时间内收不到SDN控制器的广播信息后，会失效SDN控制器的地址信息；
步骤7，信关站协议设备与用户站终端上的组播路由协议与设备入退网机制相结合，在信关站协议设备与用户站终端入网之后，收到控制器的广播信息后，向SDN控制器发送卫星组播终端注册消息；在信关站协议设备与用户站终端正常退网前，向SDN控制器发送卫星组播终端注销消息；
步骤8，SDN控制器维护所有注册成功的运行组播路由协议的信关站协议设备与用户站终端，这些信关站协议设备、用户站终端与各信关站SDN交换机构成高通量卫星网络内的PIM-SSM组播域拓扑；当信关站协议设备与用户站终端退网后，SDN控制器会失效该信关站协议设备或用户站终端相关联的注册信息和组播转发状态信息，重新计算MPLS组播转发树，删除路径上与该信关站协议设备或用户站终端相关的组播转发信息；
步骤9，当下游的信关站协议设备或用户站终端节点收到地面网络或用户网络的PIM-SSM组播加入消息或IGMP加入消息后，向SDN控制器发送卫星组播加入消息，会向组播源上游信关站协议设备或用户站终端节点单播发送卫星组播加入消息；
步骤10，SDN控制器根据收到的卫星组播加入消息后，根据卫星组播加入消息中携带的源IP地址S和目的IP地址G查找对应的MPLS组播转发树，如果存在，则更新MPLS组播转发树、组播路径以及组播MPLS转发表，通过南向接口协议将组播MPLS转发表更新给组播MPLS路径上的SDN交换机节点；如果MPLS组播转发树不存在，则为源IP地址S和目的IP地址G组播业务分配MPLS组播标签，并根据卫星组播加入消息中携带的组播源信关站协议设备或用户站终端节点信息，组播接收信关站协议设备或用户站终端节点信息，以及保存的注册组播终端信息，查找出当前源节点和接收节点所在的SDN交换机信息，然后计算源IP地址S和目的IP地址G对应的MPLS组播转发树，生成MPLS组播路径和MPLS组播转发表，最后通过南向接口协议下发给MPLS组播路径上的SDN交换机节点，并向组播源所在上游信关站协议设备或用户站终端节点发送卫星组播MPLS映射表配置消息；
步骤11，组播源所在上游信关站协议设备或用户站终端节点收到下游信关站协议设备或用户站终端节点发送的单播卫星组播加入消息后，不进行邻居有效性检查，然后按照标准PIM-SSM协议规定的加入流程进行处理；
步骤12，当下游的信关站协议设备或用户站终端节点收到地面网络或用户网络的PIM-SSM组播剪枝消息或IGMP离开消息后，向组播源上游信关站协议设备或用户站终端节点单播发送卫星组播剪枝消息，向SDN控制器发送卫星组播剪枝消息；
步骤13，SDN控制器根据收到的卫星组播剪枝消息后，根据卫星组播加入消息中携带的源IP地址S和目的IP地址G信息查找对应的MPLS组播转发树，如果不存在，则忽略处理；如果存在，则从对应的MPLS组播转发树中删除该下游信关站协议设备或用户站终端节点，重新计算更新MPLS组播转发路径和MPLS组播转发表，若有变化，则通过南向接口协议向新MPLS组播路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表配置或更新消息，向不再使用的旧MPLS组播路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表删除消息，如果不再存在接收该组播的下游信关站协议设备或用户站终端节点，SDN控制器向组播源所在上游信关站协议设备或用户站终端节点发送卫星组播MPLS映射表删除消息；
步骤14，组播源所在上游信关站协议设备或用户站终端节点收到下游信关站协议设备或用户站终端节点发送的单播卫星组播剪枝消息后，不进行邻居有效性检查，然后按照标准PIM-SSM协议规定的剪枝流程进行处理；
步骤15，当上游的组播IP数据到达信关站协议设备或用户站终端节点后，首先进行IP组播路由的查找，查找成功后，再根据组播源地址S和组播目的地址G查找组播MPLS映射表，根据查找结果封装组播MPLS标签和MAC帧头，对于信关站协议设备节点，封装好的MPLS组播数据被发送给直连的SDN交换机，对于用户站终端节点，则通过卫星组播/广播载波发送到所属信关站SDN交换机；
步骤16，当MPLS组播数据到达信关站SDN交换机后，SDN交换机对可能来自本站信关站协议设备节点、远端用户站终端节点、VXLAN隧道的MPLS组播数据根据SDN控制器配置的MPLS组播转发表进行统一转发，信关站SDN交换机提取MPLS组播数据中封装的MPLS组播标签，与MPLS组播转发表中的组播标签进行匹配，匹配成功后确定出端口；出端口是本站信关站协议设备节点所在交换机端口、远端用户站终端节点对应交换机端口、VXLAN隧道端口中的多个端口；
步骤17，当MPLS组播数据到达信关站信道设备后，从地面侧去往卫星侧的数据流方向上，信关站信道设备从信关站SDN交换机接收到MPLS组播数据后，经信关站信道设备识别为MPLS组播数据后，进行调制经卫星信道发送到相应的组播/广播载波上；从卫星侧去往地面侧的数据流方向上，信关站信道设备从卫星组播/广播载波解调接收到MPLS组播数据后，转发给直连的信关站SDN交换机；
步骤18，当位于下游的信关站协议设备或用户站终端节点接收到卫星MPLS组播数据后，进行MPLS帧头和MAC帧头的解封装，然后进行IP组播路由，查找成功后转发给下游的地面网络或用户网络；
