CN117060972A - 一种用于高通量卫星的组播方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种用于高通量卫星的组播方法和系统，该方法用于数据网关XGW，包括：与调度器DDM之间建立组播通道；接收来自GTP‑U接口的前向组播报文和/或接收来自SGi接口的返向组播报文；解析所述组播报文,并根据报文类型确定是否通过所述组播通道以组播方式向所述调度器DDM下的卫星终端转发组播报文和/或确定是否通过所述组播通道以组播方式向上层路由器转发组播报文，通过该方法的方案大幅减少了卫星系统的带宽资源浪费，通过组播方式传输数据,而不是单播给每个终端,避免了大量重复报文的传输,极大地减少了卫星带宽的浪费。

Description

一种用于高通量卫星的组播方法和系统

技术领域

本发明涉及卫星通信领域，具体涉及一种用于高通量卫星的组播方法和系统。

背景技术

目前在高通量卫星系统中，数据网关XGW负责分发处理数据，包括返向和前向数据。

当前，数据网关XGW收到前向组播报文，采用单播的方式向调度器(DDM)下的所有已注册的小站转发报文，如图1所示。众所周知，在终端多，流量大的系统中，单播是无法应对庞大的数据流压力的。单播的方式，存在大量报文的重复发送，这不仅浪费了大量带宽，也增加了数据网关XGW等系统的负担，很容易造成网络阻塞。

所以，必须采用新的方法来进行数据转发，从而解决网络拥塞问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种用于高通量卫星的组播方法，用于数据网关XGW，包括：一种用于高通量卫星的组播方法，

与调度器DDM之间建立组播通道；

接收来自GTP-U接口的返向组播报文和/或接收来自SGi接口的前向组播报文；

解析所述组播报文，并根据报文类型确定是否通过所述组播通道以组播方式确定是否通过所述组播通道以组播方式向上层路由器或交换机转发组播报文和/或向所述调度器DDM下的卫星终端转发所述组播报文。

特别地，每个卫星虚拟网络SVN维护了一个调度器DDM信息表，其中每个所述调度器DDM下维护了一个组播组IP地址列表。

特别地，若GTP-U接口接收的所述返向组播报文为IGMP Report报文，则获取IGMP报文头部中的组播IP地址和组成员IP地址；根据TEID找到用户的承载；在承载关联的卫星虚拟网络SVN中查找对应的调度器DDM，向所述对应的调度器DDM查找对应的组播IP Map表；更新其中组播IP地址的时间戳，并根据所述组播IP MAP表转发IGMP Report报文，以抑制其他终端发送所述IGMP Report报文到所述组播网络中。

特别地，若向所述对应的调度器DDM查找对应的组播IP Map表时未找到组播IPMap表，则先新建所述组播IP Map表。

特别地，若GTP-U接口接收的所述返向组播报文为Leave类型的IGMP报文，则获取IGMP报文头部中的组播IP地址和组成员IP地址，不向路由器或交换机转发。

特别地，定时判断组播IP地址的时间戳，若当前时间跟组播IP的时间戳相差大于300秒，则认为组播IP地址已老化，将其从组播IP Map表中删除；当卫星虚拟网络SVN的所有调度器DDM下均没有组播IP地址时，构造IGMP leave报文发给上层路由器或交换机。

特别地，若所述SGi接口接收的所述前向组播报文为IGMP报文，则遍历组播组内所有的调度器DDM，判断只要所述调度器DDM下存在卫星终端，则转发给该调度器DDM。

特别地，若SGi接口接收的所述前向组播报文为Query类型的IGMP报文，则会进一步判断该卫星虚拟网络SVN下的所述调度器DDM内是否存在组播IP地址；如果存在，则返回IGMP Report应答。

特别地，若SGi接口接收的所述前向组播报文为组播数据报文，则遍历该卫星虚拟网络SVN下组播组的所有调度器DDM；判断该调度器DDM是否存在接入的卫星终端，若没有卫星终端，则不进行转发；否则根据组播IP地址查找组播IP Map表，若找到IP Map表，则向所述调度器DDM发送组播报文。

本发明还提出了一种用于高通量卫星的组播系统，该系统包括数据网关XGW和调度器DDM，包括：

数据网关XGW与调度器DDM之间建立组播通道；

所述数据网关XGW接收来自GTP-U接口的返向组播报文和/或接收来自SGi接口的前向组播报文；

所述数据网关XGW解析所述组播报文，并根据报文类型确定是否通过所述组播通道以组播方式确定是否通过所述组播通道以组播方式向上层路由器或交换机转发组播报文和/或向所述调度器DDM下的卫星终端转发所述组播报文。

