[發(fā)明專利]一種基于虛擬機(jī)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)加速系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011261759.7
• 申請日: 2020-11-12
• 公開（公告）號: CN112311448B
• 公開（公告）日: 2022-02-18
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 張亞生;柳長青;楊光祥;何辭;申曲
• 申請（專利權(quán)）人: 中國電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 河北東尚律師事務(wù)所 13124
• 代理人: 王文慶

本發(fā)明公開了一種基于虛擬機(jī)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)加速系統(tǒng)，屬于衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域。該系統(tǒng)包括負(fù)載均衡模塊、虛擬機(jī)管理控制模塊以及物理計算處理單元；所述負(fù)載均衡模塊通過LAN口連接地面設(shè)備，通過WAN口連接衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，通過業(yè)務(wù)口與物理計算處理單元通信，并通過控制口與虛擬機(jī)管理控制模塊通信；所述虛擬機(jī)管理控制模塊通過控制口與物理計算處理單元通信；所述虛擬機(jī)管理控制模塊根據(jù)需要在所述物理計算處理單元中動態(tài)運(yùn)行一個或多個虛擬機(jī)。本發(fā)明利用虛擬化技術(shù)，將計算物理資源予以抽象，使用戶能夠采用比原本的組態(tài)更好的方式來應(yīng)用這些資源。本發(fā)明適合部署在新型衛(wèi)星地面站，能適應(yīng)未來衛(wèi)星通信所面臨的多連接，大帶寬，高容量通信的特點。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及衛(wèi)星通信技術(shù)領(lǐng)域，特別是指一種基于虛擬機(jī)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)加速系統(tǒng)。

背景技術(shù)

衛(wèi)星通信信道具有長時延、高誤碼等特點，傳統(tǒng)TCP協(xié)議在這種信道條件下的傳輸效率很低，造成衛(wèi)星信道帶寬的浪費(fèi)。

傳統(tǒng)方式IP加速的性能彈性不足，在完成地面站建設(shè)以后，其協(xié)議加速的性能就基本定型：只有通過升級硬件的方式才能提高處理性能。并且，即便通過硬件升級提升了性能水平，其性能也仍然是受限的，無法實時地彈性提升性能。

目前，新型的大型地面站IP加速架構(gòu)設(shè)計特別注重其性能的彈性擴(kuò)展提升能力。

虛擬化技術(shù)基于對計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)資源的虛擬化管理，實現(xiàn)了對計算機(jī)集群中各種資源的彈性按需分配。基于虛擬機(jī)的資源組合彈性、并行處理能力和資源擴(kuò)展能力，利用虛擬化技術(shù)設(shè)計虛擬加速設(shè)備，可解決大型地面站IP加速所面臨的多流、高速處理、大容量轉(zhuǎn)發(fā)等問題。但是，現(xiàn)有技術(shù)中尚沒有此類方案。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提出一種基于虛擬機(jī)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)加速系統(tǒng)，其能夠使地面中心站具備高速綜合協(xié)議處理、大容量轉(zhuǎn)發(fā)、彈性擴(kuò)展的能力。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供的技術(shù)方案是：

一種基于虛擬機(jī)的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)加速系統(tǒng)，其包括負(fù)載均衡模塊、虛擬機(jī)管理控制模塊以及物理計算處理單元；所述負(fù)載均衡模塊通過LAN口連接地面設(shè)備，通過WAN口連接衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，通過業(yè)務(wù)口與物理計算處理單元通信，并通過控制口與虛擬機(jī)管理控制模塊通信；所述虛擬機(jī)管理控制模塊通過控制口與物理計算處理單元通信；所述虛擬機(jī)管理控制模塊根據(jù)需要在所述物理計算處理單元中動態(tài)運(yùn)行一個或多個虛擬機(jī)；

所述負(fù)載均衡模塊用于執(zhí)行如下程序：

（A1）將LAN口和WAN口收到的報文數(shù)據(jù)傳入負(fù)載均衡模塊數(shù)據(jù)面的OVS虛擬交換機(jī)，對于非TCP報文，數(shù)據(jù)面OVS利用低優(yōu)先級轉(zhuǎn)發(fā)流表，直接從負(fù)載均衡模塊另一個連接公共網(wǎng)絡(luò)的端口轉(zhuǎn)發(fā)出去；對于TCP報文，將首個TCP報文匹配中優(yōu)先級流表，并轉(zhuǎn)發(fā)給負(fù)載均衡模塊的控制面；

（A2）負(fù)載均衡模塊的控制面獲取所述首個TCP報文的五元組信息，依據(jù)五元組信息和負(fù)載調(diào)度策略，向數(shù)據(jù)面OVS配置雙向轉(zhuǎn)發(fā)流表，流表優(yōu)先級為高優(yōu)先級，表項中包含標(biāo)識虛擬機(jī)的VXLAN信息，并通過VXLAN的網(wǎng)絡(luò)標(biāo)識VNI來區(qū)分不同的虛擬機(jī)；

（A3）負(fù)載均衡模塊的控制面將所述首個TCP報文再發(fā)回OVS虛擬交換機(jī)，使該TCP報文匹配OVS高優(yōu)先級流表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；此外，同一條TCP連接的后續(xù)報文也在數(shù)據(jù)面OVS中匹配該高優(yōu)先級流表進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，從而使同一條TCP連接的所有報文均被調(diào)度到同一虛擬機(jī)；

每個虛擬機(jī)均執(zhí)行如下程序：

（B1）將虛擬機(jī)的兩個網(wǎng)卡分別作為虛擬加速網(wǎng)元的LAN口和WAN口，虛擬加速網(wǎng)元從LAN口和WAN口接收數(shù)據(jù)包，并根據(jù)TCP或SCPS-TP協(xié)議的傳輸層頭部標(biāo)志位字段分別按照步驟（B2）（B3）（B4）進(jìn)行處理；

（B2）若頭部標(biāo)志位字段為SYN或SYN+ACK，則數(shù)據(jù)包的類型為TCP或SCPS-TP的連接建立請求或連接建立請求確認(rèn)報文；此時執(zhí)行如下步驟：