步骤19，当由于跨星跨波束移动、载波资源调整、故障原因导致用户站终端组播收发载波发生变化，CMU在调整载波分配时，也会同时维护更新其记录的SDN交换机端口与用户站终端的对应关系，并同时发送给SDN控制器，SDN控制器接收到CMU发送的SDN交换机端口与用户站终端的对应关系更新后，更新自身存储的SDN交换机端口与用户站终端的对应关系，并对目前用户站终端正在使用的组播转发树进行重新计算，更新MPLS组播转发路径和MPLS组播转发表，若有变化，则通过南向接口协议向新MPLS组播路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表配置或更新消息，向不再使用的旧路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表删除消息；
步骤20，当信关站协议设备节点、VXLAN隧道接口对应的交换机端口发生变化时，SDN控制器获取SDN交换机端口与信关站协议设备节点、VXLAN隧道接口的对应关系更新，然后更新自身存储的SDN交换机端口与信关站协议设备节点、VXLAN隧道接口的对应关系，并对目前相关的组播转发树进行重新计算，更新MPLS组播转发路径和MPLS组播转发表，若有变化，则通过南向接口协议向新MPLS组播路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表配置或更新消息，向不再使用的旧路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表删除消息。
进一步地，步骤1中，SDN控制器与信关站协议设备、用户站终端之间的卫星组播专用路由信令包括控制器广播消息、组播终端注册消息及响应、卫星组播加入消息及响应、卫星组播剪枝消息及响应、组播终端注销消息及响应；卫星组播专用路由信令是不带确认的周期性交互，此时各信令没有响应确认消息，或者是带确认的一次交互机制；SDN控制器在重启后无法恢复当前组播终端和组播转发树状态的情况下，卫星组播专用路由信令采用不带确认的周期性交互机制，在SDN控制器重启后能够恢复当前组播终端和组播转发树状态的情况下，采用带确认的一次交互机制，减少路由控制信令开销。
进一步地，步骤8中，SDN控制器计算MPLS组播转发树所用的方法为基于最短路径树或最小生成树的策略。
进一步地，步骤2中，SDN控制器与SDN交换机节点之间采用的南向接口协议是标准南向接口协议OPENFLOW；采用的拓扑发现机制是标准OPENFLOW协议采用的LLDP发现机制，或是通过网管设备提供的配置输入。
进一步地，步骤3中，SDN控制器发送的控制器广播消息中包括SDN控制器的IP地址、协议端口号、所使用的MPLS单播标签，以及SDN控制器的MAC地址或与之存在对应关系的站号；信关站协议设备或用户站终端节点获取SDN控制器上述信息的方式为静态配置方式，或者通过SDN控制器的PACKET OUT消息在所有SDN交换机端口进行广播分发。
进一步地，步骤5中，信关站协议设备或用户站终端节点向SDN控制器发送的组播终端注册消息，包含该信关站协议设备或用户站终端的MAC地址或与之存在对应关系的站号，以及所对应的MPLS单播标签、保活保持时间、路由信令使用的IP地址。
进一步地，步骤9中，信关站协议设备或用户站终端节点在向SDN控制器发送的卫星组播加入消息中，至少携带组播源所在信关站协议设备或用户站终端节点的MAC地址或与之存在对应关系的站号，SDN控制器根据组播源所在信关站协议设备或用户站终端节点的MAC地址或与之存在对应关系的站号，查找组播注册终端，得组播源所在的SDN交换机，作为该组播转发树的树根。
进一步地，SDN控制器与信关站协议设备、用户站终端之间的卫星组播专用路由信令消息中通过添加该信关站协议设备或用户站终端的虚拟子网标识，使SDN控制器对所有注册的信关站协议设备、用户站终端基于虚拟子网进行管理和进行组播路由计算，高通量卫星网络链路帧增加VLAN帧字段，将虚拟子网映射到VLAN标签中，实现虚拟子网在数据面的映射和区分，SDN交换机通过MPLS标签和VLAN标签的同时匹配查找，实现租户路由转发的数据面隔离。
本发明与背景技术相比具有如下优点：
1、本发明的业务层与控制层分离，组播交换以SDN交换机作为高速交换平台，可满足信关站大容量交换和大规模组网需求。
2、本发明兼容标准组播路由协议，便于与地面网络或用户网络无缝集成，用户采用标准TCP/IP主机或标准IP路由器即可接入网络。
3、本发明支持组播路由快速切换，组播路由能够快速感知卫星用户的链路变化，完成拓扑调整，特别适合高机动用户越区切换应用。
4、本发明支持组播网状分发，不考虑管理限制的情况下，远端用户站或信关站都可以作为组播源站发送组播数据或作为组播接收站接收组播数据。
5、本发明的路由协议链路开销小，高通量卫星网络内采用的是专用组播路由信令，与地面标准组播路由协议信令相比，针对卫星无线链路带宽较窄的特点进行了优化。
6、本发明支持虚拟子网和租户隔离，通过专用组播路由信令中的虚拟子网标识和链路层帧中的VLAN标签实现高通量卫星网络组播路由多个虚拟子网构建和多租户间的组播流量隔离。
7、本发明有效解决了高通量卫星通信系统中组播路由实现的难题，对于IPv4PIM-SSM协议与IPv6 PIM-SSM协议均适用。
附图说明
图1是本发明实施例中一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由系统的系统架构示意图。
具体实施方式
