一种多星多站一体的卫星网络馈电链路移动切换方法

技术领域

本发明涉及天地一体化网络通信技术领域，特别涉及一种多星多站一体的卫星网络馈电链路移动切换方法。

背景技术

卫星网络是以不同轨道、种类、特征的卫星、星座及相应地面基础设施所组成的通信网络，它们通过星间、星地链路连接在一起，可实现全球无缝覆盖，主要用于地面网络的延伸和扩展，可为地面网络提供流量分担、恶略环境下的通信保障、全球化通信传输等功能。

在传统的透明卫星网络设计方案中，信关站节点属于地面段，主要作为地面网络的接入点，并不具备业务数据的骨干转发功能。在馈电链路中断后，通过手动重配置进行馈电链路的射频切换、链路切换等，耗费时间长，过程繁琐容易出错。在切换过程中，业务数据无法上星或落地，造成业务长时间的中断，影响大量用户的通信体验。

在基于星上处理载荷的卫星网络中，卫星节点间运行路由协议进行交互，生成路由转发表，用于多跳卫星网络之间的数据路由转发，而信关站节点在进行馈电链路切换时，不仅面临射频切换、链路切换的切换，同时也需进行网络层的路由切换，地面标准的路由协议只适用于地面固定拓扑，没有考虑卫星网络的节点、链路以及拓扑特性，无法更好地适用卫星网络，在扩展性、安全性、移动性、操作配置、系统开销等组网方面无法实现优化。

发明内容

有鉴于此，本发明公开了一种多星多站一体的卫星网络馈电链路移动切换方法，通过在卫星节点和信关站节点运行统一的二层标签路由协议实现多星多站一体组网，馈电链路切换被看做网络拓扑内的链路变化，二层标签路由协议因不用重分配IP地址而自动进行星地路径的重收敛，并通过馈电链路检测、备份路径以及主动老化等方式实现快速切换。

为了实现上述发明目的，本发明所采取的技术方案为：

一种多星多站一体的卫星网络馈电链路移动切换方法，包括下述步骤：

步骤1，卫星网络中卫星节点间通过星间链路建立通路，卫星节点与信关站节点通过馈电链路建立通路，信关站节点间采用二层网状隧道建立通路；所有的卫星节点、信关站节点构建统一的网状拓扑，卫星节点与信关站节点上均运行二层标签路由协议，形成多星多站统一的骨干标签转发表，用于在卫星、信关站间进行骨干节点的标签转发；

步骤2，卫星网络中的用户站节点与地面网用户通信时，在用户站节点发送给地面网用户的数据中封装目的位置标签，目的位置标签为用户站节点所归属信关站的位置标签值，数据经过骨干标签转发表的标签转发，通过归属信关站落地后路由转发给地面网用户；

步骤3，当地面网用户与卫星网络的用户站节点进行通信时，地面网络用户的数据经过地面路由转发至信关站，信关站封装用户站节点的目的位置标签值，然后查找信关站的骨干标签转发表进行馈电链路的自动选择；

步骤4，当卫星的馈电链路波束调整指向另一个信关站并建立通路后，卫星节点上的二层路由协议与切换后信关站上的二层路由协议进行交互并扩散链路状态，多星多站组网形成新的骨干标签转发表，用户站节点发往地面网络用户的数据经过新的骨干标签路径转发到所归属的信关站落地后路由转发给地面网用户；

步骤5，当信关站的馈电链路调整指向另一颗卫星并建立通路后，信关站节点上的二层路由协议与切换后卫星上的二层路由协议进行交互并扩散链路状态，多星多站组网形成新的骨干标签转发表，地面网络用户发往用户站节点的数据经过新的卫星上星后，经过骨干标签表的路由转发后到达用户站节点。

进一步地，步骤4中当卫星的馈电链路波束调整指向另一个信关站并建立通路时，以及步骤5中当信关站的馈电链路调整指向另一颗卫星并建立通路时，用户站节点封装使用的目的位置标签值仍为原归属信关站的位置标签值，馈电链路波束的切换不会影响用户站节点的路由。

进一步地，卫星网络采用分布式路由协议，通过在馈电链路接口设置快速的心跳检测间隔或独立的链路检测机制，感知馈电链路的断开或建立，然后进行链路状态的更新和扩散。

进一步地，当馈电链路进行的切换为软切换时，新旧馈电链路同时存在连接，为确保所有流量切换到新的馈电链路上，在新馈电链路建立连接后，通过切换控制单元通知分布式标签路由协议切换完成，分布式标签路由根据切换完成消息主动关闭旧馈电链路上的协议交互，并进行链路状态的更新和扩散；若无法获知切换控制单元的切换完成通知，则分布式标签路由协议将在链路断开之前主动关闭旧馈电链路上的协议交互，并进行链路状态的更新和扩散。

进一步地，在馈电链路切换发生前，在馈电链路连接的卫星节点和信关站节点上预先配置备份路径，当检测到馈电链路断开后，卫星节点和信关站上的数据转发首先采用备份路径绕行切换后的馈电链路，降低馈电链路切换时的丢包率，当二层标签路由协议收敛后再使用收敛后的路径进行业务数据转发。

