CN101123814B - 临近空间多协议标签交换网络***及其处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种临近空间多协议标签交换网络***，该***包括用户层和临近空间网络层，临近空间网络层由接入节点和转发节点组成，任一个接入节点或转发节点上的路由器均包括网络边缘路由器模块和标签交换路由器模块，网络边缘路由器模块和标签交换路由器模块都包括控制平面和转发平面，控制平面包括空中控制单元和地面控制单元，空中控制单元和地面控制单元通过空地信令接口进行控制信息的交互。该***采用空地一体化协同处理的方式，较好地解决了临近空间飞行器节点资源、能力有限与高性能多功能要求之间的矛盾。另外，本发明还涉及一种临近空间多协议标签交换网络***的处理方法。

Description

临近空间多协议标签交换网络***及其处理方法

技术领域

本发明涉及一种多协议标签交换网络***，特别涉及一种临近空间空地一体化多协议标签交换网络***；本发明还涉及一种多协议标签交换网络***的处理方法，特别涉及一种临近空间空地一体化多协议标签交换网络***的处理方法；属于通信领域。

背景技术

随着近空间飞行器技术的成熟，近空间飞行器之间的网络化以及近空间网络与其他网络(如天基和地基网络)间的一体化设计成为目前近空间通信***发展的热点。

临近空间网络是以飞艇等悬浮器为核心节点(以下称为临近空间节点)，利用其部署灵活，相对覆盖较大，较卫星传输时延小等特点，通过组网提供较大范围的区域性数据传输中继的网络。目前对该网络的需求主要集中在：①为语音、数据、多媒体等综合业务提供具有网络服务质量(QoS)保证的数据传输服务；②为无人机等高速空中节点提供大容量信息回传数据中继；③为大量空中移动自组织网络提供空地、空空的子网间数据中继。

随着近空间组网技术的成熟，近空间网络也将成为全球通信网的组成部分，因而需要实现与天基、地基通信网络的有效连接并解决资源有效利用问题。

目前，可以选择的技术是ATM技术，IP技术和MPLS技术，ATM技术具有提供综合业务服务的能力，可提供有效的流量工程设计、支持较大的业务带宽，但存在协议复杂、实现成本高，与目前广泛使用的基于IP的因特网(Internet)的兼容性差，不支持具有QoS需求的IP业务等缺陷。

采用IP技术可以提供与地面因特网(Internet)的无缝连接，且实现简单，但不足之处在于：需要解决网络业务的QoS保证和网络流量工程等问题。

MPLS技术是一种建立在IP协议基础上的交换技术，可与IP网络兼容，另外，又具有强大的流量工程能力，能有效提高网络效率，保证业务的服务质量要求。

在类似的航天领域设计中(主要是移动卫星通信网络)，为了解决服务质量和与地面兼容性的问题，目前学者正在尝试借鉴地面的MPLS交换技术，形成适合卫星网络的MPLS技术。但是，与地面网络和与卫星网络的差别使目前地面MPLS研究和卫星IP/MPLS研究的技术成果均无法直接适用于临近空间网络中。

临近空间网络与地面网络相比有其特殊性，具体表现为：1)近空间飞行器对通信载荷在功耗、体积和重量方面有严格的要求，而临近空间网络支持大量移动节点，承载业务量大，业务频繁变化，且链路层和网络层功能需要在同一飞行器节点上实现，存在低载荷能力与高交换性能和多功能需求之间的矛盾；2)单个近空间飞行器节点的覆盖范围较大，单节点内的业务可通过链路层交换解决，无需涉及网络层标签交换；3)需要支持大量高速移动用户，业务流相对稳定性差；4)业务流呈现一定的聚集特性，但业务优先级与服务质量要求差异大，需要提供各类QoS服务保证，特别要为某些业务提供高质量服务，因而需要具备针对业务流的较强的区分能力(需要转发粒度较细，业务资源分配策略的区分性较强)和操作能力。