有益效果：

1、大幅减少了卫星系统的带宽资源浪费，通过组播方式传输数据,而不是单播给每个终端,避免了大量重复报文的传输,极大地减少了卫星带宽的浪费。

2、降低了卫星系统的数据转发压力，组播方式减少重复报文,缓解了卫星系统特别是XGW等设备的数据转发压力,提高了系统转发性能。

3、减少了卫星系统对上游设备的冲击，通过处理和抑制组播协议报文,减轻了对上层路由器/交换机的流量冲击。

4、提高了卫星系统链路的利用效率，充分利用了卫星前向链路资源充足的优势,降低对返向链路资源紧张的占用,提升了链路利用效率。

5、支持了大规模终端的组播业务需求，可以支持大量终端同时接收组播服务,满足了高通量卫星系统大规模组播业务的需求。

6、提高了卫星系统的可扩展性，组播方式提高了卫星系统扩展终端数和业务容量的能力,增强了卫星系统的可扩展性。

综上,卫星组播技术方案在提升性能、减少资源浪费、支持大规模业务等多方面具有明显的技术效果和优势。

附图说明

图1为现有技术中高通量卫星系统采用单播组网的示意图；

图2为本发明中高通量卫星系统采用组播组网的示意图；

图3为本发明中高通量卫星系统组网设备之间组播关系示意图；

图4为本发明中高通量卫星系统组网设备之间报文处理过程示意图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

本发明提供了一种用于高通量卫星的组播方法，用于数据网关XGW，报文处理过程，其中数据网关XGW是调度器DDM和用户侧网络设备的分发处理单元。调度器DDM：负责单个SATNET上卫星终端的接入控制，数据调度等功能；UE：卫星终端；PC：终端侧的业务主机。此外，XGW通过解析IGMP协议报文，维护组播组的信息，从而实现更有效的组播报文转发。对于数据流向的解释，前向表示从系统侧到UE侧发送报文的方向；返向则表示从UE侧到系统侧发送报文的方向。

数据网关XGW的每个卫星虚拟网络SVN维护了一个调度器DDM信息表；每个调度器DDM下维护一个组播组IP地址列表。具体的数据关系如图3所示。该方法流程如图4所示，包括：

数据网关XGW与调度器DDM之间建立组播通道；对于返向组播报文的处理，数据网关XGW从GTP-U接口收到报文后进行报文解析，判断如果是IGMP报文，根据IGMP报文类型做进一步处理：

如果是Report类型：获取IGMP报文头中的组播IP地址和组成员IP地址。根据TEID找到用户的承载，在承载关联的卫星虚拟网络SVN的调度器DDM信息表中，根据组播IP地址查找组播IP Map表，如果找不到，则先新建组播IP Map表，更新组播IP的时间戳。

将该Report报文转发到该组播组所在的调度器DDM下，从而实现抑制该调度器DDM下其他小站发送Report应答，节省返向流量的目的。在卫星系统中，前向带宽资源相对充裕，而返向带宽资源则比较稀缺。如果小站侧的主机都发送report应答，会导致严重的返向流量浪费。

因此，该report报文不转发给上层路由器或交换机。在实际使用场景中，可能有很多主机加入了组播组。如果所有的report报文都转发给上层路由器，则势必造成路由器的压力，对正常的组播流也会造成冲击，数据网关XGW会自行构造report报文发给上层路由器。

根据IGMP报文类型做进一步处理，如果是Leave类型：获取IGMP头中的组播IP和组成员IP。不用把leave报文转发给上层路由器，减少对路由器或交换机的冲击。

对于组播IP地址老化处理：定时判断组播IP地址的时间戳，若当前时间跟组播IP地址的时间戳相差大于300秒，则认为组播IP地址已老化，需删除。当卫星虚拟网络SVN的所有调度器DDM下均没有组播IP地址时，数据网关XGW构造IGMP leave报文发给上层路由器。

本发明还提出了数据网关XGW与调度器DDM之间建立组播通道后，对于前向组播报文的处理方法：数据网关XGW接收来自SGi接口的前向组播报文；解析所述组播报文,并根据报文类型确定是否通过所述组播通道以组播方式向所述调度器DDM下的卫星终端转发组播报文。

