CN115941024A - 基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法 - Google Patents

Abstract

本发明属于星座路由计算技术领域，具体公开了一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，整个路由架构划分为卫星核心自治***、卫星接入自治***和卫星用户自治***。网关将地面网络路由前缀信息通告给所连接卫星，网络卫星终端将所连接的用户子网的地址前缀通告给所连接的卫星；卫星通过内部边界网关协议将路由前缀通告给其他卫星；卫星核心自治***中至少两颗卫星分别连接地面上同一卫星接入自治***内的不同网关时，其他卫星根据到达这该卫星的内部网关协议度量确定到达卫星接入自治***的下一跳，提高对不同建设阶段卫星星座网络融合兼容性。

Description

基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法

技术领域

本发明涉及一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，属于星座路由计算技术领域。

背景技术

天地一体化信息网络是未来信息获取、分发、传输和应用的核心基础设施，各类星座网络是构建天基***的重要组成部分。如何将这些网络进行融合，实现高效互联是构建天地一体化网络需要解决的关键问题。其中，实现网络层融合的路由架构设计是首先要面对的技术难点。一方面，因为各类网络高度异构，在传输技术、编制策略、路由协议和网络管理方面都有很大差异，利用统一的路由架构实现网络融合面临诸多挑战。另一方面，在天地一体化网络构建的长期进程中，各网络处于不同建设阶段，尤其是不同的星座网络部署和配置差异较大，给路由架构设计提出又一难题。

现有技术天地一体化网络融合在网络层方面的工作主要是将卫星网络看作不同的自治***（AS），采用域间路由的方式将两种网络进行融合。目前涉及的主要工作包括：（1）在路由协议设计方面：目前提出了边界网关协议的卫星版本，即BGP-S协议。该协议是BGP v4协议版本的改进，并可与该协议实现互操作。BGP-S能够实现通过卫星网络的路径的自动发现，并在天地一体化网络中得到比BGP-4更小的时延。此外，还有文献提出Hub &Spoke BGP协议，考虑星地链路有限的带宽，利用无线网络的广播特性来传输BGP消息，减少带宽的占用。（2）在路由体系架构设计方面：有研究针对特定的网络场景，提出针对移动空中节点互联背景下使用BGP骨干网络提供连接性的方法，在这些场景中BGP可部署于卫星网络中，每个移动网络是一个独立的AS域，彼此通过BGP互连起来。还有研究分析了在DVB-S2/RCS网络中部署BGP的不同方式。针对TSAT***的路由架构，有研究提出可以利用基于策略的路由过滤方法支持特殊的连接场景，如VPNs。（3）在基于BGP的卫星网络路由性能方面，目前也有一些涉及路由性能、稳定性、开销等方面的讨论。

上述工作将卫星网络划分为不同的路由域，仅提供了通过BGP协议实现网络互联的初步方案，仍有涉及路由架构设计的具体问题并未讨论，尤其是针对现存处于不同部署阶段的星座网络的特点，还有诸多问题需要解决。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，提高对不同建设阶段卫星星座网络进行融合的兼容性。

为达到上述目的，本发明是采用下述技术方案实现的：

本发明提供一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，包括如下步骤：

根据卫星及其连接的用户终端将多星座互联路由架构划分为卫星核心自治***、卫星接入自治***和卫星用户自治***，所述卫星核心自治***包括所有卫星及与卫星直接连接的用户终端；所述卫星接入自治***包括网关及与网关连接的地面网络；所述卫星用户自治***包括网络卫星终端及与网络卫星终端连接的用户子网；所述卫星、网关或用户子网的边界路由器上配置路由策略；

所述网关将地面网络路由前缀信息通告给所连接的卫星；

所述网络卫星终端将所连接的用户子网的地址前缀通告给所连接的卫星；

所有所述卫星通过内部边界网关协议将学习到的路由前缀通告给其他卫星；

卫星核心自治***中至少两颗卫星分别连接地面上同一卫星接入自治***内的不同网关时，其他卫星根据到达这两颗卫星的内部网关协议度量确定到达卫星接入自治***的下一跳。

