基于集中式分布式相结合的天基组网路由方法及设备与流程

1.本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及一种基于集中式分布式相结合的天基组网路由方法及设备。


背景技术：

2.随着用户需求和技术的进步，传统的卫星通信系统开始朝着空间组网的天基信息网络发展，路由是实现卫星高效组网的关键技术之一。路由主要有两种实现方式：分布式和集中式。分布式路由中，各节点根据与相邻节点的信令交互收集到的全网链路状态信息，计算路由表，然后依据自身计算的路由表执行数据包转发；集中式路由中，一个控制器统一计算全网路由，并将计算好的路由表发给各节点，使得各节点能够依据接收到的路由表进行数据包转发。
3.分布式路由需要每个节点通过信令交换获取全网的拓扑信息，在天基网络高延时、高误码率、高动态等特点下，分布式路由面临信令交互频繁、路由收敛缓慢等问题。集中式路由通过统一的地面控制器完成路由计算，在天基网络节点数量众多、无法全球布展情况下，地面控制器仅能与少数卫星节点直接相连，集中式路由面临地面控制器难以有效实时感知网络异常情况后实时进行路由管理等问题。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供一种基于集中式分布式相结合的天基组网路由方法及设备，用以快速获取全网拓扑信息，有效感知网络异常情况，实现路由的高效管理，同时降低信令交换频次、加速路由收敛、降低地面控制器算力需求。
5.本发明实施例提供一种基于集中式分布式相结合的天基组网路由方法，包括：
6.地面控制器根据天基网络的网络信息生成指定周期内的全网拓扑预测信息；
7.将所述全网拓扑预测信息分发至各地面站节点，以使得各地面站节点将所述全网拓扑预测信息通过对应的直连卫星分发至其他卫星；
8.各天基网络节点解析所述全网拓扑预测信息，生成包含全周期全网拓扑预测信息的链路状态通告；
9.各天基网络节点将所述链路状态通告中的时间信息划分为若干个时间段，并且在各时间段内的网络拓扑保持不变；
10.各天基网络节点在各时间段的起始时刻从所述链路状态通告中选取相关的链路状态通告，形成该时间段内的全网预测拓扑，并计算路由表；
11.各天基网络节点实时探测自身链路状态，生成自身链路状态通告，并基于所述自身链路状态通告与该时间段内预测的链路状态通告进行对比，在信息相异的情况下，触发路由更新。
12.在一些实施例中，所述天基网络包括若干天基网络节点，所述天基网络的网络信息至少包括如下中的一种或多种：天基网络星座信息、星间建链规则、天基节点端口ip地
址。
13.在一些实施例中，所述全网拓扑预测信息至少包括：指定周期内能够出现的所有链路，以及出现的各条链路的两端节点编号、两端端口ip地址、链路起始时刻、链路断开时刻、链路开销。
14.在一些实施例中，各地面站节点将所述全网拓扑预测信息通过对应的直连卫星分发至其他卫星具体包括：
15.各地面站节点通过物理链路将所述全网拓扑预测信息下发至与其直连的卫星节点，各直连的卫星节点通过泛洪的方式向其他卫星分发所述全网拓扑预测信息。
16.在一些实施例中，所述天基组网路由方法还包括：
17.各天基网络节点，基于其计算的路由表进行数据包的转发。
18.本发明实施例还提供一种基于集中式分布式相结合的天基组网路由系统，包括：
19.地面控制器，被配置为根据天基网络的网络信息生成指定周期内的全网拓扑预测信息；
20.若干地面站节点，被配置为接收所述地面控制器发送的所述全网拓扑预测信息，并将所述全网拓扑预测信息通过对应的直连卫星分发至其他卫星；
21.若干天基网络节点，被配置为解析所述全网拓扑预测信息，生成包含全周期全网拓扑预测信息的链路状态通告；
22.各天基网络节点，还被配置为将所述链路状态通告中的时间信息划分为若干个时间段，并且在各时间段内的网络拓扑保持不变；以及
23.在各时间段的起始时刻从所述链路状态通告中选取相关的链路状态通告，形成该时间段内的全网预测拓扑，并计算路由表；
24.各天基网络节点，还被配置为实时探测自身链路状态，生成自身链路状态通告，基于所述自身链路状态通告与该时间段内预测的链路状态通告进行对比，在信息相异的情况下，触发路由更新。
25.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本公开各实施例所述的基于集中式分布式相结合的天基组网路由方法的步骤。