判断如果是IGMP报文或组播数据报文，需做进一步处理：若是IGMP协议报文：

数据网关XGW收到前向IGMP协议报文，遍历组播组内所有的调度器DDM节点，判断只要该调度器DDM下存在小站，则转发给该调度器DDM。

如果数据网关XGW收到的IGMP报文是Query类型，则会进一步判断该SVN下的调度器DDM内是否存在组播IP。如果存在，则XGW会返回IGMP Report应答。

判断如果是组播数据报文时，需做进一步处理：数据网关XGW收到了某个SVN的前向组播数据报文，直接将该报文发送给该SVN内的所有DDM会严重浪费空口流量。因此，需要增加如下处理步骤：遍历本卫星虚拟网络SVN下组播组的所有调度器DDM节点；判断该调度器DDM是否存在接入的卫星终端，如果无卫星终端，则不进行转发。根据组播IP地址查找组播IP Map表，如果找到，则向该DDM发送组播报文；否则不进行转发。

通过以上处理步骤，可以避免向未加入组播组的DDM节点发送组播报文，从而减少空口流量的浪费。

本发明还提出了一种用于高通量卫星的组播系统，该系统包括数据网关XGW和调度器DDM，其中，数据网关XGW与调度器DDM之间建立组播通道；所述数据网关XGW从GTP-U接口收到报文后进行报文解析，判断如果是IGMP报文，根据IGMP报文类型做进一步处理：

数据网关XGW与调度器DDM之间建立组播通道；对于返向组播报文的处理，数据网关XGW从GTP-U接口收到报文后进行报文解析，判断如果是IGMP报文，根据IGMP报文类型做进一步处理：

如果是Report类型：获取IGMP报文头中的组播IP地址和组成员IP地址。根据TEID找到用户的承载，在承载关联的卫星虚拟网络SVN的调度器DDM信息表中，根据组播IP地址查找组播IP Map表，如果找不到，则先新建组播IP Map表，更新组播IP的时间戳。

将该Report报文转发到该组播组所在的调度器DDM下，从而实现抑制该调度器DDM下其他小站发送Report应答，节省返向流量的目的。在卫星系统中，前向带宽资源相对充裕，而返向带宽资源则比较稀缺。如果小站侧的主机都发送report应答，会导致严重的返向流量浪费。

因此，该report报文不转发给上层路由器或交换机。在实际使用场景中，可能有很多主机加入了组播组。如果所有的report报文都转发给上层路由器，则势必造成路由器的压力，对正常的组播流也会造成冲击，数据网关XGW会自行构造report报文发给上层路由器。

根据IGMP报文类型做进一步处理，如果是Leave类型：获取IGMP头中的组播IP和组成员IP。不用把leave报文转发给上层路由器，减少对路由器或交换机的冲击。

对于组播IP地址老化处理：定时判断组播IP地址的时间戳，若当前时间跟组播IP地址的时间戳相差大于300秒，则认为组播IP地址已老化，需删除。当卫星虚拟网络SVN的所有调度器DDM下均没有组播IP地址时，数据网关XGW构造IGMP leave报文发给上层路由器。

本发明还提出了数据网关XGW与调度器DDM之间建立组播通道后，对于前向组播报文的处理方法：数据网关XGW接收来自SGi接口的前向组播报文；解析所述组播报文,并根据报文类型确定是否通过所述组播通道以组播方式向所述调度器DDM下的卫星终端转发组播报文和/或确定是否通过所述组播通道以组播方式向上层路由器转发组播报文。

判断如果是IGMP报文或组播数据报文，需做进一步处理：若是IGMP协议报文：

数据网关XGW收到前向IGMP协议报文，遍历组播组内所有的调度器DDM节点，判断只要该调度器DDM下存在小站，则转发给该调度器DDM。

如果数据网关XGW收到的IGMP报文是Query类型，则会进一步判断该SVN下的调度器DDM内是否存在组播IP。如果存在，则XGW会返回IGMP Report应答。

判断如果是组播数据报文时，需做进一步处理：数据网关XGW收到了某个SVN的前向组播数据报文，直接将该报文发送给该SVN内的所有DDM会严重浪费空口流量。因此，需要增加如下处理步骤：遍历本卫星虚拟网络SVN下组播组的所有调度器DDM节点；判断该调度器DDM是否存在接入的卫星终端，如果无卫星终端，则不进行转发。根据组播IP地址查找组播IP Map表，如果找到，则向该DDM发送组播报文；否则不进行转发。

