CN116347557A - 低轨道卫星网络路由方法、控制装置及计算机可读存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明涉及低轨道卫星网络路由方法、控制装置及计算机可读存储介质，所述方法包括：响应于网关节点向卫星节点发送的报文，根据路由路径表以及数据包中的终点卫星的信息查询得到用于报文传输的第一路由路径，其中所述卫星节点的种类包括：起点卫星、终点卫星以及中间传输卫星；基于第一路由路径信息使用标签的方式将所述报文从起点卫星发送至终点卫星。通过标签形式的路由路径表以及标签形式的信息转发操作，相对于标签栈传输数据的方式，压缩了报文头的数据长度，节省了通信带宽。

Description

低轨道卫星网络路由方法、控制装置及计算机可读存储介质

技术领域

本发明涉及卫星通信技术领域，具体提供一种低轨道卫星网络路由方法、控制装置及计算机可读存储介质。

背景技术

低轨道LEO(Low Earth Orbit)卫星运行于高度500到2000公里之间的圆形轨道上。LEO卫星以非常高的速度绕地球飞行，单颗LEO卫星地面可见时间一般为10分钟左右。与此同时，单颗LEO卫星的覆盖面积不大，要实现全球持续性覆盖，需要几十颗到上百颗卫星组网。空间网络具有拓扑结构持续动态变化、卫星存储和处理能力有限、星间链路ISL(Inter Satellite Link)传输时延长等特点。

公开号为CN 115514407 A的中国申请文件公开了一种低轨卫星网络路由方法、系统及计算机可读存储介质，所述方法包括：根据各个所述路由路径上卫星的标签ID生成对应的标签栈，并将所述标签栈和所述IP路由表上注至所述源卫星，当所述第一标签栈中的标签全部弹出时，所述数据包到达所述目的卫星。

上述文件中使用了标签栈的形式进行报文的传递，但是通过标签栈的形式其标签栈所占用的长度就超过2N Bytes，压缩了通信的带宽。

相应地，本领域需要一种新的网络路由方案来解决上述问题。

发明内容

为了克服上述缺陷，提出了本发明，以提供解决或至少部分地解决现有技术中的标签栈如占用带宽高的技术缺点。

在第一方面，本发明提供一种低轨道卫星网络路由方法，所述方法包括：

响应于网关节点向卫星节点发送的报文，根据路由路径表以及数据包中的终点卫星的信息查询得到用于报文传输的第一路由路径，其中所述卫星节点的种类包括：起点卫星、终点卫星以及中间传输卫星；

基于第一路由路径信息使用标签的方式将所述报文从起点卫星发送至终点卫星。

在所述报文由起点卫星发送至终点卫星的过程中，根据所述发送卫星处于路由路径中的位置以及所述第一路由路径信息在报文中选择性的压入、交换或弹出星间标签，其中星间标签为接收卫星对应该路径的唯一身份标签，所述接收卫星基于星间标签确定所述第一路由路径。

所述基于第一路由路径信息使用标签的方式将所述报文从起点卫星发送至终点卫星，包括：

基于第一路由路径信息形成路径静态标签，其中所述路径静态标签中包括起点卫星信息、终点卫星信息以及路径信息；或者基于第一路由路径信息创建星间标签，其中所述星间标签与路径唯一对应；

根据所述路径静态标签或星间标签将所述报文从起点卫星发送至终点卫星。

进一步的，其中所述路由路径表与第一路由路径中卫星节点之间的连接路径均是基于第一路由路径创建，其中所述第一路由路径是基于卫星节点计算得来的虚拟路径；

所述根据路由路径表以及数据包中的终点卫星的信息查询得到用于报文传输的第一路由路径前，所述方法还包括：

将所述路由路径表同步至路由路径中的所有卫星节点中。

进一步的，中间传输卫星在收到其他卫星节点发送的报文时，根据所述路由路径表以及报文中的星间标签查询得到对应的第一路由路径。

进一步的，所述根据所述发送卫星处于路由路径中的位置以及所述第一路由路径信息在报文中选择性的压入、交换或弹出星间标签，包括：

若发送卫星是起点卫星，则根据第一路由路径信息得到次级的卫星节点对应的星间标签，并

将次级的卫星节点对应的星间标签压入报文中，其中起点卫星将带有星间标签的报文发送至次级卫星节点；

若发送卫星是终点卫星，则弹出报文中的星间标签，其中终点卫星根据报文中的链路层地址将数据包发送至终端；

若发送卫星是中间传输卫星，则收到由上一级的卫星节点发送的报文后，

根据第一路由路径信息得到下一级的卫星节点对应的星间标签，并

基于所述下一级的卫星节点对应的星间标签对接收到的报文中的星间标签进行交换操作，其中该中间传输卫星将带有星间标签的报文发送至下一级的卫星节点。

进一步的，其中路由路径表与第一路由路径中卫星节点之间的连接路径的创建方法，包括：

响应于网关节点向第一路由路径中的起点卫星发送的先导数据包，基于先导数据包中的第一路由路径信息由起点卫星逐级向下一级的卫星节点传递路径连接请求，其中所述下一级的卫星节点在收到上一级的卫星节点传递的路径连接请求后与上一级节点建立路径连接；