进一步的，所述卫星核心自治***中交换的路由前缀包括通过外部边界网关协议从网关通告的地址前缀，及卫星连接的网络卫星终端所连的用户子网的地址前缀。

进一步的，所述方法包括设置网控中心，所述网控中心根据每颗卫星覆盖区内的卫星终端数量分配地址空间，下发给区域控制中心，所述区域控制中心将该地址空间配置到星上的DHCP服务器。

进一步的，所述卫星核心自治***中卫星网络之间通过星间链路运行内部网关协议，并通过内部边界网关协议建立路由对等关系，交换路由前缀。

进一步的，所述卫星核心自治***中卫星网络之间没有星间链路，或卫星网之间采用不同的底层通信体制，所述卫星网络划分到不同的卫星核心自治***，其路由前缀通过地面上的网关进行交换。

进一步的，所述网关在其卫星网络接口和地面网络接口处分别运行外部边界网关协议和地面网标准路由协议，所述网关将地面网络的汇聚地址前缀通过外部边界网关协议通告给卫星核心自治***，同时接收来自卫星的地址前缀信息。

进一步的，所述网络卫星终端与卫星之间通过运行外部边界网关协议交换域内可达信息，并通过地面网标准路由协议与地面网络连接。

进一步的，所述路由策略包括：

当一颗卫星与多个网关或网络卫星终端连接时，卫星处汇聚并需要传输到地面的业务流量根据连接网关或网络卫星终端的馈电链路的容量和带宽使用情况选择不同的网关或网络卫星终端；

当一个网关或网络卫星终端连接多颗卫星时，网关或网络卫星终端处汇聚并需要传输到星上的业务流量可以根据连接网关或网络卫星终端的馈电链路的容量和带宽使用情况选择不同的卫星。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果：

一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，构建一体化的路由框架，实现天地一体化网络在网络层的融合，提供最优路径选择、分割管理控制边界及降低管理复杂度；

本发明提供的由架构设计方法能够与现有路由机制兼容，支持高效灵活的组网能力，还支持采用不同拓扑的VPN的按需建立，提供灵活多样的路由策略；

路由架构支持与标准路由协议的互操作性，通过采用分布式路由策略提供足够的扩展性，能够支持大型网络。

附图说明

图1是本发明实施例提供的多星座互联分布式路由架构的应用场景示意图；

图2是本发明实施例提供的多星座互联分布式路由架构示意图；

图3是本发明实施例提供的多星座互联分布式路由架构中运行的路由协议示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

本发明提供一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，根据卫星及其连接的用户终端将多星座互联路由架构划分为卫星核心自治***、卫星接入自治***和卫星用户自治***，所述卫星核心自治***包括所有卫星及与卫星直接连接的用户终端；所述卫星接入自治***包括网关及与网关连接的地面网络；所述卫星用户自治***包括网络卫星终端及与网络卫星终端连接的用户子网；所述卫星、网关或用户子网的边界路由器上配置路由策略；

网关将地面网络路由前缀信息通告给所连接的卫星，网络卫星终端将所连接的用户子网的地址前缀通告给所连接的卫星，所有卫星通过内部边界网关协议将学习到的路由前缀通告给其他卫星；

卫星核心自治***中至少两颗卫星分别连接地面上同一卫星接入自治***内的不同网关时，其他卫星根据到达这两颗卫星的内部网关协议度量确定到达卫星接入自治***的下一跳。

实施例一

本发明提供的一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，所应用的网络场景中，有多种卫星网络为了不同的目的部署于不同的时期。比如，有些卫星网络主要支持窄带业务，如话音和低速数据业务；另一些卫星网络可能支持宽带业务，如音视频等。

如图1所示，为本发明实施例提供的多星座互联分布式路由架构的应用场景示意图，本发明实施例主要针对地球静止轨道卫星网络，也适用于其他种类的卫星网络。

在该场景中使用以下术语：

UST：用户卫星终端，通过一个卫星与地面之间的用户链路接入卫星网络的地球站；

NST：网络卫星终端，通过卫星与地面之间的用户链路接入卫星网络的地球站，并连接一些地面用户子网；

GW：卫星网关，通过卫星与地面之间的馈电链路接入卫星网络的地球站，且连接一些地面路由自治域***；

ISL：星间链路，连接卫星的无线或激光链路；

GSL：星地链路，连接地球站和卫星的无线链路；

以及SN：卫星网络、GEO：地球静止轨道卫星、网控中心NCC：、区域控制中心ACC：、自治***AS：、IGP：内部网关协议、EGP：外部网关协议、BGP：边界网关协议、iBGP：内部边界网关协议、eBGP：外部边界网关协议、NAT：网络地址转换、DHCP：动态主机配置协议。