通过以上处理步骤，可以避免向未加入组播组的DDM节点发送组播报文，从而减少空口流量的浪费。

采用组播方式之后，性能提升明显：

某现网环境，有30个DDM主站。开通组播业务的小站侧主机数量达1000多台。采用组播方式后，前向组播数据占用的带宽，减少了96％。小站侧主机发送的返向IGMP report报文，减少了99.9％。上层路由器/交换机接收的IGMP report报文，减少了99.9％。

综上所述，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。

对于本领域技术人员而言，显然本发明实施例不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化涵括在本发明实施例内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。系统、装置或终端权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称，而并不表示任何特定的顺序。

最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于高通量卫星的组播方法，用于数据网关XGW，其特征在于，包括：

与调度器DDM之间建立组播通道；

接收来自GTP-U接口的返向组播报文和/或接收来自SGi接口的前向组播报文；

解析所述组播报文，并根据报文类型确定是否通过所述组播通道以组播方式确定是否通过所述组播通道以组播方式向上层路由器或交换机转发组播报文和/或向所述调度器DDM下的卫星终端转发所述组播报文。

2.如权利要求1所述的用于高通量卫星的组播方法，其特征在于：每个卫星虚拟网络SVN维护了一个调度器DDM信息表，其中每个所述调度器DDM下维护了一个组播组IP地址列表。

3.如权利要求2所述的用于高通量卫星的组播方法，其特征在于：若GTP-U接口接收的所述返向组播报文为IGMP Report报文，则获取IGMP报文头部中的组播IP地址和组成员IP地址；根据TEID找到用户的承载；在承载关联的卫星虚拟网络SVN中查找对应的调度器DDM，向所述对应的调度器DDM查找对应的组播IP Map表；更新其中组播IP地址的时间戳，并根据所述组播IP MAP表转发IGMP Report报文，以抑制其他终端发送所述IGMP Report报文到所述组播网络中。

4.如权利要求3所述的用于高通量卫星的组播方法，其特征在于：

若向所述对应的调度器DDM查找对应的组播IP Map表时未找到组播IP Map表，则先新建所述组播IP Map表。

5.如权利要求2所述的用于高通量卫星的组播方法，其特征在于：若GTP-U接口接收的所述返向组播报文为Leave类型的IGMP报文，则获取IGMP报文头部中的组播IP地址和组成员IP地址，不向路由器或交换机转发。

6.如权利要求2所述的用于高通量卫星的组播方法，其特征在于：定时判断组播IP地址的时间戳，若当前时间跟组播IP的时间戳相差大于300秒，则认为组播IP地址已老化，将其从组播IP Map表中删除；当卫星虚拟网络SVN的所有调度器DDM下均没有组播IP地址时，构造IGMP leave报文发给上层路由器或交换机。

7.如权利要求2所述的用于高通量卫星的组播方法，其特征在于：若所述SGi接口接收的所述前向组播报文为IGMP报文，则遍历组播组内所有的调度器DDM，判断只要所述调度器DDM下存在卫星终端，则转发给该调度器DDM。

8.如权利要求7所述的用于高通量卫星的组播方法，其特征在于：若SGi接口接收的所述前向组播报文为Query类型的IGMP报文，则会进一步判断该卫星虚拟网络SVN下的所述调度器DDM内是否存在组播IP地址；如果存在，则返回IGMP Report应答。

9.如权利要求7所述的用于高通量卫星的组播方法，其特征在于：若SGi接口接收的所述前向组播报文为组播数据报文，则遍历该卫星虚拟网络SVN下组播组的所有调度器DDM；判断该调度器DDM是否存在接入的卫星终端，若没有卫星终端，则不进行转发；否则根据组播IP地址查找组播IP Map表，若找到IP Map表，则向所述调度器DDM发送组播报文。

10.一种用于高通量卫星的组播系统，该系统包括数据网关XGW和调度器DDM，其特征在于，

数据网关XGW与调度器DDM之间建立组播通道；

所述数据网关XGW接收来自GTP-U接口的返向组播报文和/或接收来自SGi接口的前向组播报文；

所述数据网关XGW解析所述组播报文，并根据报文类型确定是否通过所述组播通道以组播方式确定是否通过所述组播通道以组播方式向上层路由器或交换机转发组播报文和/或向所述调度器DDM下的卫星终端转发所述组播报文。