所述终点卫星接收到路径连接请求后以反向的第一路由路径逐级的向上一级的卫星节点传递第一响应信息，其中所述上一级的卫星节点在收到下一级的卫星节点传递的第一响应信息后将该卫星节点的第二响应信息同第一响应信息一同传递至上一级节点，其中所述响应信息包括有效时间以及带宽利用率；

所述起点卫星收到来自于次级的卫星节点发送来的响应信息；

基于所述响应信息以及路由路径建立星间标签形式的路由路径表。

进一步的，其中所述路由路径信息通过标签栈形式进行表达，其中标签栈中包括多个标签段，其中每个标签段均代表路由路径中的其中一个卫星节点的网元编号标签；

所述标签段按照路由路径中的卫星节点的顺序进行顺序排列，其中所述卫星节点根据标签段的排列顺序得到需要发送至的下一级卫星节点；

其中所述路径连接请求中包括该标签栈。

进一步的，当卫星节点收到来自于上一个节点发送的路径连接请求后，弹出所述标签栈中的属于自身卫星节点的标签段；

根据弹出后的标签栈中标签段的排列顺序将路径连接请求发送至下一级卫星节点。

进一步的，所述终点卫星在弹出唯一的标签段后，根据链路层地址将报文发送至终端。

进一步的，当卫星节点沿着第一路由路径向下一级卫星节点发送报文失败时，根据终点卫星的信息以及路由路径表得到第二路由路径；

基于所述第二路由路径形成对应路由路径信息的标签栈，其中标签栈中包括多个标签段，其中每个标签段均代表第二路由路径中的其中一个卫星节点标签；

所述标签段按照第二路由路径中的卫星节点的顺序进行顺序排列，其中所述卫星节点根据标签段的排列顺序得到需要发送至的下一级卫星节点。

在第二方面，提供一种控制装置，该控制装置包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行上述低轨道卫星网络路由方法的技术方案中任一项技术方案所述的低轨道卫星网络路由方法。

在第三方面，提供一种计算机可读存储介质，该计算机可读存储介质其中存储有多条程序代码，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行上述低轨道卫星网络路由方法的技术方案中任一项技术方案所述的低轨道卫星网络路由方法。

本发明上述一个或多个技术方案，至少具有如下一种或多种

有益效果：

在实施本发明的技术方案中，通过标签形式的路由路径表以及标签形式的信息转发操作，相对于标签栈传输数据的方式，压缩了报文头的数据长度，节省了通信带宽。

附图说明

参照附图，本发明的公开内容将变得更易理解。本领域技术人员容易理解的是：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本发明的保护范围组成限制。此外，图中类似的数字用以表示类似的部件，其中：

图1是根据本发明的一个实施例的低轨道卫星网络路由方法的主要步骤流程示意图；

图2是根据本发明的一个实施例的卫星节点拓扑结构示意图；

图3是根据本发明的一个实施例的一条卫星的路由路径示意图；

图4是根据本发明的一个实施例的标签栈的结构示意图；

图5是根据本发明的一个实施例的创建一条卫星的路由路径示意图；

图6是根据本发明的一个实施例中的路径连接请求中的主要内容；

图7是根据本发明的一个实施例中的响应信息中的主要内容；

图8是根据本发明的一个实施例的一条卫星的按照路由路径数据传输示意图；

图9是根据本发明的一个实施例的终点静态标签的示意图；

图10是根据本发明的一个实施例的标签栈的处理流程示意图；

图11是根据本发明的一个实施例的路径静态标签的示意图；

图12是根据本发明的一个实施例的星间标签的示意图；

图13是根据本发明的一个实施例的低轨道卫星网络标签栈路由方法的主要步骤流程示意图。

具体实施方式

下面参照附图来描述本发明的一些实施方式。本领域技术人员应当理解的是，这些实施方式仅仅用于解释本发明的技术原理，并非旨在限制本发明的保护范围。

在本发明的描述中，“模块”、“处理器”可以包括硬件、软件或者两者的组合。一个模块可以包括硬件电路，各种合适的感应器，通信端口，存储器，也可以包括软件部分，比如程序代码，也可以是软件和硬件的组合。处理器可以是中央处理器、微处理器、图像处理器、数字信号处理器或者其他任何合适的处理器。处理器具有数据和/或信号处理功能。处理器可以以软件方式实现、硬件方式实现或者二者结合方式实现。非暂时性的计算机可读存储介质包括任何合适的可存储程序代码的介质，比如磁碟、硬盘、光碟、闪存、只读存储器、随机存取存储器等等。术语“A和/或B”表示所有可能的A与B的组合，比如只是A、只是B或者A和B。术语“至少一个A或B”或者“A和B中的至少一个”含义与“A和/或B”类似，可以包括只是A、只是B或者A和B。单数形式的术语“一个”、“这个”也可以包含复数形式。

这里先解释本发明涉及到的一些术语。

在本发明的一个应用场景的例子中，需要将信息从网关节点A开始通过卫星链路将信息传输至终端B。其中网关节点A会首先将信息发送给起点卫星，之后起点卫星沿着某条信息传输路径依次发送到终点卫星，最后由终点卫星发送到终端B中。

