一种适合天网地网架构的分布式路由系统及方法与流程

1.本发明涉及卫星通信技术领域，特别是指一种适合天网地网架构的分布式路由系统及方法，可用于实现不同轨道星座的卫星路由落地互连、不同卫星网的用户路由无环扩散，将不同轨道的卫星网络与地面网络构建成一个天地一体的信息传输网络。


背景技术：

2.近年来，随着空间网络技术的快速发展，特别是星间链路的出现，空间信息系统开始向网络化方向发展，并朝着与地面网络融合成天地一体化信息网络的趋势发展，为此世界各国都在积极开展总体架构研究，包括组网架构、协议体系和标准规范等。天地一体化网络的网络架构可分为三类：天星地网、天基网络和天网地网，其中，天网地网是介于天星地网和天基网络两种网络架构之间，其特点是天基和地面两张网络相互配置共同构成天地一体化信息网络。经过综合分析，天网地网是适合我国国情的天地一体化信息网络的网络架构，以地面网络为基础，以卫星网络为扩展，可为全球范围内的卫星网用户提供接入与互连服务，并与地面互联网和地面移动网用户互联互通。
3.地面网络采用分域的路由策略，单个自治域内的路由器规模有限（通常为数十台），运行ospf或is-is路由协议，维护域内路由表。域间采用bgp协议实现路由信息的受控扩散。卫星网络由于单星下的地面终端规模大，且星载路由器与地面终端之间星状连接，星载硬件计算处理能力无法满足标准路由协议处理的要求，需要采用卫星专用路由协议。卫星网络运行专用路由协议，地面网络运行标准路由协议，卫星网络与地面网络之间路由相互扩散，难以将卫星网络和地面网络真正融合成天地一体化信息传输网络，且存在路由震荡、路由环路、路由收敛慢等问题。


技术实现要素：

4.为解决现有问题，本发明提出一种适合天网地网架构的分布式路由系统及方法，通过卫星路由与用户路由分层解耦、信关站的卫星路由与用户路由并行处理、卫星网与地面网的用户路由单向扩散等路由设计，实现不同轨道星座的卫星路由落地互连、不同卫星网的用户路由无环扩散，将不同轨道的卫星网络与地面网络构建成一个天地一体的信息传输网络，提高天地一体化信息传输网络路由系统的可靠性和稳定性。
5.本发明采用的技术方案为：一种适合天网地网架构的分布式路由系统，包括卫星路由设备、用户路由设备、协议分流设备，其中：所述卫星路由设备部署在卫星节点和信关站节点上，用于交互卫星路由信息，生成基于卫星id的路由转发表，实现用户路由信息和用户业务信息的转发；所述用户路由设备部署在用户站节点和信关站节点上，用于通过标准路由协议获取用户路由信息，通过入网流程获取本站点当前接入卫星的id，将用户路由信息、卫星id、用户路由设备mac地址生成路由映射表，实现路由寻址标识的转换；
所述协议分流设备部署在信关站节点上，用于根据数据包类型以及mac地址信息，将从卫星节点接收到的数据包转发至本站点的卫星路由设备或用户路由设备上进行处理，实现信关站节点卫星路由、用户路由的并行处理。
6.进一步地，所述卫星id为卫星路由设备的唯一标识，卫星节点和信关站节点中卫星路由设备的卫星id统一规划。
7.进一步地，所述用户路由设备mac地址包括单播mac地址和广播mac地址，其中单播mac地址用于标识卫星路由设备、用户路由设备的端口二层地址。
8.进一步地，部署在卫星节点上的卫星路由设备根据用户站的入网信息，生成基于mac地址的二层转发表，完成本星下用户业务信息的快速交换。
9.一种适合天网地网架构的分布式路由方法，基于如上任一项所述的一种适合天网地网架构的分布式路由系统实现，包括卫星路由学习的过程、用户路由学习的过程、不同轨道卫星网用户业务互通的路由过程，以及卫星网与地面网用户业务互通的路由过程；其中，卫星路由学习的过程如下：s101：某一轨道的卫星节点的卫星路由设备启动后，向各个端口发送卫星路由信息帧，卫星路由信息帧的源mac地址为相应端口mac地址，目的mac地址为广播mac地址；s102：协议分流设备接收到卫星路由信息帧后，将其转发给信关站节点的卫星路由设备；信关站节点的卫星路由设备更新本地链路状态数据库，并计算出基于卫星id的路由转发表，然后将卫星路由信息帧向除接收端口外的其他端口进行转发，发送至其他信关站或其他轨道的卫星节点；s103：其他轨道的卫星节点接收到卫星路由信息帧后，卫星路由设备更新本地链路状