以上特性首先导致了地面网络标准的基于控制驱动的分布式标签交换体系结构不适用于临近空间信息网络。因为1)该方式要求节点具有全自主路由功能，且通常需要运行独立的标签分布协议(因为通常的链路状态路由协议(如OSPF)和分布标签绑定信息所需的路由协议匹配的很差)，具备复杂的控制功能，因而要实现多功能和高性能，将会导致近空间飞行器节点复杂度很高，普通的飞行器节点难以承受；2)大量的控制信令交互将占用很大的空空链路资源，当需要进行细粒度控制时这一问题尤其突出；3)目前的控制驱动策略通常基于路由策略，难以提供细粒度的优先级划分和区分服务，难以动态调整链路资源分配，对数据流的操作能力较差。但若采用数据驱动的方式，除高性能和多功能的节点处理要求仍然对临近空间飞行器的工程实现形成较大压力外，临近空间信息网络业务流相对不稳定的特点还导致采用数据驱动存在带宽资源浪费问题。

近空间网络与卫星网络相比仍存在不同之处，具体表现为：1)临近空间信息网络在运行的空间网络节点数相对较少；应用区域性强，节点空间分布比较集中，空地和空空时延相对小；与地面的相对位置关系比较固定，基本网络拓扑动态性较卫星较弱，对临近空间飞行器具有独立的自主路由能力的要求较弱；2)临近空间信息网络的特点决定了提供大容量数据中继将作为网络主要应用趋势之一，这将导致节点和链路资源更紧张，节点的存储与计算能力与高性能要求(高资源利用率，严格保证各类业务的服务质量等，低丢包率等)的矛盾与卫星网络相比更加突出；3)临近空间网络的覆盖范围较卫星小，但是需要为大量高速移动用户甚至移动子网提供各类数据中继业务，导致了移动用户在业务期间经常需要发生多次接入节点切换，对网络整体业务流带来较大的波动，容易造成节点拥塞、网络不稳定等恶劣影响。

发明内容

本发明的第一方面是通过一些实施例提供一种临近空间多协议标签交换网络***，以解决临近空间飞行器节点资源、能力有限与高性能多功能要求之间的矛盾。

本发明的第二方面是通过另一些实施例提供一种临近空间多协议标签交换网络装置，以解决临近空间飞行器节点资源、能力有限与高性能多功能要求之间的矛盾。

本发明的第三方面是通过再一些实施例提供一种临近空间多协议标签交换网络***的处理方法，以解决临近空间飞行器节点资源、能力有限与高性能多功能要求之间的矛盾。

本发明的第一方面的一些实施例提供的一种临近空间多协议标签交换网络***是这样实现的：该***包括用户层和临近空间网络层，其中，用户层由用户节点组成，临近空间网络层由接入节点和转发节点组成，任一个接入节点或转发节点上的路由器均包括网络边缘路由器模块和标签交换路由器模块，所述网络边缘路由器模块和标签交换路由器模块都包括控制平面和转发平面，控制平面包括空中控制单元和地面控制单元，空中控制单元和地面控制单元通过空地信令接口进行控制信息的交互；

其中，所述空中控制单元包括标签交换路径状态表维护模块、标签交换路径状态表、共享资源调整模块、切换控制模块、业务申请/释放处理模块和空地信令接口，其中，标签交换路径状态表维护模块和切换控制模块将标签交换路径的相关参数及资源占用情况返给标签交换路径状态表，共享资源调整模块根据业务申请/释放处理模块的请求和标签交换路径状态表的信息进行共享资源的分配与调度；

所述地面控制单元包括网络状态信息库、流量规划模块、基于流量工程的服务质量路由模块、路径生成控制模块、业务信息管理模块、地空信令信息接口，其中，网络状态信息库、流量规划模块和业务信息管理模块为基于流量工程的服务质量路由模块提供参数信息，基于流量工程的服务质量路由模块将生成的标签交换路径信息送至路径生成控制模块。

上述***中控制平面包括空中控制单元和地面控制单元，该***采用空地一体化协同处理的方式，利用地面的计算能力优势和空中网络信息和业务信息反应灵敏的优势，可以较好地解决临近空间飞行器节点资源、能力有限与高性能多功能要求之间的矛盾。

本发明的第二方面的另一些实施例具体包括：

网络边缘路由器模块，用于实现网络边缘节点的控制路径生成和业务转发；

标签交换路由器模块，用于实现网络内部节点的控制路径生成和业务转发；

其中，所述网络边缘路由器模块和标签交换路由器模块都包括控制平面和转发平面，其中，控制平面包括空中控制单元和地面控制单元，空中控制单元和地面控制单元通过空地信令接口进行控制信息的交互；