26.本发明实施例通过各天基网络节点解析所述全网拓扑预测信息，生成包含全周期全网拓扑预测信息的链路状态通告；各天基网络节点将所述链路状态通告中的时间信息划分为若干个时间段，并且在各时间段内的网络拓扑保持不变；各天基网络节点在各时间段的起始时刻从所述链路状态通告中选取相关的链路状态通告，形成该时间段内的全网预测拓扑，由此在各时间段内的网络拓扑是保持不变的，从而极大降低了信令交换频次，有效加速了路由收敛。各天基网络节点能够实时探测自身链路状态，生成自身链路状态通告，基于所述自身链路状态通告与该时间段内预测的链路状态通告进行对比，有效感知网络异常情况，及时进行路由更新。
27.上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。
lsa，而各天基网络节点通过将router lsa与该时间片段的current used lsa进行对比，以修正该节点的current used lsa，并实现链路异常情况下的路由更新。
41.本发明实施例通过各天基网络节点解析所述全网拓扑预测信息，生成包含全周期全网拓扑预测信息的链路状态通告；各天基网络节点将所述链路状态通告中的时间信息划分为若干个时间段，并且在各时间段内的网络拓扑保持不变；各天基网络节点在各时间段的起始时刻从所述链路状态通告中选取相关的链路状态通告，形成该时间段内的全网预测拓扑，由此在各时间段内的网络拓扑是保持不变的，从而极大降低了信令交换频次，有效加速了路由收敛。各天基网络节点实时探测自身链路状态，生成自身链路状态通告，基于所述自身链路状态通告与该时间段内预测的链路状态通告进行对比，有效感知网络异常情况，及时进行路由更新。
42.在一些实施例中，还包括：
43.步骤s208、各天基网络节点，基于其计算的路由表进行数据包的转发。
44.在一些实施例中，各地面站节点将所述全网拓扑预测信息通过对应的直连卫星分发至其他卫星具体包括：各地面站节点通过物理链路将所述全网拓扑预测信息下发至与其直连的卫星节点，各直连的卫星节点通过泛洪的方式向其他卫星分发所述全网拓扑预测信息。也即作为一种具体的地面控制器可以通过地面网络将全网拓扑预测信息下发至各地面站节点，各地面站节点可以通过物理链路将全网拓扑预测信息下发至与其直连的卫星节点，收到全网拓扑预测信息的各卫星节点可以通过泛洪的方式向其他卫星分发全网拓扑预测信息。
45.本公开实施例还提出一种基于集中式分布式相结合的天基组网路由方法的实施案例：
46.一、全网拓扑预测信息计算、分发流程
47.天基网络星座是确定的，因此天基网络的拓扑变化也是可预测的，地面控制器通过星座仿真软件即可完成天基网络的拓扑预测，通过规定的多层次分发流程即可向全部天基网络节点下发拓扑预测结果，全网拓扑预测信息计算、分发流程如下：
48.1)地面控制器根据天基网络星座信息、建链规则，使用星座仿真软件计算规定周期内全网拓扑预测信息，主要包含规定周期内能够出现的所有链路，以及每条链路的两端节点编号、两端端口ip地址、链路起始时刻、链路断开时刻、链路开销等内容；
49.2)地面控制器通过地面网络将计算好的全网拓扑预测信息下发至各地面站节点；
50.3)各地面站节点通过物理链路将全网拓扑预测信息下发至与其直连的卫星节点；
51.4)收到全网拓扑预测信息的各卫星节点通过泛洪的方式向其他卫星分发全网拓扑预测信息。
52.二、基于拓扑预测的天基网络路由更新流程
53.由于天基网络节点绕地球做周期性的轨道运动，造成天基网络拓扑的动态变化，路由表也需要根据拓扑的变化不断更新。各天基网络节点根据预测的全网拓扑信息，能够跳过链路状态信令交互流程，直接获取全网的拓扑信息，迅速进行路由更新，基于拓扑预测的天基网络路由更新流程如下：
54.1)各节点根据地面控制器下发的全网拓扑预测信息，生成包含时间信息、全网拓扑预测信息的链路状态通告global lsa；
55.2)各节点根据global lsa中的时间信息，将天基网络拓扑预测信息中的时间信息划分一系列时间片，每个时间片内拓扑保持不变，具体说明：时间序列{t0，t1，
…
，t
n
}，时间片序列{t1，t2，
…
，t
n
}，其中在时间段[t
i
‑1，t
i
]内天基网络拓扑保持不变，记为时间片ti，1≤i≤n；
[0056]