图1为一种基于软件定义的高通量卫星网络进行组播路由系统的示意图。其中，信关站协议设备PT和用户站终端UT完成标准组播路由协议与卫星组播专用路由信令的转换。卫星组播信道设备DT负责信关站各个波束内的前向组播数据收发。SDN交换机完成组播数据在信关站内、信关站间的MPLS标签交换，并与其他信关站SDN交换机之间通过VXLAN隧道相互连接，构成信关站间MPLS标签交换网络。SDN控制器通过地面网络与所有信关站内的SDN交换机建立控制连接。地面网络或用户网络的IP组播数据从高通量网络边缘的PT或UT进行高通量卫星网络后，在PT或UT根据MPLS标签映射表封装MPLS标签，然后在信关站内、信关站间进行MPLS标签交换，最终转发至下游组播接收站，恢复为IP组播数据，进入地面网络或用户网络。
该系统主要由用户站终端（以下简称UT）、信关站协议设备（以下简称PT）、信关站信道设备（以下简称DT）、信关站SDN交换机、SDN控制器（以下简称SDNC）等功能实体组成，此外，还包括：
UT组播路由控制面模块，实现标准组播协议与卫星组播专用路由信令的转换，UT在地面侧与用户网络中的路由器或主机进行标准组播协议（PIM-SSM协议、IGMP协议）的交互，UT在卫星侧与SDNC进行卫星组播专用路由信令的交互；
UT组播路由转发面模块，从用户侧去往卫星侧的数据流方向上，IP组播数据先进行IP组播路由的查找转发，再进行组播MPLS映射表的查找，查找成功后得到组播MPLS标签，将IP组播数据封装包含该组播MPLS标签的MPLS（多协议标签交换）帧头和二层MAC帧头，然后通过卫星组播/广播载波发送到卫星网络；从卫星侧到用户侧的数据流方向上，UT从卫星组播/广播载波接收到MPLS组播数据后，先对MPLS组播数据进行MAC帧头与MPLS帧头的解封装，然后进行IP组播路由的查找转发，查找成功后转发到本地用户网络中；
PT组播路由控制面模块，实现标准组播协议与卫星组播专用路由信令的转换，PT在地面侧与地面网络中的路由器或主机进行标准组播协议（PIM-SSM协议、IGMP协议）的交互，PT在卫星侧与SDN控制器进行卫星组播专用路由信令的交互；
PT组播路由转发面模块，从地面侧去往卫星侧的数据流方向上，IP组播数据先进行IP组播路由的查找转发，再进行组播MPLS映射表的查找，查找成功后得到组播MPLS标签，将IP组播数据封装包含该组播MPLS标签的MPLS（多协议标签交换）帧头和二层MAC帧头，然后发送给信关站SDN交换机；从卫星侧到地面侧的数据流方向上，PT从信关站SDN交换机接收到MPLS组播数据后，先对MPLS组播数据进行MAC帧头与MPLS帧头的解封装，然后进行IP组播路由的查找转发，查找成功后转发到地面网络中；
DT组播转发模块，DT可以是独立的组播/广播信道设备，也可以是信关站信道设备的组播转发子功能。从地面侧去往卫星侧的数据流方向上，DT从信关站SDN交换机接收到MPLS数据后，经DT识别为MPLS组播数据后，进行调制经卫星信道发送到相应的组播/广播载波上。从卫星侧去往地面侧的数据流方向上，DT从卫星组播/广播载波接收到MPLS组播数据后，转发给直连的信关站SDN交换机；
CMU组播信道控制模块，实现高通量网络的组播信道资源分配和管理。UT入网时，CMU根据已分配资源情况、剩余资源情况以及UT上报的自身传输能力为UT分配合适的组播/广播收发载波。所有组播/广播载波的分配情况形成UT与组播/广播的收发对应关系； CMU将分配的组播/广播载波指定给信关站内的DT进行收发，形成DT与组播/广播载波的收发对应关系，CMU获得信关站内DT与SDN交换机端口一一对应的连接关系，综合收发载波与UT、收发载波与DT间的对应关系、DT与SDN交换机端口的对应关系，匹配得到SDN交换机各端口与各UT间的组播收发连通关系，并将组播收发连通关系发送给SDNC；
SDNC组播路由控制模块，实现高通量网络信关站内、信关站间的MPLS组播路由集中控制。SDNC与各信关站内的SDN交换机通过南向接口协议进行交互，发现信关站之间的网络拓扑；与UT或PT进行卫星组播专用路由信令的交互，管理维护高通量网络内运行PIM-SSM协议的UT或PT；与各信关站的CMU交互得到SDN交换机各端口与各UT间的对应关系；根据运行PIM-SSM协议的UT或PT发送的卫星组播加入剪枝消息计算信关站内、信关站间的组播MPLS转发路径、分配组播MPLS标签，生成组播MPLS映射表与组播MPLS转发表，并通过南向接口协议将组播MPLS转发表配置到各信关站的SDN交换机，通过与UT或PT的卫星组播专用路由信令将MPLS组播映射表配置到组播源所在UT或PT；
信关站SDN交换机数据交换模块，SDN交换机与其他信关站SDN交换机之间预先配置成全网状互联的VXLAN隧道，并且预先配置有去往所有目的信关站SDN交换机所有端口的单播MPLS标签转发表。VXLAN隧道用于信关站之间的业务数据、路由信令的传输，单播MPLS标签转发表用于MPLS单播数据和组播路由信令的查表转发。SDN交换机通过南向接口协议接受SDNC的控制，根据SDNC配置的组播MPLS转发表进行查表转发。去往本信关站其他组播/广播载波的组播MPLS数据，通过查找组播MPLS转发表，会转发至SDN交换机对应的出端口，去往其他信关站的组播MPLS数据，通过查找组播MPLS转发表，会转发至相应的VXLAN隧道出口。
基于上述系统可实现一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由方法，其包括以下步骤：
（1）各个信关站SDN交换机之间预先配置全网状互联的VXLAN隧道，各个信关站SDN交换机预先配置去往所有信关站SDN交换机所有端口的MPLS单播标签转发表，预先配置以SDNC为根，所有信关站SDN交换机所有端口为出口的MPLS广播标签转发表，用于卫星单播IP业务、路由信令的互通。