态数据库，并计算出基于卫星id的路由转发表，完成全网的卫星路由收敛过程；用户路由学习的过程如下：s201：用户站的用户路由设备启动后，将本地的路由映射表封装成用户路由信息帧，发送给当前接入的卫星节点；用户路由信息帧源mac地址为卫星侧端口mac地址，目的mac地址为广播mac地址；s202：卫星节点接收到用户路由信息帧后，卫星路由设备将其复制多份，并封装卫星id，发送给其他卫星节点，同时将用户路由信息帧封装本卫星路由设备的卫星id，向所有用户链路和馈电链路端口进行广播；s203：协议分流设备接收到用户路由信息帧后，若卫星id为当前接入卫星，则将其转发给用户路由设备处理；否则，将其转发给卫星路由设备处理；s204：信关站节点的用户路由设备接收到用户路由信息帧后，更新本地路由映射表，根据源mac地址判断用户站是否归属于本信关站管辖，若用户站归属于本信关站管辖，则向地面网扩散该用户路由信息；s205：信关站节点的卫星路由设备接收到用户路由信息帧后，根据卫星id查找路由转发表，获取下一跳卫星节点或信关站节点以及出端口，将用户路由信息帧逐跳转发至目的卫星节点；目的卫星节点将用户路由信息帧向所有用户链路和馈电链路端口进行广播；s206：用户站节点的用户路由设备接收到用户路由信息帧后，更新本地路由映射表，完成全网的用户路由收敛过程；
不同轨道卫星网用户业务互通的路由过程如下：s301：卫星网用户业务数据包到达用户站节点的用户路由设备后，用户路由设备查找路由映射表，获取相应的目的卫星id和目的mac地址；用户路由设备将用户业务数据包封装帧类型、目的卫星id、目的mac地址，然后发送给卫星节点；s302：卫星节点接收到用户业务信息帧后，根据卫星id查找路由转发表，获取下一跳卫星节点或信关站节点以及出端口，将用户业务信息帧逐跳转发至目的卫星节点；s303：目的卫星节点接收到用户业务信息帧后，根据目的mac地址查找二层转发表，获取目的用户站的出端口，将用户业务信息帧转发给目的用户站；目的用户站的用户路由设备恢复出原始的用户业务数据包，发送给相连的业务终端；卫星网与地面网用户业务互通的路由过程如下：s401：卫星网用户业务数据包到达用户站节点的用户路由设备后，用户路由设备查找路由映射表，获取归属信关站节点相应的目的卫星id和目的mac地址；用户路由设备将用户业务数据包封装帧类型、目的卫星id、目的mac地址，然后发送给卫星节点；s402：卫星节点接收到用户业务信息帧后，根据卫星id查找路由转发表，获取下一跳卫星节点以及出端口，将用户业务信息帧逐跳转发至目的卫星节点；s403：目的卫星节点接收到用户业务信息帧后，根据目的mac地址查找二层转发表，获取信关站的出端口，将用户业务信息帧转发给信关站；信关站的协议分流设备将用户业务信息帧转发给用户路由设备，用户路由设备恢复出原始的用户业务数据包，发送给相连的地面网路由设备，逐跳转发给地面网用户。
10.进一步地，步骤s302中，信关站节点的协议分流设备接收到用户业务信息帧后，若目的mac地址为本节点用户路由设备的mac地址，则将其转发给用户路由设备处理，否则将其转发给卫星路由设备处理。
11.本发明与背景技术相比具有如下有益效果：1、本发明通过地面信关站的卫星路由功能，将不同轨道星座的卫星网络与地面信关站构建成天地一体化信息传输网络卫星路由区域，域内运行单一路由协议，并与用户路由隔离，从而提高了路由系统的可靠性。
12.2、本发明通过地面信关站的卫星路由与用户路由并行处理设计，实现了用户站和信关站用户路由处理逻辑的统一，为天地一体化信息传输网络其他相关体制设计提供了便利。
13.3、本发明借助卫星路由转发功能，通过星间点到点和单星广播相结合的方式，实现了用户路由的无环扩散，从而提高了路由系统的稳定性。
14.4、本发明通过卫星网用户路由单向受控扩散至地面网，实现了卫星网用户与地面网用户的多点无环互连。
附图说明
15.图1 是本发明的应用场景示意图。
实施方式
16.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
17.图1所示为一种采用天网地网组网架构的天地一体化信息传输网络的应用场景，本实施例提供一种适合天网地网架构的分布式路由系统，该系统包括三部分：卫星路由设备、用户路由设备、协议分流设备。
