一种面向确定链路状态变化的空间网络路由与转发方法与流程

本发明涉及一种空间网络路由与转发方法，能够在空间网络发生确定链路状态变化时实现可靠的路由与转发，属于网络通信技术领域。

背景技术：

空间网络是以空间平台为载体，实时获取、处理、传输和分发空间信息的网络系统。由于空间网络节点与地球的相对运动以及空间节点链路的约束，空间网络呈现链路断续可用、拓扑动态变化的特点。

路由技术是空间网络的关键技术，决定了空间数据传输的整体性能。由于传统地面网络路由协议假定网络拓扑较为稳定，当网络拓扑发生变化时，一般为不确定链路状态变化。因此，传统地面网络路由只考虑了不确定链路状态变化发生时的处理措施，未考虑确定链路状态变化发生的情况。而对空间网络来说，链路状态变化(拓扑变化的表现)大部分为确定的、已知的，而不确定的链路状态变化(节点、链路故障等)相对较少。因此，将传统地面网络路由协议直接应用于空间网络时，网络拓扑的动态变化会导致地面路由协议效率低下。

当前，学术界针对卫星通信网络提出了较多的路由算法，但这些路由算法大多是专用路由算法，难以实现与地面网络的融合，难以构建天地一体的信息网络。

空间网络路由一直是困扰学术界和工程界的难题，学术界提出的路由方法难以与地面网络构建天地一体信息网络。要想易于与地面一起构建天地一体化网络，针对地面动态路由协议进行改进成为一种可行的技术路线。清华大学于2017年1月在《清华学报》提出的一种天地一体化网络域内路由协议ospf+以及中国空间技术研究院在此前提出的“一种基于确定链路状态的空间网络增强ospf路由方法”(2017109088331)均尝试针对地面成熟的ospf协议进行改进，使其能够适应空间网络确定的链路状态变化。但该两种方案均涉及对地面标准ospf协议的改造，不利于充分利用地面网络的成熟技术。

技术实现要素：

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种面向确定链路状态变化的空间网络可靠路由与转发方法，无需改变路由协议，即可实现确定链路状态变化时的可靠路由与转发。

本发明的技术解决方案是：一种面向确定链路状态变化的空间网络路由与转发方法，该方法包括如下步骤：

(1)、将确定链路状态变化信息预先分发给空间网络各节点，空间网络各节点实时检测链路状态变化信息，所述确定链路状态变化信息包括确定链路通断信息及其通断时刻；

(2)、空间网络各节点解析确定链路状态变化信息，当确定链路状态变化信息为确定链路断开时，从确定链路状态变化信息中解析出待断开链路及链路断开的时刻t0；

与待断开链路直接相连的节点执行如下步骤：

(2.1a)、在超前于t0时刻预设的第一段时间之前的t1时刻，将待断开的链路设置为断开，由此，更新网路拓扑结构，同时，停止检测链路状态变化信息；

(2.2a)、根据步骤(2.1)更新后的网路拓扑结构，生成新的路由表；

不与待断开链路直接相连的节点执行如下步骤：

(2.1b)、实时检测链路状态变化，并根据最新的链路状态变化，更新网路拓扑结构；

(2.2b)、根据更新后的网路拓扑结构，生成新的路由表；

(3)、等待全网各节点均生成新的路由表之后，全网各节点在约定的t2时刻统一根据新的路由表更新转发表，用于信息转发；

(4)、在t0时刻之后预设的第二段时间之后的t3时刻，与待断开链路直接相连的节点继续检测链路状态变化信息。

所述第一段时间为全网路由收敛时间tc加上设计余量dt。

所述第三段时间大于等于设计余量dt。

所述空间网络各节点均基于开放最短路径优先(ospf)协议更新网路拓扑结构和生成路由表。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

(1)、本发明设置了转发表更新屏蔽期，在转发表更新屏蔽期内，全网所有节点的路由管理模块在收到新路由表后，并不立即更新转发模块的转发表，而是按照约定的时间统一更新转发表，可以实现全网转发表的主动统一更新，避免被动更新过程中造成的数据不可靠传输，避免路由收敛过程中各节点转发表的不一致。

(2)、本发明设置了确定链路断开的链路检测屏蔽期，在链路检测屏蔽期内，断开链路两端节点的链路检测模块，将不再把最新的链路状态变化通知路由模块。

(3)、本发明断开链路两端的节点提前设置链路为断开，提前的时间段不小于全网收敛时间，考虑到所有节点从动态到稳定的时间，保证了链路稳定可靠地切换。

附图说明

图1为本发明实施例路由与转发机制网络模块间数据流图；

图2为本发明实施例面向确定链路状态变化的空间网络路由与转发方法流程图；

图3为本发明实施例链路x在时刻t0将发生确定的链路断开。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

本发明提出一种面向确定链路状态变化的空间网络可靠路由与转发机制，实现确定链路状态变化时的可靠路由转发。该方法将确定链路状态变化提前分发给空间网络各节点，各节点将根据该确定链路状态变化是否是自己链路分别作出相应动作。当发生确定链路断开时，与该链路直接相连的节点的链路检测模块会提前将该链路设置为断开，并通知路由协议模块，路由协议模块生成新的路由表发送给路由管理模块后，路由管理模块并不立刻更新转发模块的转发表，而是等待路由协议收敛完成，等待全网各节点均生成新的路由表之后，在约定的时刻统一更新转发模块的转发表。通过此种机制，可以实现全网转发表的主动统一更新，避免被动更新过程中造成的数据不可靠传输，避免路由收敛过程中各节点转发表的不一致。