实施例1：

参阅附图1，图1是根据本发明的一个实施例的低轨道卫星网络路由方法的主要步骤流程示意图。如图1所示，本发明实施例中的低轨道卫星网络路由方法主要包括下列步骤S10-步骤S50。

步骤S10：基于卫星节点计算得出第一路由路径。

在本实施例中，在卫星通信之前首先需要建立卫星间的通信通道，在本实施例中，第一路由路径是基于卫星节点计算得来的虚拟路径。在第一路由路径中，包含着起点卫星、中间传输卫星以及终点卫星。基于卫星节点的卫星节点信息得到第一路由路径，这些卫星节点信息在星历中能够被实时查询。

一个实施方式中，多数情况下是地面的控制中心通过星历计算得到起点卫星与终点卫星之间最适合传输信息的第一路由路径。在一个极小的时间段内(在本实施例中称为时间片)，星历上的卫星都可以看作是静止的。基于静态路由机制，在每个时间片内，地面站根据星历获得卫星节点之间的静态拓扑结构，即卫星之间的全网拓扑关系，如图2所示。

根据本实施方式中在一个时间片内的拓扑关系，可以依据距离最近、可视弧段最长等策略，计算出每个时间片内分别与发送方地面站和接收方地面站相连的卫星，并称之为每个时间片星上路由的起点卫星Sat_s和终点卫星Sat_d。

基于Dijstra(迪杰斯特拉)算法计算每个时间片内起点卫星Sat_s和终点卫星Sat_d之间的最短路径路由Lk(k＝0)，记为主路径L0。然后计算第k条备选路径，具体地，在当前时刻网络拓扑中删除主路径L0的相关链路，k＝k+1，再次基于Dijstra算法，计算每个时间片内起点卫星Sat_s和终点卫星Sat_d之间的最短路径路由，所得新路由路径即第K条备选路径Lk。如图3所示，(3,5)-(3,6)-(2,1)即为一条主路径。在本实施方式中，信息默认按照主路径传输，本实施例中的第一路由路径即为网关节点A与终端B之间进行信息传递的主路径。本实施例中的第一路由路径是通过计算得出的虚拟路径，卫星节点之间需要以第一路由路径为基础才能构建起真实的用于传输信息的信息传输通道。

需要说明的是，在一个时间片内，卫星之间会根据当前的拓扑结构建立若干条通信通道。之后信息传输时，由地面控制中心从通信通道中选择出合适的一条作为信息传输的通道。在本实施例中计算得到第一路由路径即是其中通信通道的其中一条。

步骤S20：基于第一路由路径创建第一路由路径中卫星节点之间的连接路径与对应的路由路径表。

在本实施例中，路由路径表与第一路由路径中卫星节点之间的连接路径是基于第一路由路径创建。在本实施例中通过步骤S201-步骤S205创建第一路由路径中卫星节点之间的连接路径以及对应的路由路径表，具体如下：

步骤S201：网关节点向第一路由路径中的起点卫星发送先导数据包。

在本实施例中，先导数据包中包含着第一路由路径的第一路由路径信息，其中第一路由路径信息包括第一路由路径的起点卫星信息、终点卫星信息以及中间传输卫星的信息。在本实施例中，当起点卫星收到来自于网关节点发送的先导数据包后，根据先导数据包中的第一路由路径信息构建卫星节点之间的连接网络。连接路径指的是卫星节点之间根据第一路由路径构建的网络信息传输通道。

一个实施方式中，如图3所示，例如计算得到的第一路由路径为卫星(3,5)-(3,6)-(2,1)，(3,5)为起点卫星，(2,1)为终点卫星。网关会向卫星节点(3,5)发送先导数据包。其中(3,5)为星历中卫星的编号，本实施方式中为该卫星的网元编号。

其中先导数据包中包括第一路由路径信息，其中第一路由路径信息是使用标签栈的形式表达的。如图4所示，标签栈形式的路由头中包括多个动态的标签段(Segment)以及若干个固定路由头。每个标签段均代表路由路径中的其中一个卫星节点的网元编号，固定的路由头中的信息表示着此数据包的属性和动态标签段的读取方式。例如S(Signaling&Management Flag，信令管理标志)为1时表示数据包为控制管理信令型数据包、S为0时表示为一般的数据型数据包。在本实施例中，先导数据包的S为1，说明其作用为信令的传递。

在本实施方式中，标签段按照路由路径中的卫星节点的顺序进行顺序排列，其中卫星节点根据标签段的排列顺序得到需要发送至的下一级卫星节点。仍以图4为例，假设图4的动态标签段有三段，顺序分别为(3,5)、(3,6)、(2,1)。则可得知在本实施方式中，第一路由路径的起点卫星为(3,5)，终点卫星为(2,1)，中间传输卫星为(3,6)。起点卫星根据上述信息明确信息的传输路径，从而建立三者之间的信息传输通道。

在本实施方式中，优选的，给出一种具体的标签栈在卫星间传递的方式，如图10所示，具体的是：当卫星节点收到来自于上一个节点发送的路径连接请求后，弹出标签栈中的属于自身卫星节点的标签段，根据弹出后的标签栈中标签段的排列顺序将路径连接请求发送至下一级卫星节点。终点卫星在弹出唯一的标签段后，根据链路层地址将报文发送至终端。