（2）SDNC与各信关站SDN交换机通过南向接口协议建立连接，并通过拓扑发现机制发现维护SDN交换机之间的连接拓扑；
（3）SDNC定期通过南向接口协议发送控制器广播消息，该消息在各信关站SDN交换机的非VXLAN隧道的所有端口进行发送，所有PT、UT在入网后均可以收到控制器广播消息；
（4）PT与UT启动后，UT上的组播路由协议在用户侧支持标准组播组协议和PIM-SSM组播路由协议，与用户侧的路由器交互PIM-SSM协议消息，或与主机交互标准组播组协议消息；PT上的组播路由协议在地面侧支持标准组播组协议和PIM-SSM组播路由协议，与地面侧的路由器交互PIM-SSM协议消息，或与主机交互标准组播组协议消息。
（5）PT或UT启动后，在卫星侧根据收到的控制器广播消息中的控制器地址信息，向SDNC发送卫星组播终端注册消息，SDNC收到所述注册消息后，能够区分卫星终端注册的组播协议类型为PIM-SSM，并向该PT或UT发送注册响应。
（6）PT与UT上的组播路由协议与SDNC之间存在着保活机制，PT与UT在超时时间内收不到SDNC的广播信息后，会失效SDNC的地址信息；
（7）PT与UT上的组播路由协议与设备入退网机制相结合，在PT与UT入网之后，收到控制器的广播信息后，向SDNC发送卫星组播终端注册消息；在PT与UT正常退网前，向SDNC发送卫星组播终端注销消息；
（8）SDNC维护所有注册成功的运行组播路由协议的PT与UT，这些PT、UT与各信关站SDN交换机构成高通量卫星网络内的PIM-SSM组播域拓扑。当PT与UT退网后，SDNC会失效该PT或UT相关联的注册信息和组播转发状态信息，重新计算MPLS组播转发树，删除路径上与该PT或UT相关的组播转发信息；
（9）当下游的PT或UT节点收到地面网络或用户网络的PIM-SSM组播加入消息或IGMP加入消息后，向SDNC发送卫星组播加入消息，会向组播源上游PT或UT节点单播发送卫星组播加入消息；
（10）SDNC根据收到的卫星组播加入消息后，根据卫星组播加入消息中携带的源IP地址S和目的IP地址G（以下简称SG）查找对应的MPLS组播转发树，如果存在，则更新MPLS组播转发树、组播路径以及组播MPLS转发表，通过南向接口协议将组播MPLS转发表更新给组播MPLS路径上的SDN交换机节点；如果MPLS组播转发树不存在，则为该SG组播业务分配MPLS组播标签，并根据卫星组播加入消息中携带的组播源PT或UT节点信息，组播接收PT或UT节点信息，以及保存的注册组播终端信息，查找出当前源节点和接收节点所在的SDN交换机信息，然后计算该SG对应的MPLS组播转发树，生成MPLS组播路径和MPLS组播转发表，最后通过南向接口协议下发给MPLS组播路径上的SDN交换机节点，并向组播源所在上游PT或UT节点发送卫星组播MPLS映射表配置消息；
（11）组播源所在上游PT或UT节点收到下游PT或UT节点发送的单播卫星组播加入消息后，不进行邻居有效性检查，然后按照标准PIM-SSM协议规定的加入流程进行处理；
（12）当下游的PT或UT节点收到地面网络或用户网络的PIM-SSM组播剪枝消息或IGMP离开消息后，会向组播源上游PT或UT节点单播发送卫星组播剪枝消息，向SDNC发送卫星组播剪枝消息；
（13）SDNC根据收到的卫星组播剪枝消息后，根据卫星组播加入消息中携带的SG信息查找对应的MPLS组播转发树，如果不存在，则忽略处理；如果存在，则从对应的MPLS组播转发树中删除该下游PT或UT节点，重新计算更新MPLS组播转发路径和MPLS组播转发表，若有变化，则通过南向接口协议向新MPLS组播路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表配置或更新消息，向不再使用的旧MPLS组播路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表删除消息，如果不再存在接收该组播的下游PT或UT节点，SDNC向组播源所在上游PT或UT节点发送卫星组播MPLS映射表删除消息；
（14）组播源所在上游PT或UT节点收到下游PT或UT节点发送的单播卫星组播剪枝消息后，不进行邻居有效性检查，然后按照标准PIM-SSM协议规定的剪枝流程进行处理；
（15）当上游的组播IP数据到达PT或UT节点后，首先会进行IP组播路由的查找，查找成功后，再根据组播源地址S和组播目的地址G查找组播MPLS映射表，根据查找结果封装组播MPLS标签和MAC帧头，对于PT节点，封装好的MPLS组播数据被发送给直连的SDN交换机，对于UT节点，则通过卫星组播/广播载波发送到所属信关站SDN交换机；
（16）当MPLS组播数据到达信关站SDN交换机后，SDN交换机对可能来自本站PT节点、远端UT节点、VXLAN隧道的MPLS组播数据根据SDNC配置的MPLS组播转发表进行统一转发，信关站SDN交换机提取MPLS组播数据中封装的MPLS组播标签，与MPLS组播转发表中的组播标签进行匹配，匹配成功后确定出端口；出端口是本站PT节点所在交换机端口、远端UT节点对应交换机端口、VXLAN隧道端口中的多个端口；
（17）当MPLS组播数据到达信关站DT后，从地面侧去往卫星侧的数据流方向上，DT从信关站SDN交换机接收到MPLS组播数据后，经DT识别为MPLS组播数据后，进行调制经卫星信道发送到相应的组播/广播载波上。从卫星侧去往地面侧的数据流方向上，DT从卫星组播/广播载波解调接收到MPLS组播数据后，转发给直连的信关站SDN交换机；