本发明的路由与转发机制网络模块间数据流图如图1所示，整个机制需要链路检测模块、路由协议模块、路由管理模块和转发模块配合完成。既能实现不改变地面标准ospf协议，又能实现可靠数据传输。

路由与转发方法对于不确定链路状态变化，采用正常的工作流程。正常工作流程为：链路检测模块实时检测链路状态，并将链路状态实时发送给路由协议模块，路由协议模块生成新路由表后，发送给路由管理模块，路由管理模块实时生成转发表发送给转发模块。

如图2所示，路由与转发机制对于确定链路状态变化，采用以下工作流程。

(1)、将确定链路状态变化信息预先分发给空间网络各节点，空间网络各节点实时检测链路状态变化信息，所述确定链路状态变化信息包括确定链路通断信息及其通断时刻；

(2)、空间网络各节点解析确定链路状态变化信息，确定链路状态变化分为确定链路断开和确定链路接通，发生确定链路接通时，各节点路由与转发方法采用上述正常的工作流程进行；当确定链路状态变化信息为确定链路断开时，从确定链路状态变化信息中解析出待断开链路及链路断开的时刻t0，根据该确定链路状态变化待断开链路，判断该链路的端点是否是本节点，从而分别作出相应动作。

与待断开链路直接相连的节点执行如下步骤：

(2.1a)、在超前于t0时刻预设的第一段时间之前的t1时刻，链路检测模块将待断开的链路设置为断开，由此，更新网路拓扑结构，同时，停止检测链路状态变化信息；所述第一段时间为全网路由收敛时间tc加上设计余量dt。全网路由收敛时间是指，

设计余量dt一般取值为10s。

(2.2a)、路由协议模块根据步骤(2.1a)更新后的网路拓扑结构，生成新的路由表，将新的路由表发送给路由管理模块，路由管理模块并不立刻更新转发模块的转发表；所述路由表包括目的节点ip、下一跳节点ip、出接口。

不与待断开链路直接相连的节点执行如下步骤：

(2.1b)、链路检测模块实时检测链路状态变化，并根据最新的链路状态变化，更新网路拓扑结构；

(2.2b)、路由协议模块根据更新后的网路拓扑结构，生成新的路由表，发给路由管理模块；

(3)等待全网各节点均生成新的路由表之后，全网各节点在约定的t2时刻统一根据新的路由表更新转发模块中的转发表，用于信息转发；通过此种方法，可以实现全网转发表的主动统一更新，避免被动更新过程中造成的数据不可靠传输，避免路由收敛过程中各节点转发表的不一致。所述转发表包括目的节点ip、出接口。

(4)、在t0时刻之后预设的第二段时间之后的t3时刻，与待断开链路直接相连的节点的链路检测模块继续检测链路状态变化信息。所述第二段时间大于等于设计余量dt。

所述空间网络各节点均基于ospf协议更新网路拓扑结构和生成路由表。

实施例：

系统初始运行时，将所有的确定链路状态变化分发给空间网络各节点。假定空间网络节点a和b之间的链路x在时刻t0将发生确定的链路断开，如图3所示。

假定全网路由收敛时间不超过tc，那么，对于与链路x直接相连的节点a和节点b，将按以下规则计算出t1、t2和t3时刻：

t1＝t0-tc-dt

t2＝t0-dt

t3＝t0+dt

其中，dt为系统配置参数，作为设计余量。

在t1时刻，节点a和节点b的链路检测模块将提前设置链路x为断开，并通知路由协议模块。路由协议模块生成新的路由表，发给路由管理模块。路由管理模块收到新路由表之后，并不立即根据新路由表更新转发模块的转发表，而是等待t2时刻到达后，才更新转发模块的转发表。将t1到t2的时间段称为该确定链路断开的转发表更新屏蔽期，即，全网所有节点的(包括节点a和节点b)的路由管理模块在转发表更新屏蔽期内收到新路由表后，并不立即更新转发模块的转发表，而是等待转发表更新屏蔽期结束后统一更新转发模块转发表。可以实现全网转发表的主动统一更新，避免被动更新过程中造成的数据不可靠传输，避免路由收敛过程中各节点转发表的不一致。防止频繁更新状态造成程序混乱。

此外，将t1到t3的时间段称为该确定链路断开的链路检测屏蔽期，在链路检测屏蔽期内，与该确定断开链路直接相连的节点(节点a和节点b)的链路检测模块，将不再把最新的链路状态变化通知路由模块。

对于网络中的其它节点(比如节点c)，该类节点不与确定断开的链路直接相连。这些节点在该确定链路断开的转发表更新屏蔽期内，节点的路由管理模块在收到新路由表后，并不立即更新转发模块的转发表，而是等待转发表更新屏蔽期结束后统一更新转发模块转发表。这些节点在该确定链路断开的链路检测屏蔽期内按正常流程动作。

对于全网其它的确定链路断开，各节点均按以上机制执行相应动作。

利用以上机制，全网在转发表更新屏蔽期内，利用动态路由协议完成了路由表的更新，在转发表更新屏蔽期结束时刻，实现了全网转发表的统一更新。确定链路断开时，全网数据已经转移到其它路径上，从而，不会因被动响应而造成数据丢失。

本说明书中未进行详细描述部分属于本领域技术人员公知常识。