18.其中,卫星路由设备部署在卫星节点、信关站节点，交互卫星路由信息，生成基于卫星id的路由转发表，用于用户路由信息和用户业务信息的转发；具体的，所述卫星id为卫星路由设备的唯一标识，卫星节点、信关站节点卫星路由设备的卫星id统一规划。
19.具体的，部署在卫星节点的卫星路由设备根据用户站的入网信息，生成基于mac地址的二层转发表，完成本星下用户业务信息的快速交换。
20.用户路由设备部署在用户站节点、信关站节点，通过标准路由协议获取用户路由信息，通过入网流程获取本站点当前接入卫星的id，将用户路由信息、卫星id、用户路由设备mac地址等生成路由映射表，用于路由寻址标识的转换。
21.协议分流设备部署在信关站节点，根据数据包类型以及mac地址等信息，将从卫星节点接收到的数据包转发至本站点的卫星路由设备或用户路由设备进行处理，实现信关站节点卫星路由、用户路由并行处理。
22.具体的，所述mac地址包括单播mac地址和广播mac地址，其中单播mac地址用于标识卫星路由设备、用户路由设备的端口二层地址。
23.该系统中传输的数据包类型包括3种：卫星路由信息帧、用户路由信息帧和用户业务信息帧，具体作用参见后续内容。
24.基于上述路由系统可实现一种适合天网地网架构的分布式卫星路由方法，包括卫星路由学习的过程、用户路由学习的过程、不同轨道卫星网用户业务互通的路由过程，以及卫星网与地面网用户业务互通的路由过程。
25.其中，卫星路由学习的过程包括以下步骤：s1：某一轨道的卫星节点的卫星路由设备启动后，向各个端口发送卫星路由信息帧，卫星路由信息帧源mac地址为相应端口mac地址，目的mac地址为广播mac地址；s2：协议分流设备接收到卫星路由信息帧，将其转发给信关站节点的卫星路由设备。信关站节点的卫星路由设备更新本地链路状态数据库，并计算出基于卫星id的路由转发表，最后将卫星路由信息帧向除接收端口外的其他端口进行转发，发送至其他信关站或其他轨道的卫星节点；s3：其他轨道的卫星节点接收到卫星路由信息帧，卫星路由设备更新更新本地链路状态数据库，并计算出基于卫星id的路由转发表，完成全网的卫星路由收敛过程。
26.用户路由学习的过程包括以下步骤：s1：用户站的用户路由设备启动后，将本地的路由映射表封装成用户路由信息帧，发送给当前接入的卫星节点。用户路由信息帧源mac地址为卫星侧端口mac地址，目的mac地址为广播mac地址；s2：卫星节点接收到用户路由信息帧后，卫星路由设备将其复制多份，并封装卫星id，发送给其他卫星节点，同时将用户路由信息帧封装本卫星路由设备的卫星id，向所有用户链路和馈电链路端口进行广播；s3：协议分流设备接收到用户路由信息帧，若卫星id为当前接入卫星，则将其转发
给用户路由设备处理；否则，将其转发给卫星路由设备处理；s4：信关站节点的用户路由设备接收到用户路由信息帧后，更新本地路由映射表。根据源mac地址判断用户站是否归属于本信关站管辖，若用户站归属于本信关站管辖，则向地面网扩散该用户路由信息；s5：信关站节点的卫星路由设备接收到用户路由信息帧后，根据卫星id查找路由转发表，获取下一跳卫星节点或信关站节点以及出端口，将用户路由信息帧逐跳转发至目的卫星节点。目的卫星节点将用户路由信息帧向所有用户链路和馈电链路端口进行广播；s6：用户站节点的用户路由设备接收到用户路由信息帧后，更新本地路由映射表，完成全网的用户路由收敛过程。
27.不同轨道卫星网用户业务互通的路由过程包括以下步骤：s1：卫星网用户业务数据包到达用户站节点的用户路由设备后，用户路由设备查找路由映射表，获取相应的目的卫星id和目的mac地址；用户路由设备将用户业务数据包封装帧类型、目的卫星id、目的mac地址，发送给卫星节点。
28.s2：卫星节点接收到用户业务信息帧后，根据卫星id查找路由转发表，获取下一跳卫星节点或信关站节点以及出端口，将用户业务信息帧逐跳转发至目的卫星节点。
29.具体的，所述步骤s2中，信关站节点的协议分流设备接收到用户业务信息帧后，若目的mac地址为本节点用户路由设备的mac地址，则将其转发给用户路由设备处理，否则将其转发给卫星路由设备处理。