其中，所述空中控制单元包括标签交换路径状态表维护模块、标签交换路径状态表、共享资源调整模块、切换控制模块、业务申请/释放处理模块和空地信令接口，其中，标签交换路径状态表维护模块和切换控制模块将标签交换路径的相关参数及资源占用情况返给标签交换路径状态表，共享资源调整模块根据业务申请/释放处理模块的请求和标签交换路径状态表的信息进行共享资源的分配与调度；

所述地面控制单元包括网络状态信息库、流量规划模块、基于流量工程的服务质量路由模块、路径生成控制模块和业务信息管理模块；所述基于流量工程的服务质量路由模块包括预测流量函数生成模块、流量代价生成模块和多约束路由搜索模块；所述预测流量函数生成模块根据来自所述流量规划模块的预测信息生成链路的业务预测序列，所述流量代价生成模块根据来自所述网络状态信息库的业务信息和链路的业务预测序列生成总流量代价，所述多约束路由搜索模块搜索满足服务质量参数约束的最优流量代价的业务传输路径。

上述装置通过网络边缘路由器模块和标签交换路由器模块中的控制平面实现了空地一体的协同处理方式，较好地解决了临近空间飞行器节点资源、能力有限与高性能多功能要求之间的矛盾。

本发明的第三方面的再一些实施例具体包括：

步骤1、网络状态初始化，包括：空中节点与邻居节点交互形成区域信息状态，并传递给地面，在地面形成完整的网络状态信息；

步骤2、业务申请与路径生成，包括以下步骤：

步骤211、用户发起业务申请，与接入节点关于资源需求及QoS要求进行协商；

步骤212、判断申请是否以流业务的方式进行传输，若申请以流业务的方式进行传输，则执行步骤213；若申请以非流业务方式进行传输，则执行步骤214；

步骤213、通过空地接口送至地面路由模块进行路由计算，并由地面集中控制生成路径，然后执行步骤3；

步骤214、进行优先级映射，并根据优先级类别区分为高优先级业务和低优先级业务，对于高优先级的业务，执行步骤215，对于低优先级业务，执行步骤216；

步骤215、需要到地面申请，由地面控制建立，入口标签边缘路由器分配入口标签后，用户以IP包的形式发送数据到标签边缘路由器，标签边缘路由器根据IP包头信息加相应的入口标签，然后执行步骤3；

步骤216、首先启动共享资源调度模块，优先使用某个标签交换路径的共享资源，若不能生成路径，则启动地面路由计算模块进行新的标签交换路径计算和生成；

步骤3、业务转发与路径维护，包括以下步骤：

步骤311、判断转发的业务类型，转发的业务若为流业务，则执行步骤312，若为尽力而为业务，则执行步骤313，若为快速转发业务，则执行步骤314；

步骤312、由用户为业务加入口标签，并根据专门的流标签转发表转发业务，然后执行步骤4；

步骤313、采用***转发，然后执行步骤4；

步骤314、根据服务类型字段分为高、低两个优先级，对于高优先级，则执行步骤315，若为低优先级，则执行步骤316；

步骤315、建立标签交换路径，根据源IP地址判断是否有新业务到来，若有新业务到来，则执行步骤317，若无新业务到来，则执行步骤318；

步骤316、按照服务质量参数进行中转发等价类映射，根据源IP地址判断是否有新业务产生，若有新业务产生，则按照现有标签交换路径的最大共享资源进行转发，同时送至数据驱动控制模块进行速率检测，若检测峰值速率高于当前占用资源，则需要单独申请标签交换路径，若远低于当前占用资源，则将业务标记为标签交换路径资源可调整业务，并标明共享业务的平均流速，若无新业务产生，则执行步骤318；

步骤317、首先送至数据驱动控制模块存储单元，同时启动计时器统计包到达平均速率，当速率基本稳定时按照该速率申请相应资源的标签交换路径，标签交换路径建立后，先转发存储的数据，再转发后续到达的数据业务，然后执行步骤4；

步骤318、根据源IP地址查FEC标签转发表，加入口标签并转发；

步骤4、业务结束与路径释放。

采用空地一体化协同处理的方式，可以较好地解决临近空间飞行器节点资源、能力有限与高性能多功能要求之间的矛盾。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本发明的一些实施例的临近空间多协议标签交换网络***的示意图；

