CN113259499B - 一种面向跨域网络的编址方法 - Google Patents

Abstract

一种面向跨域网络的编址方法，对某一设备，包括如下步骤：设备固定标识GUID，进一步包括组织唯一标志符OUI和随机生成的设备唯一标志符EI，将OUI中某一段比特位置为固定值，根据GUID地址配置时间、设备信息，生成EI；记录每个设备唯一的GUID；设备组网标识NID，进一步包括域标识DI、子网标识SNI、设备标识EI；DI用以区分不同设备所在的通信段，SNI用以区分域内不同子网，EI用以区分子网内节点；设备网络地址，采用网络地址动态分配策略进行网段动态分配和IP地址动态分配；设备可读标签，根据不同通信段内的不同子网确定命名空间，在每个命名空间内，每个设备具有唯一的设备可读标签。

Description

一种面向跨域网络的编址方法

技术领域

本发明涉及一种面向跨域网络的编址方法，特别是一种应用于立体栅格式跨域网络的编址方法。

背景技术

卫星通信技术在最近的几十年内得到了较大的发展，然而目前卫星的功能主要是作为信号中继，提供弯管式的信号转发，组网和存储转发的能力较为缺乏。为了实现空间组网和一体化网络融合，需要在物理层、数据链路层、网络层和传输层解决一系列的技术挑战，其中，统一的网络层设计是实现高效的多网融合与互联互通的关键所在。

跨域网络在具有优良性能的同时也带来了一些网络问题。网络内数量众多的节点，以及节点之间的快速移动引起了网络拓扑的动态变化，同时低轨卫星平面内节点与地面相对运动较强，与地面终端的连接存在频繁切换。这种特殊的移动性特征给网络的编址和路由带来了动态性的挑战，地面网络中的传统编址和路由策略无法适应跨域互联网络应用。《极地轨道低轨道卫星网络IP编址方法及装置》提出了一种极地轨道低轨卫星网络中移动用户的IP编址策略，将地面划分为多个大区，并为每个大区分配一个固定的IP地址段，用户IP地址都在所属大区的IP地址段中，这大大降低了移动用户IP地址的更新频率，但是现有研究中同时考虑星间网络、星上设备的端口编址的工作较少。

因此，设计***高效的统一编址体系是提升立体栅格式跨域网络性能的一个重要研究课题。目前上尚没有合适的适用于高速跨域网络的网络编址设计。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种面向跨域网络的编址方法，对某一设备，包括如下步骤：设备固定标识GUID，进一步包括组织唯一标志符OUI和随机生成的设备唯一标志符EI，将OUI中某一段比特位置为固定值，根据GUID地址配置时间、设备信息，生成EI；记录每个设备唯一的GUID；设备组网标识NID，进一步包括域标识DI、子网标识SNI、设备标识EI；DI用以区分不同设备所在的通信段，SNI用以区分域内不同子网， EI用以区分子网内节点；设备网络地址，采用网络地址动态分配策略进行网段动态分配和IP地址动态分配；设备可读标签，根据不同通信段内的不同子网确定命名空间，在每个命名空间内，每个设备具有唯一的设备可读标签。

本发明目的通过以下技术方案予以实现：

一种面向跨域网络的编址方法，对某一设备，包括如下步骤：

设备固定标识GUID，进一步包括组织唯一标志符OUI和随机生成的设备唯一标志符EI，将OUI中某一段比特位置为固定值，根据GUID地址配置时间、设备信息，生成EI；记录每个设备唯一的GUID；

设备组网标识NID，进一步包括域标识DI、子网标识SNI、设备标识EI； DI用以区分不同设备所在的通信段，SNI用以区分域内不同子网，EI用以区分子网内节点；

设备网络地址，采用网络地址动态分配策略进行网段动态分配和IP地址动态分配；

设备可读标签，根据不同通信段内的不同子网确定命名空间，在每个命名空间内，每个设备具有唯一的设备可读标签。

上述的编址方法，根据GUID地址配置时间、配置设备类型、设备生产编号，生成24位随机散列码，作为EI。

上述的编址方法，将OUI的第一个字节低位起第2个比特位置为1。

上述的编址方法，设备组网标识NID的确定方法为：

对新入网设备截取GUID的某一段字节作为暂用NID，如果该暂用NID与已有NID不冲突，则允许新入网设备使用；否则选取与暂用NID最接近且未被使用的NID以供新入网设备使用；新入网设备确定NID后，网内设备通过转发确认该新入网设备。