（18）当位于下游的PT或UT节点接收到卫星MPLS组播数据后，进行MPLS帧头和MAC帧头的解封装，然后进行IP组播路由，查找成功后转发给下游的地面网络或用户网络；
（19）当由于跨星跨波束移动、载波资源调整、故障等各种原因导致UT组播收发载波发生变化，CMU在调整载波分配时，也会同时维护更新其记录的SDN交换机端口与UT的对应关系，并同时发送给SDNC，SDNC接收到CMU发送的SDN交换机端口与UT的对应关系更新后，更新自身存储的SDN交换机端口与UT的对应关系，并对目前UT正在使用的组播转发树进行重新计算，更新MPLS组播转发路径和MPLS组播转发表，若有变化，则通过南向接口协议向新MPLS组播路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表配置或更新消息，向不再使用的旧路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表删除消息。
（20）当由于各种原因导致PT节点、VXLAN隧道接口对应的交换机端口发生变化时，SDNC应能获取SDN交换机端口与PT节点、VXLAN隧道接口的对应关系更新，然后更新自身存储的SDN交换机端口与PT节点、VXLAN隧道接口的对应关系，并对目前相关的组播转发树进行重新计算，更新MPLS组播转发路径和MPLS组播转发表，若有变化，则通过南向接口协议向新MPLS组播路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表配置或更新消息，向不再使用的旧路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表删除消息。
步骤（1）中，SDNC与PT、UT之间的卫星组播专用路由信令包括控制器广播消息、组播终端注册消息及响应、卫星组播加入消息及响应、卫星组播剪枝消息及响应、组播终端注销消息及响应。卫星组播专用路由信令可以是不带确认的周期性交互，此时各信令没有响应确认消息，也可以是带确认的一次交互机制。SDNC在重启后无法恢复当前组播终端和组播转发树状态的情况下，卫星组播专用路由信令采用不带确认的周期性交互机制，在SDNC重启后能够恢复当前组播终端和组播转发树状态的情况下，可以采用带确认的一次交互机制，减少路由控制信令开销。
步骤（8）中，SDNC计算MPLS组播转发树所用的算法不受限制，可以基于最短路径树或最小生成树策略。
步骤（2）中，SDNC与SDN交换机节点之间采用的南向接口协议可以是标准南向接口协议OPENFLOW。采用的拓扑发现机制可以是标准OPENFLOW协议采用的LLDP发现机制，也可以是通过网管等设备提供的配置输入。
步骤（3）中，SDNC发送的控制器广播消息中包括但不限于SDNC的IP地址、协议端口号、所使用的MPLS单播标签、SDNC的MAC地址（或与之存在对应关系的站号）；PT或UT节点获取SDNC上述信息的方式包括但不限于通过SDNC的PACKET OUT消息在所有SDN交换机端口进行广播分发或者静态配置方式；
步骤（5）中，PT或UT节点向SDNC发送的组播终端注册消息，包含该PT或UT的MAC地址（或与之存在对应关系的站号）、所对应的MPLS单播标签，保活保持时间、路由信令使用的IP地址等。
步骤（9）中，PT或UT节点在向SDNC发送的卫星组播加入消息中，至少携带组播源所在PT或UT节点的MAC地址（或与之存在对应关系的站号），SDNC根据组播源所在PT或UT节点的MAC地址（或与之存在对应关系的站号），查找组播注册终端，得组播源所在的SDN交换机，作为该组播转发树的树根。
上述基于软件定义的高通量卫星网络组播路由系统和方法能够支持虚拟子网和租户隔离。SDNC与PT、UT之间的卫星组播专用路由信令消息中通过添加该PT或UT的虚拟子网标识，能够使SDNC对所有注册的PT、UT基于虚拟子网进行管理和进行组播路由计算，高通量卫星网络链路帧增加VLAN帧字段，将虚拟子网映射到VLAN标签中，能够实现虚拟子网在数据面的映射和区分，SDN交换机通过MPLS标签和VLAN标签的同时匹配查找，实现租户路由转发的数据面隔离。
上述基于软件定义的高通量卫星网络组播路由系统和方法，对于IPv4 PIM-SSM协议与IPv6 PIM-SSM协议均适用。
总之，本发明针对高通量卫星通信系统大容量、海量用户、多点波束的特点，设计了基于软件定义的组播路由系统与方法，能够满足大量用户数据在信关站内与信关站间的高效组播路由交换，通过与卫星链路的高度耦合，实现了高通量卫星网络内用户移动的快速感知，能够极大缩短动中通用户的越区切换的中断时间，大大提升了网络响应能力。本发明具有对外兼容标准组播路由协议、支持路由快速切换、适应高机动用户应用的特点。
以上仅为本发明的较佳实施例而已，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 (9)

1.一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由系统，包括用户站终端、信关站协议设备、信关站信道设备、信关站SDN交换机、SDN控制器，其特征在于，还包括：
用户站终端组播路由控制面模块，实现标准组播协议与卫星组播专用路由信令的转换，用户站终端在地面侧与用户网络中的路由器或主机进行标准组播协议的交互，用户站终端在卫星侧与SDN控制器进行卫星组播专用路由信令的交互；
