[發明專利]一種面向動態離散拓撲的天地一體化網絡廣域路由機制

在審

• 申請號: 202310625827.0
• 申請日: 2023-05-30
• 公開（公告）號: CN116566472A
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 吳強;李舒陽;王然;蔡貴良;王潤法
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04L41/12;H04L45/76;H04W40/24
• 代理公司: 南京眾聯專利代理有限公司 32206
• 代理人: 杜靜靜

1.一種面向動態離散拓撲的天地一體化網絡廣域路由機制，其特征在于，所述方法包括以下步驟：

步驟1：構建動態離散拓撲模型，表征天地一體化網絡中衛星網段的時變拓撲結構；

步驟2：基于動態離散拓撲模型，提出一種面向動態離散拓撲的天地一體化網絡廣域路由機制(dynamic?discrete?topology?oriented?wide-area?routing?mechanism?forsatellite-terrestrial?integrated?networks,Dyna-STN)，在管理平面中定義了層次化架構來實現Dyna-STN，該層次化架構包括了動態離散拓撲管理平面和路由管理平面。

2.根據權利要求1所述的一種面向動態離散拓撲的天地一體化網絡廣域路由機制，其特征在于，步驟1中動態離散拓撲模型構建過程如下：動態離散拓撲模型將衛星運轉的軌道空間劃分為若干個服務立方體，每個服務立方體在地球上的投影是一個固定大小的網格，稱為服務蜂窩，服務立方體、服務蜂窩和衛星實體之間存在一一對應關系。

3.根據權利要求1所述的一種面向動態離散拓撲的天地一體化網絡廣域路由機制，其特征在于，步驟2中Dyna-STN實現過程描述如下：構建一個由固定虛擬節點組成的虛擬覆蓋網絡，以屏蔽LEO衛星網絡的拓撲動態性，動態離散拓撲管理平面維護虛擬節點、衛星實體和時隙之間的動態綁定關系，并實現衛星實體間的服務遷移，路由管理平面在虛擬覆蓋網絡中部署OSPF路由信息交換協議，建立路由表并負責數據報文轉發，實現終端設備之間數據包的可靠傳輸；動態離散拓撲管理平面和路由管理平面間的周期性交互，包括節點狀態交換、拓撲預測與更新、路由策略調整、跨網絡分區協同以及負載均衡與擁塞控制。

4.根據權利要求3所述的一種面向動態離散拓撲的天地一體化網絡廣域路由機制，其特征在于，步驟2中，動態離散拓撲管理平面維護衛星實體、虛擬節點和時隙之間的動態綁定關系，實現衛星實體間的服務遷移，維護虛擬節點的服務連續性，通過一種數據平面連通性測試方案，以保證服務遷移完成后數據平面能夠正常運行；

其中，動態綁定和服務遷移過程實現如下：

設標識為SID₀的衛星節點進入服務立方體，標識為SID₁的衛星節點即將離開虛擬節點VID₀的同一立方體，則動態綁定和服務遷移過程中涉及的信令交互描述如下：

步驟501：衛星節點SID₀進入服務立方體，觸發映射查詢函數，向動態離散拓撲管理平面中的SID/VID映射服務器發送映射查詢報文，該報文包含了當前衛星實體SID₀的SID和位置信息，以便SID/VID映射服務器識別該節點；

步驟502：SID/VID映射服務器收到映射查詢報文后，查詢當前時隙和服務立方體是否存在與當前SID對應的VID，如果存在，則通過響應報文將SID/VID映射關系條目下發給SID₀；否則，SID/VID服務器分配一個新的VID，并將其與當前SID建立映射關系，然后向衛星節點SID₀發送響應報文，告知其分配的VID，

步驟503：衛星節點SID₀收到SID/VID映射服務器的響應報文后，將其攜帶的VID與自己的SID進行綁定，并將映射關系存儲在本地，以便后續的報文轉發操作可以使用該映射關系，同時，將新的SID/VID映射關系保存在衛星節點SID₀的本地緩存中，

步驟504：SID/VID映射服務器在識別到服務于虛擬節點VID₀的先前衛星節點是SID₁后，向衛星節點SID₁發送交接命令報文，指示其將其路由器狀態遷移到衛星節點SID₀，該交接命令報文中包含了當前衛星節點SID₀的SID和VID，以便衛星節點SID₁可以識別需要將其路由器狀態遷移到哪個節點，

步驟505：在衛星節點SID₁向SID/VID映射服務器發送確認報文，以表示已收到交接命令報文，確認報文中包含了衛星節點SID₁的SID和VID，以便SID/VID映射服務器可以準確地識別確認報文來源，

步驟506：衛星節點SID₁接收到交接命令報文后，向衛星節點SID₀發送遷移請求報文，通知其將其路由器狀態遷移到衛星節點SID₀，隨后，設置一個時間為T的計時器，衛星節點SID₁發送遷移請求報文后啟動計時器，

步驟507：衛星節點SID₀接收到來自衛星節點SID₁的遷移請求報文后，在控制平面上暫停其路由器狀態，從而可以進行狀態遷移操作，

步驟508：衛星節點SID₀向衛星節點SID₁發送遷移確認報文，以通知其已準備好接收其路由器狀態，此時，衛星節點SID₀已經準備好接替前一顆衛星節點SID₁的服務，

如果衛星節點SID₁在超時時間T內收到來自衛星節點SID₀的確認報文，則表示確認報文發送成功，衛星節點SID₁可以停止定時器，繼續路由器狀態遷移操作，

如果衛星節點SID₁在超時時間T內沒有收到來自衛星節點SID₀的確認報文，則觸發超時定時器，衛星節點SID₁將重新發送重定位請求報文，為了避免遷移請求報文無限重傳，可以設置最大重傳次數N，每當超時定時器被觸發時，衛星節點SID₁將檢查已發送的重定位請求報文的數量，如果達到最大重傳次數N，衛星節點SID₁可以暫停遷移操作并報告異常情況，

步驟509：衛星節點SID₁在控制平面上將其當前路由器狀態(包括路由表和配置文件)同步到衛星節點SID₀，

步驟510：衛星節點SID₀接受到衛星節點SID₁發來的路由器狀態文件后，更新其在控制平面上的路由表和配置文件，以便可以正確轉發到虛擬節點VID₀的數據包，

步驟511：衛星節點SID₀重新啟動路由器，此時，衛星節點SID₀已經可以正常為虛擬節點VID₀正常工作，

步驟512：衛星節點SID₀向衛星節點SID₁發送遷移完成報文，

步驟513：衛星節點SID₁收到衛星節點SID₀發送的遷移完成報文后，清空路由器狀態，并解除自身與虛擬節點VID₀的綁定關系，

步驟514：衛星節點SID₁向SID/VID映射服務器發送釋放報文，以刪除映射服務器中SID₁與VID₀的映射關系條目，

步驟515：SID/VID映射服務器接收到衛星節點SID₁的釋放SID/VID映射關系報文后，在其數據庫中刪除SID₁與VID₀之間的SID/VID映射關系，同時，SID/VID映射服務器會維護一份虛擬節點VID₀的服務歷史記錄，以便在未來需要時可以查詢，

至此，SID/VID動態綁定和服務遷移過程已經完成。