该场景中的卫星网络存在多方面不同：每个网络包括覆盖特定区域的不同数量的GEO卫星。比如，SN2和SN3中有4颗卫星，SN1中有3颗卫星。这些网络中的卫星在传输、处理和存储方面能力各有不同，它们可以通过ISLs进行连接。

地面有不同种类的卫星终端，包括USTs、NSTs和GWs。NSTs和GWs具有路由功能，USTs没有路由功能。随着天地一体化网络的发展，ISLs可以在不同的卫星网络之间部署，或者在不同卫星网络的卫星终端之间可能增加地面链路，从而实现网络在不同部署阶段不同程度的互联。

在路由架构的管控关系方面，整个网络中设置一个管控中心NCC，并在卫星覆盖区内的某个网关设置区域管控中心ACC。一个网关GW可同时看到多颗卫星，一颗卫星也可能与多个网关GWs建立通信联系，***可根据网关GWs馈电链路容量和带宽使用情况，为汇聚到一颗卫星上的业务选择不同的网关GWs落地，也可以为地面用户选择不同的网关GWs上星。

ACC负责相应卫星覆盖区内的卫星终端的管理、链路和流量状态收集、以及路由策略配置。

图2为本实施例提供的多星座互联分布式路由架构示意图，该路由架构构建了一个多AS的分布式路由***，具有路由策略控制能力和较强的路由扩展性。

该所有的GEO卫星和它们所连接的用户终端可配置为一个独立的核心AS，本实施例中的路由架构中包括三类AS，即卫星核心AS、卫星接入AS和卫星用户AS。假设在卫星网络发展过程中，两个SNs的卫星之间部署了ISLs，如图2的ISL A，则这两个SNs可合并为一个卫星核心AS。对于通过GWs，如图2中的GW1、GW2、GW3，连接地面网络的卫星网络，地面网络和连接的GWs可配置为一个卫星接入AS。所有与NSTs连接的用户子网可与NSTs一起配置为卫星用户AS。因此，网络中的卫星、GWs和USTs都是路由节点。

在该路由架构中，IGP和EGP等路由协议分别部署在网络的不同位置，具体如下：

在卫星核心AS中，卫星之间通过ISLs运行IGP，如OSPF。在卫星核心AS中，需要时可在卫星之间通过iBGP路由协议建立路由对等关系，即卫星可以彼此交换从其他ASs学习到的路由前缀，它们之间的全连接路径是通过IGP路由协议提供的，但核心IGP协议并不参与其他路由协议的前缀重分布。

在卫星和GWs或NSTs之间运行eBGP，GWs或NSTs作为边界路由器交换域间路由前缀。核心AS中的核心路由器之间通过iBGP交换的路由前缀包括通过eBGP从GWs通告来的地址前缀，以及卫星连接的NSTs所连的子网的地址前缀。因此，卫星核心ASs中的所有卫星需要同时运行eBGP、iBGP和IGP协议。

当SNs之间没有ISLs时，或者两个SNs虽然有ISLs连接但采用不同的底层通信体制而无法实现网络层连接时，路由信息仍可以在两个SNs的卫星之间进行交换。此时，两个SNs需要分到不同的核心AS中，且路由前缀通过地面上的GWs进行交换。

GWs在其卫星网络接口和地面网络接口处分别运行eBGP和地面网标准路由协议，GWs作为边界路由器将地面网的汇聚地址前缀通过eBGP通告给核心AS，同时接收来自卫星的地址前缀信息。

NSTs在其卫星网络接口和地面网络接口处分别运行eBGP和地面网标准路由协议，NSTs与卫星之间通过运行BGP交换域内可达信息，并通过地面网标准路由协议与地面网络连接。