上述的编址方法，采用近似度搜索方法，选取与暂用NID最接近的NID。

上述的编址方法，子网内设备编址服务器，对暂用NID是否与已有NID冲突进行判定，并对最终确定的NID进行确认。

上述的编址方法，对新入网设备截取GUID的最后两个字节作为暂用NID。

上述的编址方法，建立数据库，用于存储设备的编址信息。

本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

(1)实现网络层的高效融合，具有良好的可扩展性、可用性、稳定性、可管控性；

(2)设备编址唯一性和有效性，保证物理入网即可寻址通信，减少任务执行前期冗长的网络规划和参数分发配置的流程；

(3)对所有在网节点对各类编址的动态快速索引，防止编址冲突；

(4)由设备编址根服务器对整个跨域互联网络的编址分配进行有效性确认和唯一性检测及冲突避免。

附图说明

图1为跨域互联网络设备统一编址体系框架；

图2为四位一体编址映射关系示意图；

图3为跨域互联网络自主地址分配流程图；

图4为NID分配流程图；

图5为基于空间域子网地址规划的IP地址分配示意图；

图6为网段动态分配示意图；

图7为新入网节点设备IP地址动态分配流程；

图8为移动入网节点设备IP地址动态分配流程。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步详细描述。

本发明针对跨域互联网络的“栅格式”组网模式与业务场景需求，首先针对设备固定标识、设备组网标识、设备网络地址以及设备可读标签等四类设备编址进行统一分配；其次，设计设备编址统一访问管理机制，提供对所有在网节点对各类编址的动态快速索引，防止编址冲突。本部分技术途径如图1所示。

本发明对设备固定标识、设备组网标识、设备网络地址以及设备可读标签等四类设备编址进行统一的分配，同时采用设备编址统一访问管理机制，提供对所有在网节点对各类编址的动态快速索引，防止编址冲突。地址映射关系如图2所示。

网络自主地址分配的基本思想是每个子网的跨域互联单元都承担子网编址服务器功能，子网内设备编址服务器负责子网内地址分配，子网内的设备编址唯一性和有效性，保证物理入网即可寻址通信，减少任务执行前期冗长的网络规划和参数分发配置的流程。子网内设备编址服务器周期性与天基或地基设备编址根服务器连接，向设备编址根服务器注册确认已分配给接入节点设备的编址信息，由设备编址根服务器对整个跨域互联网络的编址分配进行有效性确认和唯一性检测及冲突避免。其基本流程如图3所示。

(1)设备固定标识分配机制

设备固定标识，即设备全球唯一标识(Global Unique Identifier,GUID)，是每个设备出厂之前固定分配、不可更改的识别标签。GUID的格式规定，如表1所示。

表1

字段	长度	含义
			OUI	24bit	组织唯一标志符(Organizationally Unique Identifier)
EI	24bit	随机生成的设备唯一标志符(Equipment Unique Identifier)

在为一个新的设备生成一个新的GUID时，首先分配OUI组织唯一标志符。为了保证该GUID在被其他设备读取时能够识别该地址是自行设定的，需要将 OUI的第一个字节低位起第2个比特位置为1，表示该GUID为自定义地址。

此后，在后24位的配置过程中，通过专用地址分配计算机，按照GUID 地址配置时间、配置设备类型和该系列类型中该设备生产编号配置对应的随机数生成算法与参数，生成24位随机散列码，作为该设备的编号，并建立数据库记录所有已经配置过GUID的设备信息，保证每一次配置的设备固定标识的唯一性和无序性。

(2)设备组网标识分配机制

设备组网标识，即节点标识(Node Identifier,NID)是链路层传输的节点唯一标识。考虑到天临空地海一体化的应用场景的特殊性，设备既需要用NID 识别跨域互联网络的各个设备，又需要基于NID获取所在子网的标识性信息。因此，本发明设计双字节NID，将NID分为域标识、子网标识和和设备标识三部分，域标识用以区分不同设备所在的通信段，子网标识用以区分域内不同子网，设备标识用以区分子网内节点。

NID字段说明，如表2所示。

表2

此结构可以提取出子网、子网内部等信息，方便链路层直接对ID做数据处理分析。根据此格式，目前可在各个通信段支持最多4096个节点，后续研究中，还可以根据需要扩展域标识段用于子网标识，最多支持65536台设备，满足更大规模的组网编址需求。