图2为本发明的一些实施例的临近空间多协议标签交换网络装置的结构示意图；

图3为本发明的一些实施例的标签边缘路由器模块的结构示意图；

图4为本发明的一些实施例的地面控制单元的结构示意图；

图5为本发明的一些实施例的空地信息交互模块的结构示意图；

图6为本发明的一些实施例的临近空间多协议标签交换网络***处理方法的流程图。

具体实施方式

图1为本发明的一些实施例的临近空间多协议标签交换网络***的示意图，如图1所示，该***包括用户层和临近空间网络层，其中，用户层由用户节点组成，临近空间网络层由接入节点和转发节点组成，任一个接入节点或转发节点上的路由器均包括网络边缘路由器模块和标签交换路由器模块，上述路由器模块都包括控制平面和转发平面，控制平面包括空中控制单元和地面控制单元。

用户节点为需要发起多协议标签交换(MPLS)业务申请的用户，这些用户可包括固定用户，低、中速移动用户(手持、车载移动设备)，高速移动用户(导弹、无人机等)；业务类型可包括：语音、数据、多媒体等各类流业务和IP分组。

接入节点执行用户节点的接入功能，实现用户节点交互、路径计算、路径生成发起、FEC映射等操作，相当于MPLS网络边缘路由器(LER)；可由临近空间飞行器(飞艇、浮空器)、地面站、中继无人机等节点承担。转发节点执行标签转发功能，相当于标签交换路由器(LSR)。但由于临近空间网络具有一定的特殊性，如网络没有明确的边缘界限，因而上述接入节点均需要执行转发功能，接入与转发的区分仅针对某个业务流；又由于临近空间飞行器、中继无人机节点的能力有限，它们LER功能的实现将由地面控制中心、临近空间节点及移动用户三者共同承担。

由此可见，每一个接入节点或转发节点上的路由器均可实现网络边缘路由器的功能和标签交换路由器的功能，网络边缘路由器和标签交换路由器模块均包括控制平面和转发平面，上述控制平面包括空中控制单元和地面控制单元，该***采用空地一体化协同处理的方式，可以较好地解决临近空间飞行器节点资源、能力有限与高性能多功能要求之间的矛盾。

图2为本发明的一些实施例的临近空间多协议标签交换网络装置的结构示意图，如图2所示，该装置包括用于实现网络边缘节点的控制路径生成和业务转发的网络边缘路由器模块和用于实现网络内部节点的控制路径生成和业务转发的标签交换路由器模块。

其中，网络边缘路由器模块和标签交换路由器模块都包括控制平面和转发平面，控制平面包括空中控制单元和地面控制单元，空中控制单元和地面控制单元通过空地信令接口进行控制信息的交互。

地面控制单元根据采集的网络状态信息和收集的流量预测信息，利用地面的计算能力优势，采用细粒度的优化搜索算法计算业务转发路径LSP，并集中控制路径生成。

空中控制单元在相应地面控制指令生成标签交换路径的同时，利用空中网络信息和业务信息反应灵敏的优势，对某些低优先级业务实施动态快速转发，实现网络带宽资源的充分利用。

上述装置通过网络边缘路由器模块和标签交换路由器模块中的控制平面实现了空地一体的协同处理方式，较好地解决了临近空间飞行器节点资源、能力有限与高性能多功能要求之间的矛盾。

图3为本发明的一些实施例的标签边缘路由器模块的结构示意图，如图

3所示，标签边缘路由器(LER)模块包括控制平面、转发平面和标签转发表，控制平面和转发平面通过标签转发表进行业务处理；控制平面包括空中控制单元和地面控制单元，空中控制单元和地面控制单元通过空地信令接口进行控制信息的交互.

空中控制单元包括标签交换路径状态表维护模块、标签交换路径状态表、共享资源调整模块、切换控制模块和业务申请/释放处理模块。

其中，LSP状态表维护模块由LSP状态探测模块和LSP状态表更新模块组成。LSP状态表更新模块根据状态表中本节点建立的LSP状态时效信息向LSP状态探测信息模块提出探测要求，并根据探测反馈更新LSP状态表，LSP状态表中的表项为由本节点发起建立的LSP的相关参数及资源占用情况；LSP状态探测信息模块根据探测要求向LSP发出LSP状态信息探测包，并将结果反馈到LSP状态表更新模块。