用户站终端组播路由转发面模块，从用户侧去往卫星侧的数据流方向上，IP组播数据先进行IP组播路由的查找转发，再进行组播MPLS映射表的查找，查找成功后得到组播MPLS标签，将IP组播数据封装包含该组播MPLS标签的MPLS帧头和二层MAC帧头，然后通过卫星组播/广播载波发送到卫星网络；从卫星侧到用户侧的数据流方向上，用户站终端从卫星组播/广播载波接收到MPLS组播数据后，先对MPLS组播数据进行MAC帧头与MPLS帧头的解封装，然后进行IP组播路由的查找转发，查找成功后转发到本地用户网络中；
信关站协议设备组播路由控制面模块，实现标准组播协议与卫星组播专用路由信令的转换，信关站协议设备在地面侧与地面网络中的路由器或主机进行标准组播协议的交互，信关站协议设备在卫星侧与SDN控制器进行卫星组播专用路由信令的交互；
信关站协议设备组播路由转发面模块，从地面侧去往卫星侧的数据流方向上，IP组播数据先进行IP组播路由的查找转发，再进行组播MPLS映射表的查找，查找成功后得到组播MPLS标签，将IP组播数据封装包含该组播MPLS标签的MPLS帧头和二层MAC帧头，然后发送给信关站SDN交换机；从卫星侧到地面侧的数据流方向上，信关站协议设备从信关站SDN交换机接收到MPLS组播数据后，先对MPLS组播数据进行MAC帧头与MPLS帧头的解封装，然后进行IP组播路由的查找转发，查找成功后转发到地面网络中；
信关站信道设备组播转发模块，从地面侧去往卫星侧的数据流方向上，信关站信道设备从信关站SDN交换机接收到MPLS数据后，经信关站信道设备识别为MPLS组播数据后，进行调制经卫星信道发送到相应的组播/广播载波上；从卫星侧去往地面侧的数据流方向上，信关站信道设备从卫星组播/广播载波接收到MPLS组播数据后，转发给直连的信关站SDN交换机；
CMU组播信道控制模块，实现高通量网络的组播信道资源分配和管理；用户站终端入网时，CMU根据已分配资源情况、剩余资源情况以及用户站终端上报的自身传输能力为用户站终端分配合适的组播/广播收发载波；所有组播/广播载波的分配情况形成用户站终端与组播/广播的收发对应关系；CMU将分配的组播/广播载波指定给信关站内的信关站信道设备进行收发，形成信关站信道设备与组播/广播载波的收发对应关系，CMU获得信关站内信关站信道设备与SDN交换机端口一一对应的连接关系，综合收发载波与用户站终端、收发载波与信关站信道设备间的对应关系、信关站信道设备与SDN交换机端口的对应关系，匹配得到SDN交换机各端口与各用户站终端间的组播收发连通关系，并将组播收发连通关系发送给SDN控制器；
SDN控制器组播路由控制模块，实现高通量网络信关站内、信关站间的MPLS组播路由集中控制；SDN控制器与各信关站内的SDN交换机通过南向接口协议进行交互，发现信关站之间的网络拓扑；与用户站终端或信关站协议设备进行卫星组播专用路由信令的交互，管理维护高通量网络内运行PIM-SSM协议的用户站终端或信关站协议设备；与各信关站的CMU交互得到SDN交换机各端口与各用户站终端间的对应关系；根据运行PIM-SSM协议的用户站终端或信关站协议设备发送的卫星组播加入剪枝消息计算信关站内、信关站间的组播MPLS转发路径、分配组播MPLS标签，生成组播MPLS映射表与组播MPLS转发表，并通过南向接口协议将组播MPLS转发表配置到各信关站的SDN交换机，通过与用户站终端或信关站协议设备的卫星组播专用路由信令将MPLS组播映射表配置到组播源所在用户站终端或信关站协议设备；
信关站SDN交换机数据交换模块，SDN交换机与其他信关站SDN交换机之间预先配置成全网状互联的VXLAN隧道，并且预先配置有去往所有目的信关站SDN交换机所有端口的单播MPLS标签转发表；VXLAN隧道用于信关站之间的业务数据、路由信令的传输，单播MPLS标签转发表用于MPLS单播数据和组播路由信令的查表转发；SDN交换机通过南向接口协议接受SDN控制器的控制，根据SDN控制器配置的组播MPLS转发表进行查表转发；去往本信关站其他组播/广播载波的组播MPLS数据，通过查找组播MPLS转发表，转发至SDN交换机对应的出端口，去往其他信关站的组播MPLS数据，通过查找组播MPLS转发表，转发至相应的VXLAN隧道出口。
2.一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由方法，其特征在于，基于如权利要求1所述的基于软件定义的高通量卫星网络组播路由系统实现，包括以下步骤：
步骤1，各个信关站SDN交换机之间预先配置全网状互联的VXLAN隧道，各个信关站SDN交换机预先配置去往所有信关站SDN交换机所有端口的MPLS单播标签转发表，预先配置以SDN控制器为根，所有信关站SDN交换机所有端口为出口的MPLS广播标签转发表，用于卫星单播IP业务、路由信令的互通；
步骤2，SDN控制器与各信关站SDN交换机通过南向接口协议建立连接，并通过拓扑发现机制发现维护SDN交换机之间的连接拓扑；
步骤3，SDN控制器定期通过南向接口协议发送控制器广播消息，该消息在各信关站SDN交换机的非VXLAN隧道的所有端口进行发送，所有信关站协议设备、用户站终端在入网后均能够收到控制器广播消息；
步骤4，信关站协议设备与用户站终端启动后，用户站终端上的组播路由协议在用户侧支持标准组播组协议和PIM-SSM组播路由协议，与用户侧的路由器交互PIM-SSM协议消息，或与主机交互标准组播组协议消息；信关站协议设备上的组播路由协议在地面侧支持标准组播组协议和PIM-SSM组播路由协议，与地面侧的路由器交互PIM-SSM协议消息，或与主机交互标准组播组协议消息；