域间路由BGP的决策过程可以根据到下一跳的IGP度量来确定。当卫星核心自治***中的两颗GEO卫星分别连接地面上同一AS的不同GWs时，两个GWs可将路由前缀信息分别通告给这些卫星，然后这些卫星通过iBGP将路由前缀通告给其他卫星。其他卫星根据到达这两颗卫星的IGP度量来确定到达该AS的下一跳。如果度量是相同的，则选择具有最小ID的GW。从这两颗卫星发来的流量负载可以通过配置在星上的eBGP协议的多径选项，通过所连接的两个GWs实现负载均衡。

在地址分配方面，根据不同卫星波束覆盖区域自然形成不同的子网，配置独立的地址空间。NCC根据每颗卫星覆盖区的卫星终端数量分配地址空间，下发到ACC实施地址池的管理，ACC将地址池配置到星上的DHCP服务，由星载模块通过DHCP服务为接入的卫星终端分配与其接入波束相对应的地址。当有用户终端直接连接卫星终端时，包括USTs或NSTs，其地址配置为私有地址，并由卫星终端通过NAT方式接入卫星。

路由策略可在卫星、GWs或用户子网的边界路由器上进行配置。通过路由策略配置实现负载均衡的方式为：当一颗卫星与多个GWs连接时，卫星处汇聚并需要传输到地面的业务流量可以根据连接GWs的馈电链路的容量和带宽使用情况选择不同的GWs；当一个GW连接多颗卫星时，GW处汇聚并需要传输到星上的业务流量可以根据连接GWs的馈电链路的容量和带宽使用情况选择不同的卫星。

图3为本实施例提供的多星座互联分布式路由架构中运行的路由协议示意图，N颗卫星前后相连接形成一个环状。它们在一个卫星核心AS中，运行OSPF这样的IGP协议或与标准协议兼容的定制路由协议。核心AS中的IGP协议只部署于卫星上，不参与其他路由协议的路由重分布。

iBGP协议运行于卫星核心AS中，并在卫星节点之间实现全连接；eBGP协议部署于GWs和卫星之间，以交换可能被过滤过的汇聚路由前缀；同时eBGP也部署运行在卫星覆盖区的NSTs和卫星之间，因而，可以防止地面用户网络中的任何路由状态更新都进入到卫星核心AS中，减轻了星上处理和存储的负担。

NSTs和GWs运行某种标准IGP与用户子网和地面网络进行接口，由此实现互联。从源卫星终端到目的卫星终端的报文的路径选择通过在卫星终端和星上模块的路由表来实现。路由过程对用户而言是透明的，地面网络也不需要额外的处理。

具体的，在路径选择方面，域间路由BGP的决策过程可以根据到下一跳的IGP度量来确定。比如，卫星核心自治***中的 GEO卫星3和卫星4分别连接地面上同一自治***的不同卫星网关，如图中GW3和GW4，两个GWs可将路由前缀信息通告给这两颗卫星，然后卫星通过iBGP将路由前缀通告给其他卫星。其他卫星根据到达卫星3和4的IGP度量选择GW3或GW4作为到达GW3、GW4所属的AS的下一跳。如果度量是相同的，则选择具有最小ID的GW。而且，从这些卫星发来的流量负载可以通过配置在卫星3和4上的eBGP协议的多径选项，通过这两个GWs实现负载均衡。同样，这些卫星网关GWs可根据IGP度量决定经过哪颗卫星转发数据，保证路由的最优化。

卫星网络在星座配置、卫星容量、技术机制、业务类型和应用需求方面都显示出很大的差异。为了将这些部署于不同阶段的卫星网络融合在一起，天地一体化网络需要与现有网络兼容，为解决该问题，本发明提供一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，实现天地一体化网络在网络层的融合，能够提供最优路径选择和灵活的管理能力，具体优点如下：

在管理控制方面，本发明提供的架构设计方法，提供了清晰分割管理控制边界的方法，eBGP会话运行于卫星核心AS与其他ASs之间。每个AS可轻松管理自己的网络，卫星核心AS中的卫星可由独立的管理者来进行管理。本质上来说，卫星核心AS是其他网络的服务提供实体。此外，BGP ASs的边界和IGP进程的边界是一致的，其他ASs内部的IGP进程不会延伸到卫星核心AS上，卫星核心AS中的IGP进程也不会延伸到其他ASs的边界路由器上。卫星核心AS和其他ASs之间不存在共享资源，这样使得它们的管理机制可清晰分割。