30.s3：目的卫星节点接收到用户业务信息帧后，根据目的mac地址查找二层转发表，获取目的用户站的出端口，将用户业务信息帧转发给目的用户站。目的用户站的用户路由设备恢复出原始的用户业务数据包，发送给相连的业务终端。
31.卫星网与地面网用户业务互通的路由过程包括以下步骤：s1：卫星网用户业务数据包到达用户站节点的用户路由设备后，用户路由设备查找路由映射表，获取归属信关站节点相应的目的卫星id和目的mac地址；用户路由设备将用户业务数据包封装帧类型、目的卫星id、目的mac地址，发送给卫星节点。
32.s2：卫星节点接收到用户业务信息帧后，根据卫星id查找路由转发表，获取下一跳卫星节点以及出端口，将用户业务信息帧逐跳转发至目的卫星节点。
33.s3：目的卫星节点接收到用户业务信息帧后，根据目的mac地址查找二层转发表，获取信关站的出端口，将用户业务信息帧转发给信关站。信关站的协议分流设备将用户业务信息帧转发给用户路由设备，用户路由设备恢复出原始的用户业务数据包，发送给相连的地面网路由设备，逐跳转发给地面网用户。
34.总之，本发明采用卫星路由与用户路由分层解耦、信关站的卫星路由与用户路由并行处理、卫星网与地面网的用户路由单向扩散等路由设计，实现了不同轨道星座的卫星路由落地互连、不同卫星网的用户路由无环扩散，将不同轨道的卫星网络与地面网络构建成一个天地一体的信息传输网络。
35.本发明可应用于具有多轨道、多星、多站互连特征的天地一体化信息传输网络中，通过卫星路由和用户路由分层解耦、分布式控制，解决传统分布式路由协议的逐跳扩散方式所带来的路由震荡、路由环路、路由收敛慢等问题，提高了天地一体化信息传输网络路由系统的可靠性和稳定性。
36.最后应该说明的是：以上所述仅为本发明的优选实例，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可对前述实施例的技术方案进行修改，或对其他部分技术特征进行等同替换，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种适合天网地网架构的分布式路由系统，其特征在于，包括卫星路由设备、用户路由设备、协议分流设备，其中：所述卫星路由设备部署在卫星节点和信关站节点上，用于交互卫星路由信息，生成基于卫星id的路由转发表，实现用户路由信息和用户业务信息的转发；所述用户路由设备部署在用户站节点和信关站节点上，用于通过标准路由协议获取用户路由信息，通过入网流程获取本站点当前接入卫星的id，将用户路由信息、卫星id、用户路由设备mac地址生成路由映射表，实现路由寻址标识的转换；所述协议分流设备部署在信关站节点上，用于根据数据包类型以及mac地址信息，将从卫星节点接收到的数据包转发至本站点的卫星路由设备或用户路由设备上进行处理，实现信关站节点卫星路由、用户路由的并行处理。2.根据权利要求1所述的一种适合天网地网架构的分布式路由系统，其特征在于，所述卫星id为卫星路由设备的唯一标识，卫星节点和信关站节点中卫星路由设备的卫星id统一规划。3.根据权利要求1所述的一种适合天网地网架构的分布式路由系统，其特征在于，所述用户路由设备mac地址包括单播mac地址和广播mac地址，其中单播mac地址用于标识卫星路由设备、用户路由设备的端口二层地址。4.根据权利要求3所述的一种适合天网地网架构的分布式路由系统，其特征在于，部署在卫星节点上的卫星路由设备根据用户站的入网信息，生成基于mac地址的二层转发表，完成本星下用户业务信息的快速交换。5.一种适合天网地网架构的分布式路由方法，其特征在于，基于如权利要求1-4中任一项所述的一种适合天网地网架构的分布式路由系统实现，包括卫星路由学习的过程、用户路由学习的过程、不同轨道卫星网用户业务互通的路由过程，以及卫星网与地面网用户业务互通的路由过程；其中，卫星路由学习的过程如下：s101：某一轨道的卫星节点的卫星路由设备启动后，向各个端口发送卫星路由信息帧，卫星路由信息帧的源mac地址为相应端口mac地址，目的mac地址为广播mac地址；s102：协议分流设备接收到卫星路由信息帧后，将其转发给信关站节点的卫星路由设备；信关站节点的卫星路由设备更新本地链路状态数据库，并计算出基于卫星id的路由转发表，然后将卫星路由信息帧向除接收端口外的其他端口进行转发，发送至其他信关站或其他轨道