共享资源调度模块，运行共享资源调度策略，根据业务申请/释放模块的请求对低优先级数据流及不稳定的低速数据流实施共享资源分配。

共享资源动态调度策略主要应用于优先级较低的业务，通过在空中节点上加入一个LSP的探测模块，该模块利用发送探测包的方式得到当前LSP的服务质量情况和资源占用情况，得到当前LSP的空闲资源数量，并利用高优先级业务的空闲资源作为共享资源实现低优先级数据的转发。同时，通过共享资源与业务的动态映射实现共享资源的优化利用，提高了资源利用率，降低了低优先级业务的转发成本。

在临近空间飞行器上采用共享资源动态调整策略，利用飞行器前端掌握的动态业务信息和网络信息增强网络对变化的快速反应能力，实现空闲资源的有效利用，提高带宽利用率，缓解资源紧张问题。同时，这种资源共享的策略缓解了基于数据驱动策略引起的带宽资源浪费问题，节约了标签资源，减轻了临近空间飞行器的存储负担。

业务申请/释放处理模块用来完成与业务的交互，包括业务申请处理和业务释放处理功能。业务申请处理功能由网络层业务服务参数协商模块、业务信息管理单元、业务申请处理策略组成；接受来自用户节点和转发平面数据驱动模块的业务申请，并根据协商获得的业务参数向共享资源调度模块或地面路由模块发起LSP申请，并根据LSP建立结果增加标签转发表项，通知业务节点初始标签，向转发平面数据驱动控制模块反馈确认信息。业务释放处理功能接受来自用户节点和转发平面数据驱动模块的业务资源释放申请，根据业务占用资源的方式送到共享资源模块或地面作出相应的资源释放决定，并按照反馈的结果修改标签转发表、LSP状态表和业务信息管理单元。

切换控制模块包括用户链路切换控制模块和网间链路切换控制模块。LER切换主要由用户链路切换控制模块实现，该模块完成接收用户的切换申请，向地面发起切换申请，并按照响应结果与切换目的节点交换切换信息，控制释放本节点和相关链路资源等功能。

空中控制单元还包括网络层资源管理模块，该模块由链路信息采集模块和网络节点/链路资源统计管理模块组成，链路信息采集模块通过与临近空间邻居节点周期信息交互获取链路通断、时延、链路剩余带宽资源等信息；网络节点/链路资源统计管理模块对本节点资源进行统计并与链路状态信息一起通过空地信令信息接口定期发送到地面的全网资源状态信息库，实现网络状态信息的更新。同时，该模块还负担着本节点当前剩余资源的统计评估工作，并根据评估结果响应地面的资源预留请求。

由此可见，空中控制单元主要是在相应地面控制指令生成标签交换路径的同时，利用空中网络信息和业务信息反应灵敏的优势，对低优先级业务实施动态快速转发，实现网络带宽资源的充分利用。

地面控制单元包括全网资源状态信息库、流量规划模块、基于流量工程的服务质量路由模块、路径生成控制模块和业务信息管理模块。

其中，全网资源状态信息库根据各网络节点采集的信息生成全网节点和链路状态信息，包括网络拓扑信息、链路时延、资源占用信息、节点吞吐量、平均队列长度及其它节点链路代价，为路由模块提供基本的网络状态信息。

流量规划模块由信息获取模块、资源占用预测模块和流量策略生成模块组成，通过获取高速无人机侦查节点的航迹及预测信息，以及空中移动节点的分群信息(群首信息)，群平均业务流量、群基本QOS参数，分群规划等信息，对下一时段的业务发起和网络资源占用情况进行流量预测及规划，为路由模块提供路由决策的预测流量参考信息。

业务信息管理模块存储来自业务申请/释放模块的业务申请服务质量参数信息，作为路由模块的输入。

基于流量工程的QoS路由模块，根据节点业务申请/释放模块的业务请求，利用网络状态信息和预测流量参考信息，生成满足业务服务质量参数要求的LSP，同时，尽量达到网络资源最大化利用，将生成的LSP信息送至路径生成控制模块。

该模块利用临近空间业务的可预测性，采用了基于流量工程和业务预测信息的QoS路由策略，在满足业务服务要求的基础上缓解大量高速移动用户引起的网络性能恶化，优化了网络流量。

路径生成控制模块包括资源预留模块、标签分配与分布控制模块和标签信息库。该模块根据路由模块生成的LSP信息对相关节点并行单播资源预留信令，在接收到所有相关节点的资源预留确认后通过标签分配与分布控制模块发起下游集中标签绑定与分布信息。