3)各节点在每个时间片[t
i
‑1，t
i
]起始时刻t
i
‑1时，从global lsa中挑选该时间片相关链路状态通告，形成该时间片内的全网预测拓扑current used lsa，计算路由表，并在时间片内按照该路由表转发数据包。
[0057]
三、突发情况下的天基网络路由更新流程：
[0058]
突发情况主要指随机发生的链路或者节点故障导致网络拓扑变化，由于这种拓扑变化是不可预知的，所以需要主动探测机制，路由更新流程如下：
[0059]
1)各天基网络节点实时探测自身链路状态，生成描述自身端口使用情况的链路状态通告router lsa，并将router lsa泛洪至网络所有节点；
[0060]
2)各节点实时将current used lsa和router lsa进行对比，并在current used lsa中删除与router lsa不同拓扑信息；
[0061]
3)根据更新后的current lsa计算新的路由表，并按照新的路由表转发数据包。
[0062]
本公开的方法采用集中式路由机制，面向空间网络拓扑变化可预测特性，地面控制器提前计算规定周期内的网络拓扑信息并下发至各节点，各节点解析获取的网络拓扑预测信息，划分时间片，在每个时间片起始时刻迅速进行路由计算。采用集中式路由机制，在地面控制器中完成网络拓扑信息收集和分发，可减少信令交换频次，在各节点进行时间片划分和路由计算，可降低地面控制器算力需求，可在网络拓扑规律变化情况下加速路由收敛。
[0063]
采用分布式路由机制，面向空间网络突发拓扑变化，各天基网络节点实时探测自身链路状态，根据自身链路状态监测结果进行路由修正。各节点监测自身链路状态，实时与时间片内网络拓扑预测信息进行对比，可在网络拓扑突发变化情况下保证路由可达，实现网络状态实时感知。
[0064]
本发明实施例还提供一种基于集中式分布式相结合的天基组网路由系统，包括：
[0065]
地面控制器，被配置为根据天基网络的网络信息生成指定周期内的全网拓扑预测信息；
[0066]
若干地面站节点，被配置为接收所述地面控制器发送的所述全网拓扑预测信息，并将所述全网拓扑预测信息通过对应的直连卫星分发至其他卫星；
[0067]
若干天基网络节点，被配置为解析所述全网拓扑预测信息，生成包含全周期全网拓扑预测信息的链路状态通告；
[0068]
各天基网络节点，还被配置为将所述链路状态通告中的时间信息划分为若干个时间段，并且在各时间段内的网络拓扑保持不变；以及
[0069]
在各时间段的起始时刻从所述链路状态通告中选取相关的链路状态通告，形成该时间段内的全网预测拓扑，并计算路由表；
[0070]
各天基网络节点，还被配置为实时探测自身链路状态，生成自身链路状态通告，并基于所述自身链路状态通告与该时间段内预测的链路状态通告进行对比，在信息相异的情况下，触发路由更新。
[0071]
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现本公开各实施例所述的基于集中式分布式相结合的天基组网路由方法的步骤。
[0072]
需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者装置不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。
[0073]
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
[0074]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到上述实施例方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如rom/ram、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端(可以是手机，计算机，服务器或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述的方法。
[0075]
上面结合附图对本发明的实施例进行了描述，但是本发明并不局限于上述的具体实施方式，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。