步骤S202：基于先导数据包中的第一路由路径信息由起点卫星逐级向下一级的卫星节点传递路径连接请求。

在本实施例中，路径连接请求用于进行卫星之间的连接，其中路径连接请求中包括第一路由路径信息。上一级的卫星节点将路径连接请求传递给下一级的卫星节点，下一级的卫星节点在收到上一级的卫星节点传递的路径连接请求后，与上一级节点建立路径连接。

一个实施方式中，先导数据包是网关节点A发送的建立卫星间通道的控制信令，路径连接请求是起点卫星发送的建立卫星间通道的控制信令。两者的区别在于当先导数据包发送至起点卫星后，起点卫星可以根据具体的设定对先导数据包进行形式上的转化，从而满足卫星间的通信要求。换句话说，在某些情况下，不需要起点卫星改变先导数据包的形式时，此时路径连接请求即为先导数据包。需要说明的是，此处的路径连接请求即为先导数据包，是指两者形式相同，例如使用相同的标签栈代表路由路径信息。为便于理解，在本实施方式中的路径连接请求即为先导数据包。

如图5和6所示，图6中展示了先导数据包(Pilot Packet)中主要项目，

SRC(Source，起点卫星)：起点卫星编号。

DST：(Destination，终点卫星)终点卫星编号。

PathID：(Path Identification，路径编号)由起点卫星编号和终点卫星编号以及序列号一起构成的具有路由路径信息的全网唯一的号码。

MT(Message Type，消息类别)：建立路径(CreatePath)。

RP：Routing Path，路由路径。

RRP：Record Routing Path，记录路由路径。

如图6所示，当路径连接请求传递到S7时，此时RRP已经记录了相关的路由路径，即卫星节点S7此时通过传递过来的路径连接请求，可知路径连接请求是由卫星节点S4发送而来的，并且是卫星节点S3为起点，通过卫星节点S4发送至卫星节点S7中。同样的，在过程中卫星节点S4通过路径连接请求也能得到，此路径连接请求是由卫星节点S3发送给卫星节点S4的，基于路径连接请求卫星节点S4会将路径连接请求发送至卫星节点S7。

步骤S203：终点卫星接收到路径连接请求后以反向的第一路由路径逐级的向上一级的卫星节点传递第一响应信息。

在本实施例中，其中上一级的卫星节点在收到下一级的卫星节点传递的第一响应信息后，将该卫星节点的第二响应信息同第一响应信息一同传递至上一级节点，其中响应信息包括有效时间以及带宽利用率。

一个实施方式中，如图7所示，卫星节点S7在收到路径连接请求后会沿着反向的第一路由路径逐级传递响应信息，其中响应信息中有路径连接成功或失败的信息、带宽利用率以及有效时间。在本实施方式中，卫星节点S7向卫星节点S4发送的有效时间是指S4与S7所建立的这条路径能够稳定传输数据的有效时间。具体而言，由于处于轨道上的卫星都在不断的运动，所以卫星之间通信的路径只能存在一段时间。此处的有效时间即为两者路径存在的有效时间。带宽利用率反应了此卫星节点的带宽占用率，一个卫星节点能够传输的数据的速率上限是固定的，但是一个卫星节点可能同时运行着多条路由路径，所以留给第一路由路径的带宽就不是满带宽。带宽利用率反应着当前通道能够进行传输的上限与稳定性。

在本实施方式中，终点卫星S7首先将相应信息发送至卫星节点S4中，之后卫星节点S4将自己的响应信息以及终点卫星S7发至卫星节点S4的响应信息一起传递至起点卫星S3中。

步骤S204：起点卫星收到来自于次级的卫星节点发送来的响应信息。

一个实施方式中，起点卫星S3收到的响应信息包括卫星节点S4的响应信息以及S7发至卫星节点S4的响应信息。

步骤S205：基于响应信息以及路由路径建立星间标签形式的路由路径表。

在本实施例中，通过收集到的响应信息以及路由路径建立星间标签形式的路由路径表。在本实施例中，卫星节点会分配标签给第一路由路径，例如某个卫星节点有多个标签，这些标签中会有一个标签将会被唯一使用到某个路径上，如第一路由路径上。则该标签被称为星间标签，星间标签不仅仅会反应出具体代表的唯一卫星节点信息，同时星间标签还代表着特定的路径。路由路径表RPT(Routing Path Table)：路由路径表记录的是一系列面向连接的虚拟传输通道，即标签交换路径。

一个实施方式中，如图12所示，例如网元编号为(6,7)的卫星节点有十个未使用的星间标签，但是在路径建立时，卫星节点(6,7)会单独为此路由路径分配一个星间标签，之后此星间标签和此路径即处于绑定状态。例如分配的星间标签为S9，代表的路径为第一路由路径，则当卫星节点(6,7)在收到其他卫星节点传输的数据中带有星间标签S9，则说明此时信息传输的路径为第一路由路径。根据第一路由路径便能得到下一级需要传输的卫星节点，最终将信息传递至终点卫星。在本实施方式中，星间标签需要4Bytes。