转发平面主要包括业务分类与映射模块、信令处理模块、数据驱动控制模块和转发队列调度模块，由地面和空中的控制单元协调实现对转发平面的控制，其仅在空中节点上完成对来自用户节点和与临近空间信息网络空中节点互联网络的业务流的分类、辨识、调度和转发功能。

由此可见，地面控制单元主要是根据采集的网络状态信息和收集的流量预测信息，利用地面的计算能力优势，采用细粒度的优化搜索算法计算业务转发路径LSP，并集中控制路径生成。

总之，该模块采用空地一体化协同处理的方式，可以较好地解决临近空间飞行器节点资源、能力有限与高性能多功能要求之间的矛盾。

图4为本发明的一些实施例的地面控制单元的结构示意图，如图4所示，地面控制单元包括全网资源状态信息库、流量规划模块、基于流量工程的服务质量路由模块、路径生成控制模块和业务信息管理模块。基于流量工程的服务质量路由模块包括预测流量函数生成模块、流量代价生成模块和多约束路由搜索模块。预测流量函数生成模块根据来自流量规划模块的预测信息生成链路的业务预测序列，流量代价生成模块根据来自网络状态信息库的业务信息和链路的业务预测序列生成总流量代价，多约束路由搜索模块搜索满足服务质量参数约束的最优流量代价的业务传输路径。

其中，根据流量规划模块得到的高速业务可预测信息(包括业务的发起时间、接入节点、预测流量等)，得到对于每条路径未来时刻有流量业务传输的概率，形成链路业务预测序列.

流量代价生成模块建立呼叫业务持续时间模型，并计算预测流量代价，流量代价生成模块根据全网状态信息库的状态信息生成当前网络链路流量代价，统计当前经过某条链路的网络流量和LSP数目，加权生成当前网络的流量代价；进而由预测流量代价和当前流量代价加权生成任意链路上的总流量代价；最后，多约束路由搜索模块采用优化搜索算法搜索满足QoS参数约束的最优流量代价的业务传输路径。

该模块利用临近空间业务的可预测性，采用了基于流量工程和业务预测信息的QoS路由策略，在满足业务服务要求的基础上缓解大量高速移动用户引起的网络性能恶化，优化了网络流量。

图5为本发明的一些实施例的空地信息交互模块的结构示意图，如图5所示，空地交互信息均通过空地信令接口进行传送，空地信令信息接口包括信息分类单元、信息存贮单元和交互状态存储单元，空地交互信息主要包括以下几种类型：

空中节点的网络层资源管理模块将交互得到的节点/链路的资源状态信息反馈到地面的资源状态信息库实现实时更新。

空中的业务申请/释放处理模块根据申请处理策略向地面发起业务基本要求及路径建立请求。

地面的路径生成控制模块中的资源预留/标签分配分布模块根据生成的路径信息向沿路径的各空中节点和地面节点单播某个申请业务的资源预留信息。

空中节点的网络状态采集/资源管理模块将资源预留信息通过资源预留确认信令反馈到地面的资源预留/标签分配分布模块。

地面的路径生成控制模块中的资源预留/标签分配分布模块根据资源预留情况向以路径顺序自下游采用显式方式发起标签绑定与分布信息，沿途各节点记录自己的标签和下游标签。

空中的业务申请/释放处理模块根据相应的业务释放处理策略向地面发起业务资源释放请求。

地面的业务管理模块向空中节点发送业务资源释放确认信令

通过上述空地信令接口进行空地信息交互，采用地面集中宏观控制和空中节点前端灵活调节的方式来协同处理各类业务。

图6为本发明的一些实施例的临近空间多协议标签交换网络***处理方法的流程图，如图6所示，该方法主要包括：

步骤1、网络状态初始化；

步骤2、业务申请与路径生成；

步骤3、业务转发与路径维护；

步骤4、业务结束与路径释放。

其中，步骤1具体为：空中节点与邻居节点交互形成区域信息状态，并传递给地面，在地面形成完整的网络状态信息。

步骤2具体为：用户发起业务申请，与接入节点关于资源需求及QoS要求进行协商，若申请以流业务的方式进行传输，则直接通过空地接口送至地面路由模块进行路由计算，并由地面集中控制生成路径，若申请以非流业务方式进行传输(如IP包)，则需要进行优先级映射并根据优先级类别区分为高优先级(资源独占)和低优先级(资源共享)业务.高优先级的业务的路径建立方式与流业务类似，区别仅在于流业务需要用户对业务执行加入口标签功能，而高优先级业务由LER执行加入口标签功能.低优先级业务则首先启动共享资源调度模块，优先采用某个LSP的共享资源，若不能实现，则启动地面路由计算模块进行新的LSP计算和生成.