NID的设定分为节点预先选定和入网后交互确定两个步骤，具体的NID设定流程如图4所示。

首先新入网节点设备截取GUID的最后两个字节作为暂用NID，并向网内节点设备发送NID通告申请，请求网内节点设备协助转发NID通告申请到本子网内跨域互联单元上的设备编址服务器，以确定该NID是否可以用于链路层通信。子网内设备编址服务器根据NID通告上携带的暂用NID信息，查询该NID 是否与已有NID存在冲突，如果不冲突则允许入网节点设备使用该NID进行链路层通信，否则将该NID做近似度搜索，选择与该NID最相近的一个未被使用的NID作为分配的NID，并回复NID确认信息。网内节点设备通过转发NID 确认信息到新入网节点设备，使新入网节点设备明确所分配的NID，至此完成 NID动态分配过程。

设备地址分配服务器除了为二层组网ID和三层IP地址进行规划，还将为用户存储对设备的可读标签定义，形成完整的设备统一编址体系。

(3)设备网络地址分配机制

设备网络地址，即设备IP地址，作为应用传输过程中设备在网络中的标识号，在网络传输中起重要作用。为了保证设备入网后能够分配得到一个合适的IP地址，既能保证可靠的传输，又不与其他设备的网络地址IP冲突，本发明采用网络地址动态分配策略，包括网段动态分配和IP地址动态分配，保证跨域互联单元(骨干节点)能够暂时使用一个IP网段为节点设备进行动态IP分配，实现网络地址快速灵活分配。

易于区分管理的设备编址体系，是保证网络正常运行的前提。本发明针对跨域互联网络的栅格化组网模式与业务场景需求，设计设备统一编址体系，其基本思想是通过设备编址根服务器存储预置网络编址分配方案，涵盖空间段与地面段各个子网域的二层组网ID域标识以及三层一级子网IP网段，并传至跨域互联单元地址分配服务器，由服务器统一为各子网域中的各个子网分配IP网段和域标识，实现对子网内设备的统一编址。设备统一编址基本流程如图5所示。

①网段动态分配

网段动态分配具体流程，如图6所示。

每个子网的跨域互联单元(骨干节点)存在一个子网地址分配服务器，子网地址分配服务器将通过预定义算法随机选择一个IP网段，为新增节点设备提供IP地址动态分配，并进行入网地址冲突检测，若冲突，则重新分配。跨域互联单元(骨干节点)与分布式服务器或根服务器发送网段地址确认消息，子网地址分配服务器将向设备编址根服务器发出网段分配信息申请，设备编址根服务器进行网段冲突查询。如果不冲突，则回复网段分配信息确认，同意子网地址分配服务器继续使用该网段；如果发生冲突，则在回复网段分配信息确认时分配一个具有相同主机数且未使用的网段，子网地址分配服务器需要根据新分配的IP网段通告所有节点进行IP地址重设。如果某一个子网的IP网段地址池已经用完所有IP地址，则需要再次进行相同的IP网段申请流程。

②IP地址动态分配

节点入网分为新节点启动后加入网络和节点从先前所在子网移动进入另一子网的移动入网两种。

a)新入网节点设备IP地址动态分配

在新节点入网时，由骨干节点上的子网地址分配服务器进行地址分配。如果子网地址分配服务器可以连接到天基或地基设备编址根服务器，则同时向设备编址根服务器汇报分配信息，由设备编址根服务器做统一的信息处理。新加入子网的节点设备的IP地址动态分配具体流程，如图7所示。

1)节点设备加入网络后，根据子网号等信息，选择本网段的一个IP地址作为申请IP，向网络地址服务器发起IP请求。

2)网络地址服务器收到请求后，将在本地IP表查询请求IP。若能找到请求IP，执行步骤3；若未找到请求IP，执行步骤4。

3)请求IP与其他已分配IP发生冲突，则视为请求IP不合理，此时网络地址服务器从空闲IP池中选择一个空闲IP作为回复内容，发送给请求节点设备，执行步骤5。

4)验证该IP在本网段可行性。若可行，将IP作为回复内容，发送给请求节点设备，执行步骤5；若不可行，执行步骤3。

5)节点设备收到回复，将回复IP作为传输IP存入本地，并发送ACK应答，执行步骤6。

6)网络地址服务器收到ACK应答，将请求节点的IP加入本地IP表，结束动态分配流程。

b)移动入网节点设备IP地址动态分配

移动入网节点设备IP地址动态分配流程如图8所示。

如果节点设备由先前子网移动到新的子网，那么目的子网将按照新入网节点设备的IP地址分配流程进行地址分配，并向设备编址根服务器汇报地址分配信息，由设备编址根服务器向原子网的子网地址分配服务器通告，对移动入网节点设备的原有IP地址进行回收并通告子网内节点该设备的新IP地址及子网段。