在本实施方式中，结合响应信息以及路由路径建立星间标签形式的路由路径表。此处说明一下，此处的响应信息同时包含起点卫星到网关节点A的响应信息，结合上述路由信息建立路由路径表。之后通过标签路径分发协议LPDP(Label Path DistributionProtocol)将路由路径表进行分发，具体而言，通过路径分发协议LPDP将路由路径表同步至第一路由路径中的每个卫星节点中，同时也会同步到地面网关。

星间标签形式的路由路径表项目少，使得查询的速度快，在同步转发时，转发的效率高。

步骤S30：网关节点向卫星节点发送报文。

在本实施例中，网关节点向起点卫星发送报文。此处的报文为数据型报文。

一个实施方式中，数据由网关节点A最终传输至终端B。其中第一路由路径如图8所示，网关节点向起点卫星发送报文，报文中包括终点卫星的信息。

优选的，一个具体的实施方式中，如图9所示。终点卫星的信息的传输是使用静态标签的方式，静态标签中包括终点卫星的信息。其中TargetID(目标标识)为终点卫星的网元编号。

步骤S40：根据路由路径表以及报文中的终点卫星的信息查询得到用于报文传输的第一路由路径。

在本实施例中，起点卫星基于终点卫星的信息得到传输至终点卫星的第一路由路径。其中第一路由路径即为起点卫星与终点卫星进行数据通信的主路径。之后报文的传递也按照主路径进行数据传输。

步骤S50：基于第一路由路径信息使用标签的方式将报文从起点卫星发送至终点卫星。

在本实施例中，使用标签的方式作为卫星节点之间的信息传输方式。不同于IP地址的方式，使用标签的方式进行星间的通信传输，能避免卫星节点在传输时对报文中的IP地址的频繁解析。

优选的，一个具体的实施方式中，通过步骤S501将报文从起点卫星发送至终点卫星。

步骤S501：根据发送卫星处于路由路径中的位置以及第一路由路径信息在报文中选择性的压入、交换或弹出星间标签。

在本实施例中，一对发送卫星与接收卫星必然是相邻的两个卫星节点，即这两个卫星必然处于同一条路由路径上相邻的节点上。发送卫星与接收卫星是相对的，发送卫星负责报文的发送，发送卫星将报文发送至接收卫星或者是对应终端中。星间标签在步骤S205中已经说明，星间标签为接收卫星对应该路径的唯一身份标签，接收卫星基于星间标签确定第一路由路径。

在本实施例中，标签操作类型包括标签压入(Push)、交换(Swap)和标签弹出(Pop)，它们是标签转发的基本动作。

Push：压入，当IP报文进入IP网关时，IP网关在报文二层GSE首部之前加上一个新标签，标志目的终端所连接的卫星编号。

Swap：交换，当边缘卫星收到目的终端不在本卫星，查找路由路径表交换为星间标签。

Pop：弹出，当报文到达目的终端所在的边缘卫星时，去掉报文的所有标签，根据GSE头寻址找到目标终端。

需要说明的是，第一路由路径有自己的对称性的反向传输路径，关于此路径在信息传输时同第一路由路径大体相同，此处不再赘述。

一个实施方式中，根据发送卫星处于路由路径中的位置不同时，将情况分为三种。即当发送卫星分别是起点卫星、终点卫星或中间传输卫星时，对于星间标签的操作不同，具体为步骤S5011-5013：

步骤S5011：若发送卫星是起点卫星，则根据第一路由路径信息得到次级的卫星节点对应的星间标签，并将次级的卫星节点对应的星间标签压入报文中，其中起点卫星将带有星间标签的报文发送至次级卫星节点。

在本实施例中，次级的卫星节点是指起点卫星的接收卫星。

一个实施方式中，起点卫星在步骤S40中已经得到了第一路由路径信息。之后通过第一路由路径信息在路由路径表中查找并得到次级的卫星节点对应的星间标签，之后将卫星节点对应的星间标签压入报文的报文头中，之后起点卫星将带有星间标签的报文发送至次级卫星节点。

步骤S5012：若发送卫星是终点卫星，则弹出报文中的星间标签，其中终点卫星根据报文中的链路层地址将数据包发送至终端。

在本实施例中，终点卫星将报文中报文头中的星间标签弹出，之后根据链路层地址将数据包发送至终端。

一个实施方式中，对弹出后的报文进行解析便能得到其链路层地址，根据报文的链路层地址将报文发送至对应的终端。此处的终端可以是网关，移动终端等具有接收卫星信号传输能力的无线设备。

步骤S5013：若发送卫星是中间传输卫星，则收到由上一级的卫星节点发送的报文后，根据第一路由路径信息得到下一级的卫星节点对应的星间标签，并基于下一级的卫星节点对应的星间标签对接收到的报文中的星间标签进行交换操作，其中该中间传输卫星将带有星间标签的报文发送至下一级的卫星节点。

在本实施例中，中间传输卫星首先会得到第一路由路径，之后根据第一路由路径信息得到下一级的卫星节点对应的星间标签。

一个实施方式中，根据路由路径表以及接收到的来自于上一级的卫星节点发送的报文中的星间标签查询得到对应的第一路由路径。具体的是，由于星间标签对应着唯一的路径，所以中间传输卫星根据报文中的星间标签结合中间传输卫星中的路由路径表就能知道该报文传输的路由路径。通过查找到对应的路径后，根据第一路由路径信息则能知道下一级的卫星节点对应的星间标签，之后将下一级的卫星节点对应的星间标签替换接收报文的报文头中的星间标签，即交换操作。之后该中间传输卫星将带有下一级的卫星节点的星间标签的报文发送至下一级的卫星节点。