上述步骤3具体为：

步骤311、判断转发的业务类型，转发的业务若为流业务，则执行步骤312，若为尽力而为(BE)业务，则执行步骤313，若为快速转发业务(FE)，则执行步骤314；

步骤312、由用户为业务加入口标签，并根据专门的流标签转发表转发业务；

步骤313、采用***转发；

步骤314、根据服务类型(tos)字段分为高、低两个优先级，对于高优先级，则执行步骤315，若为低优先级，则执行步骤316；

步骤315、建立标签交换路径，根据源IP地址判断是否有新业务到来，若有新业务到来，则执行步骤317，若无新业务到来，则执行步骤318；

步骤316、按照服务质量参数进行中转发等价类(FEC)影射，根据源IP地址判断是否有新业务产生，若有新业务产生，则按照现有标签交换路径的最大共享资源进行转发，同时送至数据驱动控制模块进行速率检测，若检测峰值速率高于当前占用资源，则需要单独申请标签交换路径，若远低于当前占用资源，则将业务标记为标签交换路径资源可调整业务，并标明共享业务的平均流速，若无新业务产生，则执行步骤318；

步骤317、首先送至数据驱动控制模块存储单元，同时启动计时器统计包到达平均速率，当速率基本稳定时按照该速率申请相应资源的标签交换路径，标签交换路径建立后，先转发存储的数据，再转发后续到达的数据业务；

步骤318、根据源IP地址查FEC标签转发表，加入口标签并转发。

上述步骤4中临近空间网络的业务结束方式主要有：1)由网络用户直接向临近空间网络申请建立的业务，该类业务由用户发起申请，同样由用户发起业务中止或结束信号；2)来自于其它互联网络(如天基网)的IP业务，该类业务的发起与结束为随机突发的，直接传送数据，无需向网络申请。

基于临近空间多协议标签交换网络***的处理方法，采用空地一体化协同处理的方式，可以较好地解决临近空间飞行器节点资源、能力有限与高性能多功能要求之间的矛盾。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种临近空间多协议标签交换网络***，该***包括用户层和临近空间网络层，其中，用户层由用户节点组成，临近空间网络层由接入节点和转发节点组成，其特征在于：任一个接入节点或转发节点上的路由器均包括网络边缘路由器模块和标签交换路由器模块，所述网络边缘路由器模块和标签交换路由器模块都包括控制平面和转发平面，控制平面包括空中控制单元和地面控制单元，空中控制单元和地面控制单元通过空地信令接口进行控制信息的交互；

其中，所述空中控制单元包括标签交换路径状态表维护模块、标签交换路径状态表、共享资源调整模块、切换控制模块、业务申请/释放处理模块和空地信令接口，其中，标签交换路径状态表维护模块和切换控制模块将标签交换路径的相关参数及资源占用情况返给标签交换路径状态表，共享资源调整模块根据业务申请/释放处理模块的请求和标签交换路径状态表的信息进行共享资源的分配与调度；

所述地面控制单元包括网络状态信息库、流量规划模块、基于流量工程的服务质量路由模块、路径生成控制模块、业务信息管理模块、地空信令信息接口，其中，网络状态信息库、流量规划模块和业务信息管理模块为基于流量工程的服务质量路由模块提供参数信息，基于流量工程的服务质量路由模块将生成的标签交换路径信息送至路径生成控制模块。

2.根据权利要求1所述的临近空间多协议标签交换网络***，其特征在于：所述基于流量工程的服务质量路由模块包括预测流量函数生成模块、流量代价生成模块、多约束路由搜索模块，其中，预测流量函数生成模块根据来自流量规划模块的预测信息生成链路的业务预测序列，流量代价生成模块根据来自网络状态信息库的业务信息和链路的业务预测序列生成总流量代价，多约束路由搜索模块搜索满足服务质量参数约束的最优流量代价的业务传输路径。