步骤5，信关站协议设备或用户站终端启动后，在卫星侧根据收到的控制器广播消息中的控制器地址信息，向SDN控制器发送卫星组播终端注册消息，SDN控制器收到所述注册消息后，区分出卫星终端注册的组播协议类型为PIM-SSM，并向该信关站协议设备或用户站终端发送注册响应；
步骤6，信关站协议设备与用户站终端上的组播路由协议与SDN控制器之间存在着保活机制，信关站协议设备与用户站终端在超时时间内收不到SDN控制器的广播信息后，会失效SDN控制器的地址信息；
步骤7，信关站协议设备与用户站终端上的组播路由协议与设备入退网机制相结合，在信关站协议设备与用户站终端入网之后，收到控制器的广播信息后，向SDN控制器发送卫星组播终端注册消息；在信关站协议设备与用户站终端正常退网前，向SDN控制器发送卫星组播终端注销消息；
步骤8，SDN控制器维护所有注册成功的运行组播路由协议的信关站协议设备与用户站终端，这些信关站协议设备、用户站终端与各信关站SDN交换机构成高通量卫星网络内的PIM-SSM组播域拓扑；当信关站协议设备与用户站终端退网后，SDN控制器会失效该信关站协议设备或用户站终端相关联的注册信息和组播转发状态信息，重新计算MPLS组播转发树，删除路径上与该信关站协议设备或用户站终端相关的组播转发信息；
步骤9，当下游的信关站协议设备或用户站终端节点收到地面网络或用户网络的PIM-SSM组播加入消息或IGMP加入消息后，向SDN控制器发送卫星组播加入消息，会向组播源上游信关站协议设备或用户站终端节点单播发送卫星组播加入消息；
步骤10，SDN控制器根据收到的卫星组播加入消息后，根据卫星组播加入消息中携带的源IP地址S和目的IP地址G查找对应的MPLS组播转发树，如果存在，则更新MPLS组播转发树、组播路径以及组播MPLS转发表，通过南向接口协议将组播MPLS转发表更新给组播MPLS路径上的SDN交换机节点；如果MPLS组播转发树不存在，则为源IP地址S和目的IP地址G组播业务分配MPLS组播标签，并根据卫星组播加入消息中携带的组播源信关站协议设备或用户站终端节点信息，组播接收信关站协议设备或用户站终端节点信息，以及保存的注册组播终端信息，查找出当前源节点和接收节点所在的SDN交换机信息，然后计算源IP地址S和目的IP地址G对应的MPLS组播转发树，生成MPLS组播路径和MPLS组播转发表，最后通过南向接口协议下发给MPLS组播路径上的SDN交换机节点，并向组播源所在上游信关站协议设备或用户站终端节点发送卫星组播MPLS映射表配置消息；
步骤11，组播源所在上游信关站协议设备或用户站终端节点收到下游信关站协议设备或用户站终端节点发送的单播卫星组播加入消息后，不进行邻居有效性检查，然后按照标准PIM-SSM协议规定的加入流程进行处理；
步骤12，当下游的信关站协议设备或用户站终端节点收到地面网络或用户网络的PIM-SSM组播剪枝消息或IGMP离开消息后，向组播源上游信关站协议设备或用户站终端节点单播发送卫星组播剪枝消息，向SDN控制器发送卫星组播剪枝消息；
步骤13，SDN控制器根据收到的卫星组播剪枝消息后，根据卫星组播加入消息中携带的源IP地址S和目的IP地址G信息查找对应的MPLS组播转发树，如果不存在，则忽略处理；如果存在，则从对应的MPLS组播转发树中删除该下游信关站协议设备或用户站终端节点，重新计算更新MPLS组播转发路径和MPLS组播转发表，若有变化，则通过南向接口协议向新MPLS组播路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表配置或更新消息，向不再使用的旧MPLS组播路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表删除消息，如果不再存在接收该组播的下游信关站协议设备或用户站终端节点，SDN控制器向组播源所在上游信关站协议设备或用户站终端节点发送卫星组播MPLS映射表删除消息；
步骤14，组播源所在上游信关站协议设备或用户站终端节点收到下游信关站协议设备或用户站终端节点发送的单播卫星组播剪枝消息后，不进行邻居有效性检查，然后按照标准PIM-SSM协议规定的剪枝流程进行处理；
步骤15，当上游的组播IP数据到达信关站协议设备或用户站终端节点后，首先进行IP组播路由的查找，查找成功后，再根据组播源地址S和组播目的地址G查找组播MPLS映射表，根据查找结果封装组播MPLS标签和MAC帧头，对于信关站协议设备节点，封装好的MPLS组播数据被发送给直连的SDN交换机，对于用户站终端节点，则通过卫星组播/广播载波发送到所属信关站SDN交换机；
步骤16，当MPLS组播数据到达信关站SDN交换机后，SDN交换机对来自本站信关站协议设备节点、远端用户站终端节点、VXLAN隧道的MPLS组播数据根据SDN控制器配置的MPLS组播转发表进行统一转发，信关站SDN交换机提取MPLS组播数据中封装的MPLS组播标签，与MPLS组播转发表中的组播标签进行匹配，匹配成功后确定出端口；出端口是本站信关站协议设备节点所在交换机端口、远端用户站终端节点对应交换机端口、VXLAN隧道端口中的多个端口；
步骤17，当MPLS组播数据到达信关站信道设备后，从地面侧去往卫星侧的数据流方向上，信关站信道设备从信关站SDN交换机接收到MPLS组播数据后，经信关站信道设备识别为MPLS组播数据后，进行调制经卫星信道发送到相应的组播/广播载波上；从卫星侧去往地面侧的数据流方向上，信关站信道设备从卫星组播/广播载波解调接收到MPLS组播数据后，转发给直连的信关站SDN交换机；