需要说明的是，有的路径中没有中间传输卫星，仅仅由起点卫星和终点卫星构成第一路由路径，所以对于此种情况，就省略了交换的步骤。

在本实施例中，数据传输时在网关侧首先进行IP包头压缩和二层数据加密，然后使用二层(Link Layer,链路层)路由的方法，完成星间传输。到达用户终端后解密二层数据，并且恢复包头和IP数据报文。在本实施例中使用了星间标签的形式，保证了在报文传递的过程中仅仅在网络层上进行了一跳。并且在数据传输的过程中，不必再频繁的对IP地址进行解析、压缩以及解压，便于卫星间数据的转发，相对于IP地址的方式增加了卫星间数据传输的效率。使用标签相对于标签栈的方式，减少了数据报文的长度，有利于信息的传输。

实施例2：

本实施例中大部分内容均与实施例1中相同，不同之处在于步骤S50。本实施例中通过步骤S502-S503将报文从起点卫星发送至终点卫星。

步骤S502：基于第一路由路径信息形成路径静态标签。

在本实施例中，路径静态标签中包括起点卫星信息、终点卫星信息以及路径信息。

一个实施方式中，优选的，如图11所示。当网关节点将报文发送到起点卫星时，起点卫星接收到终点静态标签，通过解析终点静态标签得到第一路由路径信息。通过第一路由路径信息得到路径静态标签。在本实施方式中，路径静态标签中包括路径编号(PathID)。路径编号中包括起点卫星信息、终点卫星信息以及路径信息。卫星节点通过读取路径静态标签得到下一个发送的卫星节点信息。

步骤S503：根据路径静态标签将报文从起点卫星发送至终点卫星。

在本实施例中，起点卫星根据路径静态标签将报文发送至终点卫星。

一个实施方式中，如图11所示的路径静态标签，其中需要6Bytes，其中关于路径编号需要更多的字节，但是路径静态标签相对于星间标签不用频繁的对标签进行交换，但是相对来说路径静态标签会需要更多一些的字节。路径静态标签相对于IP地址在传输的过程中也不用频繁的对IP地址进行压缩和解包。

实施例3：

本实施例中大部分内容均与实施例1中相同，不同之处在于本实施例给出了当报文在发送失败时的解决方案，如图13所示，具体为步骤S601-S603，具体如下：

当星间某条链路发生拥塞或某颗卫星失效时，卫星网络的拓扑也会发生变化，此时在路由表中事先规定好的路由会成为失效路由，即不能进行有效的数据传递的路由。此时可根据当前的网络拓扑，重新计算路由，并补充到路由表中去，直至链路或卫星重新有效。

步骤S601：根据终点卫星的信息以及路由路径表得到第二路由路径。

在本实施例中，当卫星节点沿着第一路由路径向下一级卫星节点发送报文失败时，则寻找第二路由路径。

一个实施方式中，一个卫星节点的路由路径表中有多个路径，这些路径均是由该卫星节点能够进行信息传输的路径。所以当卫星节点沿第一路由路径不能成功的传递报文时，此时根据路由路径表中的路由路径信息以及需发报文的终点卫星的信息计算得到新的路由路径，得到新的路由路径即为第二路由路径。

步骤S602：基于第二路由路径形成对应路由路径信息的标签栈。

在本实施例中，其中标签栈中包括多个标签段，其中每个标签段均代表第二路由路径中的其中一个卫星节点标签。使用标签栈的形式进行数据传递。

一个实施方式中，形成的标签栈如图4所示，本实施方式中形成标签栈的具体步骤与实施例1中步骤S201中形成标签栈的步骤大体相同，此处不再赘述。

步骤S603：标签段按照第二路由路径中的卫星节点的顺序进行顺序排列，其中卫星节点根据标签段的排列顺序得到需要发送至的下一级卫星节点。

本实施例中，使用标签栈的形式在报文发送失败时形成新的发送路径并按照新路径发送，解决了报文在传输过程中发送失败的技术问题。系统同时支持地面控制中心计算路径的集中式路由和星上处理单元计算路径的分布式路由，当集中式路由路径在传输路径出错时，使用分布式路由路径继续传输，增加系统的鲁棒性。

一个实施方式中，以图4为例，详述一下标签栈具体的与节点卫星之间的工作原理。其中：

LT(Label Type，标签类型)：0表示基于路径编号PathID的路径静态标签，1表示基于目的网元编号TargetID的终点静态标签，2表示基于卫星动态分配的动态编号DynamicID的星间标签，3表示标签栈。

S(Signaling&Management Flag，信令管理标志)：0表示数据，1表示控制管理信令。

E(Encryption Flag，加密标志)：0表示未加密，1表示加密。

D(Direction Flag，方向标志)：0表示前向，1表示反向。

M(Mesh Flag，网状标志)：0表示网关与终端间的数据，1表示Mesh数据。

T(Control Type，控件类型)：0表示前向信令，1表示反向信令。当S为0时，本字段无意义。

Reserve：预留位。

Current Entry(当前条目)：表示当前网元需要处理的segment项索引，0到15共16项。

Last Entry(最后一项)：表示最后一个需要处理的segment项索引，0到15共16项。如果Last Entry与Current Entry相同，表示已经处理到最后一个Segment。Last Entry+1表示总Segment数量，决定路由头的长度。