3.一种临近空间多协议标签交换网络装置，其特征在于所述装置包括：

网络边缘路由器模块，用于实现网络边缘节点的控制路径生成和业务转发；

标签交换路由器模块，用于实现网络内部节点的控制路径生成和业务转发；

其中，所述网络边缘路由器模块和标签交换路由器模块都包括控制平面和转发平面，其中，控制平面包括空中控制单元和地面控制单元，空中控制单元和地面控制单元通过空地信令接口进行控制信息的交互；

其中，所述空中控制单元包括标签交换路径状态表维护模块、标签交换路径状态表、共享资源调整模块、切换控制模块、业务申请/释放处理模块和空地信令接口，其中，标签交换路径状态表维护模块和切换控制模块将标签交换路径的相关参数及资源占用情况返给标签交换路径状态表，共享资源调整模块根据业务申请/释放处理模块的请求和标签交换路径状态表的信息进行共享资源的分配与调度；

所述地面控制单元包括网络状态信息库、流量规划模块、基于流量工程的服务质量路由模块、路径生成控制模块和业务信息管理模块；所述基于流量工程的服务质量路由模块包括预测流量函数生成模块、流量代价生成模块和多约束路由搜索模块；所述预测流量函数生成模块根据来自所述流量规划模块的预测信息生成链路的业务预测序列，所述流量代价生成模块根据来自所述网络状态信息库的业务信息和链路的业务预测序列生成总流量代价，所述多约束路由搜索模块搜索满足服务质量参数约束的最优流量代价的业务传输路径.

4.一种临近空间多协议标签交换网络***的处理方法，其特征在于该方法包括：

步骤1、网络状态初始化，包括：空中节点与邻居节点交互形成区域信息状态，并传递给地面，在地面形成完整的网络状态信息；

步骤2、业务申请与路径生成，包括以下步骤：

步骤211、用户发起业务申请，与接入节点关于资源需求及QoS要求进行协商；

步骤212、判断申请是否以流业务的方式进行传输，若申请以流业务的方式进行传输，则执行步骤213；若申请以非流业务方式进行传输，则执行步骤214；

步骤213、通过空地接口送至地面路由模块进行路由计算，并由地面集中控制生成路径，然后执行步骤3；

步骤214、进行优先级映射，并根据优先级类别区分为高优先级业务和低优先级业务，对于高优先级的业务，执行步骤215，对于低优先级业务，执行步骤216；

步骤215、需要到地面申请，由地面控制建立，入口标签边缘路由器分配入口标签后，用户以IP包的形式发送数据到标签边缘路由器，标签边缘路由器根据IP包头信息加相应的入口标签，然后执行步骤3；

步骤216、首先启动共享资源调度模块，优先使用某个标签交换路径的共享资源，若不能生成路径，则启动地面路由计算模块进行新的标签交换路径计算和生成；

步骤3、业务转发与路径维护，包括以下步骤：

步骤311、判断转发的业务类型，转发的业务若为流业务，则执行步骤312，若为尽力而为业务，则执行步骤313，若为快速转发业务，则执行步骤314；

步骤312、由用户为业务加入口标签，并根据专门的流标签转发表转发业务，然后执行步骤4；

步骤313、采用***转发，然后执行步骤4；

步骤314、根据服务类型字段分为高、低两个优先级，对于高优先级，则执行步骤315，若为低优先级，则执行步骤316；

步骤315、建立标签交换路径，根据源IP地址判断是否有新业务到来，若有新业务到来，则执行步骤317，若无新业务到来，则执行步骤318；

步骤316、按照服务质量参数进行中转发等价类映射，根据源IP地址判断是否有新业务产生，若有新业务产生，则按照现有标签交换路径的最大共享资源进行转发，同时送至数据驱动控制模块进行速率检测，若检测峰值速率高于当前占用资源，则需要单独申请标签交换路径，若远低于当前占用资源，则将业务标记为标签交换路径资源可调整业务，并标明共享业务的平均流速，若无新业务产生，则执行步骤318；

步骤317、首先送至数据驱动控制模块存储单元，同时启动计时器统计包到达平均速率，当速率基本稳定时按照该速率申请相应资源的标签交换路径，标签交换路径建立后，先转发存储的数据，再转发后续到达的数据业务，然后执行步骤4；

步骤318、根据源IP地址查FEC标签转发表，加入口标签并转发；

步骤4、业务结束与路径释放。

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