(4)设备可读标签分配机制

由于设备固定标识、设备组网标识、设备网络地址标识都是用于设备传输通信的针对设备互相识别的机读标识符，实际用户在任务进行过程中可能难以理解具体所指的设备。因此，需要面向用户层面设计设备可读标签，由用户针对当前任务的设备进行个性化标签分配，免去复杂繁琐的格式设置方式，便于用户更直观地进行通信和操作控制。

首先针对不同通信段内的不同子网定义多个命名空间，并在命名空间内使用最大128字节长度的可动态配置的字符标签进行命名编号。除了规定同一命名空间下的节点设备不能使用同一个相同的标签外，在不同的命名空间之间节点设备可重复使用相同的标签。

这种标签复用的方式增加跨域互联网络执行多项任务的机动性和灵活性，同时按子网进行命名空间划分，直接通过命名空间子网具体到设备。也保证了每个节点有一个唯一的标签，可降低用户对设备进行误识别的概率，提高整个跨域互联网络对设备的容错性。

在跨域互联网络中，由子网地址分配服务器动态管理整个网络信息，各节点设备只需与服务端程序进行交互便可完成整个网络信息的查询管理。设备标识访问等信息存储在根服务器中的信息数据库中，跨域互联单元(骨干节点) 信息管理服务器具有访问操作信息数据库的权限，故网络中一般节点设备对网络信息的查询申请等操作需和跨域互联单元信息管理服务器进行交互来完成。

数据库中表格式如表3所示。

表3

字段内容	缩写	字节数(字节)	字段说明
				固定标识	GUID	6	作为设备的唯一标识
组网标识	NodeID	1	应用于链路层传输通信
				可读标签	Tag	128	命名空间内字符串
网络地址	IP	4	IP业务传输地址
				设备类型	Type	1	设备类型
节点权限	Auth	1	节点所属优先级权限

数据访问流程为：新节点设备通过查询跨域互联网络设备编址服务器，找到距离本节点最近的信息管理服务器IP地址。随后与信息管理服务器建立链接，链接完成后，节点设备向服务器发起信息请求服务。服务器根据节点设备的请求，对信息数据库进行查找操作并获得查询结果。最后信息管理服务器将查询结果回复给节点设备，并将链接进行释放。整个信息访问过程完成。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (7)

1.一种面向跨域网络的编址方法，其特征在于，包括如下步骤：

对入网设备的设备固定标识GUID、设备组网标识NID、设备网络地址、设备可读标签进行分配；其中：

设备固定标识GUID，包括组织唯一标志符OUI和随机生成的设备唯一标志符，设备固定标识GUID的确定方法为：将OUI中某一段比特位置为固定值，根据GUID地址配置时间、设备信息，生成设备唯一标志符；记录每个设备唯一的GUID；

设备组网标识NID，包括域标识DI、子网标识SNI、设备标识；DI用以区分不同设备所在的通信段，SNI用以区分域内不同子网，设备标识用以区分子网内节点；设备组网标识NID的确定方法为：对新入网设备截取GUID的某一段字节作为暂用NID，如果该暂用NID与已有NID不冲突，则允许新入网设备使用；否则选取与暂用NID最接近且未被使用的NID以供新入网设备使用；

设备网络地址分配，包括采用网络地址动态分配策略进行网段动态分配和IP地址动态分配；

设备可读标签分配，包括根据不同通信段内的不同子网确定命名空间，在每个命名空间内，对每个设备分配具有唯一性的设备可读标签。

2.根据权利要求1所述的编址方法，其特征在于，根据GUID地址配置时间、配置设备类型、设备生产编号，生成24位随机散列码，作为设备唯一标志符。

3.根据权利要求1所述的编址方法，其特征在于，将OUI的第一个字节低位起第2个比特位置为1。

4.根据权利要求1所述的编址方法，其特征在于，采用近似度搜索方法，选取与暂用NID最接近的NID。

5.根据权利要求1所述的编址方法，其特征在于，子网内设备编址服务器，对暂用NID是否与已有NID冲突进行判定，并对最终确定的NID进行确认。

6.根据权利要求1所述的编址方法，其特征在于，对新入网设备截取GUID的最后两个字节作为暂用NID。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的编址方法，其特征在于，建立数据库，用于存储设备的编址信息。

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