步骤18，当位于下游的信关站协议设备或用户站终端节点接收到卫星MPLS组播数据后，进行MPLS帧头和MAC帧头的解封装，然后进行IP组播路由，查找成功后转发给下游的地面网络或用户网络；
步骤19，当由于跨星跨波束移动、载波资源调整、故障原因导致用户站终端组播收发载波发生变化，CMU在调整载波分配时，也会同时维护更新其记录的SDN交换机端口与用户站终端的对应关系，并同时发送给SDN控制器，SDN控制器接收到CMU发送的SDN交换机端口与用户站终端的对应关系更新后，更新自身存储的SDN交换机端口与用户站终端的对应关系，并对目前用户站终端正在使用的组播转发树进行重新计算，更新MPLS组播转发路径和MPLS组播转发表，若有变化，则通过南向接口协议向新MPLS组播路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表配置或更新消息，向不再使用的旧路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表删除消息；
步骤20，当信关站协议设备节点、VXLAN隧道接口对应的交换机端口发生变化时，SDN控制器获取SDN交换机端口与信关站协议设备节点、VXLAN隧道接口的对应关系更新，然后更新自身存储的SDN交换机端口与信关站协议设备节点、VXLAN隧道接口的对应关系，并对目前相关的组播转发树进行重新计算，更新MPLS组播转发路径和MPLS组播转发表，若有变化，则通过南向接口协议向新MPLS组播路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表配置或更新消息，向不再使用的旧路径上的SDN交换机节点发送MPLS组播转发表删除消息。
3.根据权利要求2所述的一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由方法，其特征在于，步骤1中，SDN控制器与信关站协议设备、用户站终端之间的卫星组播专用路由信令包括控制器广播消息、组播终端注册消息及响应、卫星组播加入消息及响应、卫星组播剪枝消息及响应、组播终端注销消息及响应；卫星组播专用路由信令是不带确认的周期性交互，此时各信令没有响应确认消息，或者是带确认的一次交互机制；SDN控制器在重启后无法恢复当前组播终端和组播转发树状态的情况下，卫星组播专用路由信令采用不带确认的周期性交互机制，在SDN控制器重启后能够恢复当前组播终端和组播转发树状态的情况下，采用带确认的一次交互机制，减少路由控制信令开销。
4.根据权利要求2所述的一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由方法，其特征在于，步骤8中，SDN控制器计算MPLS组播转发树所用的方法为基于最短路径树或最小生成树的策略。
5.根据权利要求2所述的一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由方法，其特征在于，步骤2中，SDN控制器与SDN交换机节点之间采用的南向接口协议是标准南向接口协议OPENFLOW；采用的拓扑发现机制是标准OPENFLOW协议采用的LLDP发现机制，或是通过网管设备提供的配置输入。
6.根据权利要求2所述的一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由方法，其特征在于，步骤3中，SDN控制器发送的控制器广播消息中包括SDN控制器的IP地址、协议端口号、所使用的MPLS单播标签，以及SDN控制器的MAC地址或与之存在对应关系的站号；信关站协议设备或用户站终端节点获取SDN控制器上述信息的方式为静态配置方式，或者通过SDN控制器的PACKET OUT消息在所有SDN交换机端口进行广播分发。
7.根据权利要求2所述的一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由方法，其特征在于，步骤5中，信关站协议设备或用户站终端节点向SDN控制器发送的组播终端注册消息，包含该信关站协议设备或用户站终端的MAC地址或与之存在对应关系的站号，以及所对应的MPLS单播标签、保活保持时间、路由信令使用的IP地址。
8.根据权利要求2所述的一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由方法，其特征在于，步骤9中，信关站协议设备或用户站终端节点在向SDN控制器发送的卫星组播加入消息中，至少携带组播源所在信关站协议设备或用户站终端节点的MAC地址或与之存在对应关系的站号，SDN控制器根据组播源所在信关站协议设备或用户站终端节点的MAC地址或与之存在对应关系的站号，查找组播注册终端，得组播源所在的SDN交换机，作为该组播转发树的树根。
9.根据权利要求2所述的一种基于软件定义的高通量卫星网络组播路由方法，其特征在于，SDN控制器与信关站协议设备、用户站终端之间的卫星组播专用路由信令消息中通过添加该信关站协议设备或用户站终端的虚拟子网标识，使SDN控制器对所有注册的信关站协议设备、用户站终端基于虚拟子网进行管理和进行组播路由计算，高通量卫星网络链路帧增加VLAN帧字段，将虚拟子网映射到VLAN标签中，实现虚拟子网在数据面的映射和区分，SDN交换机通过MPLS标签和VLAN标签的同时匹配查找，实现租户路由转发的数据面隔离。
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