TTL(Time to live，生存时间)：当此值为1或0时，不再转发数据，丢弃。

Segment0-Segment N-1：16位网元编号。卫星上的路由管理卡和链路网关都分别有自己的网元编号。

此处首先说明一下标签栈在不同卫星节点间传输时的情况，在本实施例中，采用固定长度的Routing Header与采用动态Routing Header，对于标签栈处理的方法不同。

具体而言，采用固定长度的Routing Header，则Last Entry在路由路径传输中保持不变，Current Entry在每经过每个卫星节点后加1即可，表示一个segment处理完成。如果采用动态Routing Header，则Current在处理路径上向后移动，但是Current Entry保持不变。同时Last Entry需要减1，表示一个segment处理完成。

在本实施例中，首先会查看Current Entry对应的segment是否是本网元，若非本网元，则说明发送错误。此时采用步骤S601-S603的方法添加新的路由头并且发送到下一个网元或者是向源网元报错。源网元即为此标签栈对应的路径的起点网元。若是本网元与next segment不相连，则同样启动上述的报错执行程序。

当是本网元时，卫星节点在接收到数据之后根据是否是最后一跳(last segment)对报文做出不同的执行方案，若是最后一跳，则管控进程分别处理，通过不同的端口区分管控。若不是最后一跳，当next segment为去馈线或用户线时，则为本星数据，Popup所有标签，前向及Mesh数据根据next segment将报文送至用户终端，反向则根据next segment将报文送至馈线。当next segment为相连的卫星节点时，则为星间数据，Popup current，并根据next segment发送给下一个网元。

在本实施例中，定义路径星链如下，路径星链为多个节点卫星构成的一条卫星链路，从外界来看，其可等价于一个卫星节点。具体的是，在卫星网络中，卫星之间链路的长度不会超过MAXPL(Maximum Path Length，最大路径长度)。即当MAXPL为5时，不会有一个路由路径是六个卫星节点之间构成的链路，如S1-S2-S3-S4-S5-S6。超出此长度的路径不会在卫星网络内创建，需要做跨域路由。将超过MAXPL的路径拆分成多条满足此长度的路径，分别建立路径。在需要长路径传输时，使用多个路径经过边界节点转发。即发送端把数据包传递给自治域中最远的边界节点，再由该节点转发到最终目的地。在本实施例中的中间传输卫星既可以是单颗卫星，也可以是在传输过程中的路径星链。

具体地，需要指出的是，尽管上述实施例中将各个步骤按照特定的先后顺序进行了描述，但是本领域技术人员可以理解，为了实现本发明的效果，不同的步骤之间并非必须按照这样的顺序执行，其可以同时(并行)执行或以其他顺序执行，这些变化都在本发明的保护范围之内。

本领域技术人员能够理解的是，本发明实现上述一实施例的方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，计算机程序包括计算机程序代码，计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。计算机可读存储介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器、随机存取存储器、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读存储介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读存储介质不包括电载波信号和电信信号。

进一步，本发明还提供了一种控制装置。在根据本发明的一个控制装置实施例中，控制装置包括处理器和存储装置，存储装置可以被配置成存储执行上述方法实施例的低轨道卫星网络路由方法的程序，处理器可以被配置成用于执行存储装置中的程序，该程序包括但不限于执行上述方法实施例的低轨道卫星网络路由方法的程序。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该控制装置可以是包括各种电子设备形成的控制装置设备。

进一步，本发明还提供了一种计算机可读存储介质。在根据本发明的一个计算机可读存储介质实施例中，计算机可读存储介质可以被配置成存储执行上述方法实施例的低轨道卫星网络路由方法的程序，该程序可以由处理器加载并运行以实现上述低轨道卫星网络路由方法。为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，具体技术细节未揭示的，请参照本发明实施例方法部分。该计算机可读存储介质可以是包括各种电子设备形成的存储装置设备，可选的，本发明实施例中计算机可读存储介质是非暂时性的计算机可读存储介质。

进一步，应该理解的是，由于各个模块的设定仅仅是为了说明本发明的装置的功能单元，这些模块对应的物理器件可以是处理器本身，或者处理器中软件的一部分，硬件的一部分，或者软件和硬件结合的一部分。因此，图中的各个模块的数量仅仅是示意性的。

本领域技术人员能够理解的是，可以对装置中的各个模块进行适应性地拆分或合并。对具体模块的这种拆分或合并并不会导致技术方案偏离本发明的原理，因此，拆分或合并之后的技术方案都将落入本发明的保护范围内。

至此，已经结合附图所示的优选实施方式描述了本发明的技术方案，但是，本领域技术人员容易理解的是，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 (10)

1.一种低轨道卫星网络路由方法，其特征在于，包括：

响应于网关节点向卫星节点发送的报文，根据路由路径表以及数据包中的终点卫星的信息查询得到用于报文传输的第一路由路径，其中所述卫星节点的种类包括：起点卫星、终点卫星以及中间传输卫星；