在路由选择策略方面，因为卫星核心AS和其他ASs之间形成了明确的边界，这使得路由选择策略可以在每个ASs的边界处进行部署。比如，在不同的用户网络之间可以实施流量控制。而且，卫星核心AS与其他AS中可各自设置一套不同的路由前缀，这些前缀在注入BGP之前可进行汇总，也可以使用基于AS的前缀过滤列表来阻止路由前缀的通告，而不是通过访问控制列表来进行报文过滤，降低管理复杂度。

总之，本发明能够满足天地一体化网络兼容性和灵活性需求：路由架构与现有路由机制兼容，并支持高效灵活的组网能力，还支持采用不同拓扑的VPN的按需建立，提供灵活多样的路由策略；以及互联需求，路由架构支持与标准路由协议，如RIP和OSPF的互操作性，通过采用分布式路由策略提供足够的扩展性，便于支持大型网络。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质（包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等）上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、***、和计算机程序产品的流程图和／或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和／或方框图中的每一流程和／或方框、以及流程图和／或方框图中的流程和／或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和／或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本发明的保护范围显然不局限于这些具体实施方式。在不偏离本发明的原理的前提下，本领域技术人员可以对相关技术特征作出等同的更改或替换，这些更改或替换之后的技术方案都将落入本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，包括如下步骤：

根据卫星及其连接的用户终端将多星座互联路由架构划分为卫星核心自治***、卫星接入自治***和卫星用户自治***，所述卫星核心自治***包括所有卫星及与卫星直接连接的用户终端；所述卫星接入自治***包括网关及与网关连接的地面网络；所述卫星用户自治***包括网络卫星终端及与网络卫星终端连接的用户子网；所述卫星、网关或用户子网的边界路由器上配置路由策略；

所述网关将地面网络路由前缀信息通告给所连接的卫星；

所述网络卫星终端将所连接的用户子网的地址前缀通告给所连接的卫星；

所有卫星通过内部边界网关协议将学习到的路由前缀通告给其他卫星；

所述卫星核心自治***中至少两颗卫星分别连接地面上同一卫星接入自治***内的不同网关时，其他卫星根据到达这两颗卫星的内部网关协议度量确定到达卫星接入自治***的下一跳。

2.根据权利要求1所述的一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，卫星核心自治***中交换的路由前缀包括通过外部边界网关协议从网关通告的地址前缀，及卫星连接的网络卫星终端所连的用户子网的地址前缀。

3.根据权利要求1所述的一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，所述方法包括设置网控中心，所述网控中心根据每颗卫星覆盖区内的卫星终端数量分配地址空间，下发给区域控制中心，所述区域控制中心将该地址空间配置到星上的DHCP服务器。

4.根据权利要求1所述的一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，所述卫星核心自治***中卫星网络之间通过星间链路运行内部网关协议，并通过内部边界网关协议建立路由对等关系，交换路由前缀。

5.根据权利要求1所述的一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，所述卫星核心自治***中卫星网络之间没有星间链路，或卫星网之间采用不同的底层通信体制，所述卫星网络划分到不同的卫星核心自治***，其路由前缀通过地面上的网关进行交换。

6.根据权利要求1所述的一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，所述网关在其卫星网络接口和地面网络接口处分别运行外部边界网关协议和地面网标准路由协议，所述网关将地面网络的汇聚地址前缀通过外部边界网关协议通告给卫星核心自治***，同时接收来自卫星的地址前缀信息。

7.根据权利要求1所述的一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，所述网络卫星终端与卫星之间通过运行外部边界网关协议交换域内可达信息，并通过地面网标准路由协议与地面网络连接。

8.根据权利要求1所述的一种基于多星座互联分布式路由架构的星座网络融合方法，其特征在于，所述路由策略包括：

当一颗卫星与多个网关或网络卫星终端连接时，卫星处汇聚并需要传输到地面的业务流量根据连接网关或网络卫星终端的馈电链路的容量和带宽使用情况选择不同的网关或网络卫星终端；

当一个网关或网络卫星终端连接多颗卫星时，网关或网络卫星终端处汇聚并需要传输到星上的业务流量可以根据连接网关或网络卫星终端的馈电链路的容量和带宽使用情况选择不同的卫星。

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