的卫星节点；s103：其他轨道的卫星节点接收到卫星路由信息帧后，卫星路由设备更新本地链路状态数据库，并计算出基于卫星id的路由转发表，完成全网的卫星路由收敛过程；用户路由学习的过程如下：s201：用户站的用户路由设备启动后，将本地的路由映射表封装成用户路由信息帧，发送给当前接入的卫星节点；用户路由信息帧源mac地址为卫星侧端口mac地址，目的mac地址为广播mac地址；s202：卫星节点接收到用户路由信息帧后，卫星路由设备将其复制多份，并封装卫星id，发送给其他卫星节点，同时将用户路由信息帧封装本卫星路由设备的卫星id，向所有用户链路和馈电链路端口进行广播；
s203：协议分流设备接收到用户路由信息帧后，若卫星id为当前接入卫星，则将其转发给用户路由设备处理；否则，将其转发给卫星路由设备处理；s204：信关站节点的用户路由设备接收到用户路由信息帧后，更新本地路由映射表，根据源mac地址判断用户站是否归属于本信关站管辖，若用户站归属于本信关站管辖，则向地面网扩散该用户路由信息；s205：信关站节点的卫星路由设备接收到用户路由信息帧后，根据卫星id查找路由转发表，获取下一跳卫星节点或信关站节点以及出端口，将用户路由信息帧逐跳转发至目的卫星节点；目的卫星节点将用户路由信息帧向所有用户链路和馈电链路端口进行广播；s206：用户站节点的用户路由设备接收到用户路由信息帧后，更新本地路由映射表，完成全网的用户路由收敛过程；不同轨道卫星网用户业务互通的路由过程如下：s301：卫星网用户业务数据包到达用户站节点的用户路由设备后，用户路由设备查找路由映射表，获取相应的目的卫星id和目的mac地址；用户路由设备将用户业务数据包封装帧类型、目的卫星id、目的mac地址，然后发送给卫星节点；s302：卫星节点接收到用户业务信息帧后，根据卫星id查找路由转发表，获取下一跳卫星节点或信关站节点以及出端口，将用户业务信息帧逐跳转发至目的卫星节点；s303：目的卫星节点接收到用户业务信息帧后，根据目的mac地址查找二层转发表，获取目的用户站的出端口，将用户业务信息帧转发给目的用户站；目的用户站的用户路由设备恢复出原始的用户业务数据包，发送给相连的业务终端；卫星网与地面网用户业务互通的路由过程如下：s401：卫星网用户业务数据包到达用户站节点的用户路由设备后，用户路由设备查找路由映射表，获取归属信关站节点相应的目的卫星id和目的mac地址；用户路由设备将用户业务数据包封装帧类型、目的卫星id、目的mac地址，然后发送给卫星节点；s402：卫星节点接收到用户业务信息帧后，根据卫星id查找路由转发表，获取下一跳卫星节点以及出端口，将用户业务信息帧逐跳转发至目的卫星节点；s403：目的卫星节点接收到用户业务信息帧后，根据目的mac地址查找二层转发表，获取信关站的出端口，将用户业务信息帧转发给信关站；信关站的协议分流设备将用户业务信息帧转发给用户路由设备，用户路由设备恢复出原始的用户业务数据包，发送给相连的地面网路由设备，逐跳转发给地面网用户。6.根据权利要求5所述的一种适合天网地网架构的分布式路由方法，其特征在于，步骤s302中，信关站节点的协议分流设备接收到用户业务信息帧后，若目的mac地址为本节点用户路由设备的mac地址，则将其转发给用户路由设备处理，否则将其转发给卫星路由设备处理。

技术总结
本发明涉及一种适合天网地网架构的分布式路由系统及方法，属于卫星通信技术领域。本发明通过卫星路由与用户路由分层解耦、信关站的卫星路由与用户路由并行处理、卫星网与地面网的用户路由单向扩散等路由设计，实现不同轨道星座的卫星路由落地互连、不同卫星网的用户路由无环扩散，将不同轨道的卫星网络与地面网络构建成一个天地一体的信息传输网络。本发明可应用于具有多轨道、多星、多站互连特征的天地一体化信息传输网络场景中，通过卫星路由和用户路由分层解耦、分布式控制，解决传统分布式路由协议逐跳扩散方式带来的路由震荡、路由环路、路由收敛慢等问题，提高天地一体化信息传输网络路由系统的可靠性和稳定性。传输网络路由系统的可靠性和稳定性。传输网络路由系统的可靠性和稳定性。


技术研发人员：尹波 孙晨华
受保护的技术使用者：中国电子科技集团公司第五十四研究所
技术研发日：2023.03.30
技术公布日：2023/7/12