基于第一路由路径信息使用标签的方式将所述报文从起点卫星发送至终点卫星。

2.根据权利要求1所述的低轨道卫星网络路由方法，其特征在于，所述基于第一路由路径信息使用标签的方式将所述报文从起点卫星发送至终点卫星，包括：

在所述报文由起点卫星发送至终点卫星的过程中，

根据所述发送卫星处于路由路径中的位置以及所述第一路由路径信息在报文中选择性的压入、交换或弹出星间标签，其中星间标签为接收卫星对应该路径的唯一身份标签，所述接收卫星基于星间标签确定所述第一路由路径。

3.根据权利要求1所述的低轨道卫星网络路由方法，其特征在于，所述基于第一路由路径信息使用标签的方式将所述报文从起点卫星发送至终点卫星，包括：

基于第一路由路径信息形成路径静态标签，其中所述路径静态标签中包括起点卫星信息、终点卫星信息以及路径信息；

根据所述路径静态标签将所述报文从起点卫星发送至终点卫星。

4.根据权利要求1或2中所述的低轨道卫星网络路由方法，其特征在于，包括：

其中所述路由路径表与第一路由路径中卫星节点之间的连接路径均是基于第一路由路径创建，其中所述第一路由路径是基于卫星节点计算得来的虚拟路径；

所述根据路由路径表以及数据包中的终点卫星的信息查询得到用于报文传输的第一路由路径前，所述方法还包括：

将所述路由路径表同步至路由路径中的所有卫星节点中。

5.根据权利要求1、2或4所述的低轨道卫星网络路由方法，其特征在于，所述根据所述发送卫星处于路由路径中的位置以及所述第一路由路径信息在报文中选择性的压入、交换或弹出星间标签，包括：

若发送卫星是起点卫星，则根据第一路由路径信息得到次级的卫星节点对应的星间标签，并

将次级的卫星节点对应的星间标签压入报文中，其中起点卫星将带有星间标签的报文发送至次级卫星节点；

若发送卫星是终点卫星，则弹出报文中的星间标签，其中终点卫星根据报文中的链路层地址将数据包发送至终端；

若发送卫星是中间传输卫星，则收到由上一级的卫星节点发送的报文后，

根据第一路由路径信息得到下一级的卫星节点对应的星间标签，并基于所述下一级的卫星节点对应的星间标签对接收到的报文中的星间标签进行交换操作，其中该中间传输卫星将带有星间标签的报文发送至下一级的卫星节点。

6.根据权利要求1所述的低轨道卫星网络路由方法，其特征在于，其中路由路径表与第一路由路径中卫星节点之间的连接路径的创建方法，包括：

响应于网关节点向第一路由路径中的起点卫星发送的先导数据包，基于先导数据包中的第一路由路径信息由起点卫星逐级向下一级的卫星节点传递路径连接请求，其中所述下一级的卫星节点在收到上一级的卫星节点传递的路径连接请求后与上一级节点建立路径连接；

所述终点卫星接收到路径连接请求后以反向的第一路由路径逐级的向上一级的卫星节点传递第一响应信息，其中所述上一级的卫星节点在收到下一级的卫星节点传递的第一响应信息后将该卫星节点的第二响应信息同第一响应信息一同传递至上一级节点，其中所述响应信息包括有效时间以及带宽利用率；

所述起点卫星收到来自于次级的卫星节点发送来的响应信息；

基于所述响应信息以及路由路径建立星间标签形式的路由路径表。

7.根据权利要求4所述的低轨道卫星网络路由方法，其特征在于，

其中所述路由路径信息通过标签栈形式进行表达，其中标签栈中包括多个标签段，其中每个标签段均代表路由路径中的其中一个卫星节点的网元编号标签；

所述标签段按照路由路径中的卫星节点的顺序进行顺序排列，其中所述卫星节点根据标签段的排列顺序得到需要发送至的下一级卫星节点；

其中所述路径连接请求中包括该标签栈。

当卫星节点收到来自于上一个节点发送的路径连接请求后，弹出所述标签栈中的属于自身卫星节点的标签段；

根据弹出后的标签栈中标签段的排列顺序将路径连接请求发送至下一级卫星节点。

8.根据权利要求1-7中任意一项所述的低轨道卫星网络路由方法，其特征在于，

当卫星节点沿着第一路由路径向下一级卫星节点发送报文失败时，根据终点卫星的信息以及路由路径表得到第二路由路径；

基于所述第二路由路径形成对应路由路径信息的标签栈，其中标签栈中包括多个标签段，其中每个标签段均代表第二路由路径中的其中一个卫星节点标签；

所述标签段按照第二路由路径中的卫星节点的顺序进行顺序排列，其中所述卫星节点根据标签段的排列顺序得到需要发送至的下一级卫星节点。

9.一种控制装置，包括处理器和存储装置，所述存储装置适于存储多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由所述处理器加载并运行以执行权利要求1至8中任一项所述的低轨道卫星网络路由方法。

10.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条程序代码，其特征在于，所述程序代码适于由处理器加载并运行以执行权利要求1至8中任一项所述的低轨道卫星网络路由方法。

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