本发明与背景技术相比具有如下优点：

1、本发明与背景技术相比，简化了卫星网络中馈电链路的移动切换流程，降低了切换时的丢包率。

2、本发明可支持卫星网络用户在馈电链路切换后仍能基于归属信关站与地面网络互通，适用于卫星在信关站间切换、信关站在多个卫星间切换等多种馈电链路切换场景。

附图说明

图1是本发明实施例中馈电链路星切站的应用场景示意图。

图2是本发明实施例中馈电链路站切星的应用场景示意图。

具体实施方式

以下结合图1和图2对本发明的优选实例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

图1描述了馈电链路星切站的场景，图2描述了馈电链路站切星的场景。

图1、图2给出了一种由3颗卫星、2个卫星网络用户和3个信关站以及连接它们的星间、馈电、地面链路组成的卫星网络，图中3颗卫星与3个信关站之间运行二层标签路由协议，馈电链路上部署链路检测，卫星、信关站之间通过星间、馈电、地面链路相互交互学习，形成统一的骨干标签转发表，用户站1与地面网通信的归属信关站为信关站1，用户站2与地面网通信的归属信关站为信关站2。

在图1中，当卫星网络用户1使用用户站1与地面网用户通信时，卫星网络用户1的数据经过卫星2的馈电链路落地到信关站1后转发给地面网用户，当卫星2的馈电链路切换到信关站3后，卫星与信关站组成的一体网络拓扑发生变化，二层标签路由协议进行路由重收敛，卫星网络用户1发出的数据经过卫星2的馈电链路落地到信关站3后，根据骨干标签转发表通过地面二层隧道转发给信关站1，仍经信关站1转发给地面网用户。

在图2中，当卫星网络用户2使用用户站2与地面网用户通信时，卫星网络用户2的数据经过卫星1的馈电链路落地到信关站2后转发给地面网用户，当信关站2的馈电链路切换到卫星2后，卫星与信关站组成的一体网络拓扑发生变化，二层标签路由协议进行路由重收敛，卫星网络用户1发出的数据经过卫星2的馈电链路落地到信关站2后，仍经信关站2转发给地面网用户。

基于上述场景，本实施例提出一种多星多站一体的卫星网络馈电链路移动切换方法，可实现用户数据在信关站上星时的馈电链路自动选择以及从卫星落地时信关站的自动选择，实现用户数据在馈电链路故障或切换时的自动选路，旨在解决用户数据在卫星网络中上星或落地时，用户数据的馈电路径切换问题。具体包括以下步骤：

（1）在图1，卫星网络中卫星1、卫星2、卫星3通过星间链路建立通路形成环状拓扑，卫星2与信关站1通过馈电链路建立通路，信关站节点间采用二层隧道VXLAN建立通路；所有的卫星节点、信关站节点上均运行二层标签路由协议，等待标签路由协议收敛后，卫星节点与信关站节点形成多星多站统一的标签转发表，用于在卫星、信关站间进行标签转发；

（2）如图1所示，卫星网络中的用户站1与地面网用户通信时，用户站1发送给地面网用户的数据需要封装目的位置标签，目的位置标签为用户站1所归属信关站1的位置标签值，数据经过骨干标签转发表的标签转发，通过归属信关站1落地后路由转发给地面网用户；

（3）当地面网用户与卫星网络的用户站1进行通信时，地面网络用户的数据经过地面路由转发至信关站，信关站封装用户站1的目的位置标签值，然后查找信关站的标签转发表进行馈电链路的自动选择，选择信关站1与卫星2之间的馈电链路；

（4）当卫星2的馈电链路波束调整指向信关站3并建立通路后，卫星2上的标签路由协议与切换后信关站3上的标签路由协议建立新的邻居关系，进行交互并扩散链路状态，多星多站组网形成新的标签转发表，用户站1发往地面网络用户的数据经过新的标签转发表转发到所归属的信关站1落地后路由转发给地面网用户；

（5）在图2中，卫星网络中卫星1、卫星2、卫星3通过星间链路建立通路形成环状拓扑，卫星1与信关站2通过馈电链路建立通路，信关站节点间采用二层隧道VXLAN建立通路；所有的卫星节点、信关站节点上均运行二层标签路由协议，等待标签路由协议收敛后，卫星节点与信关站节点形成多星多站统一的标签转发表，用于在卫星、信关站间进行标签转发；

（6）如图2所示，当信关站2的馈电链路调整指向由原来的卫星1切换到卫星2并建立通路后，信关站2上的标签路由协议与切换后卫星2上的标签路由协议建立新的邻居关系，进行交互并扩散链路状态，多星多站组网形成新的标签转发表，地面网络用户发往用户站2的数据经过新的卫星4后，经过标签转发表的路由转发后到达用户站2。

步骤（4）中当卫星2的馈电链路波束调整指向信关站3并建立通路时，以及步骤（6）中当信关站2的馈电链路调整指向卫星2并建立通路时，用户站1和用户站2封装使用的目的位置标签值仍为原归属信关站1和归属信关站2的位置标签值，馈电链路波束的切换不会影响用户站1和用户站2的路由。

标签路由协议通过在馈电链路接口设置快速的心跳检测间隔或独立的链路检测机制感知馈电链路的断开或建立，然后进行链路状态的更新和扩散。

当馈电链路进行的切换为软切换时，新旧馈电链路同时存在连接，为确保所有流量切换到新的馈电链路上，在新馈电链路建立连接后，切换控制单元应通知标签路由协议链路切换完成，标签路由根据链路切换完成消息主动关闭旧馈电链路上的协议交互，并进行链路状态的更新和扩散；若无法获知切换控制单元的切换完成通知，则标签路由协议将在链路断开之前主动关闭旧馈电链路上的协议交互，并进行链路状态的更新和扩散。比如在图1中，卫星2的馈电链路从信关站1切换到信关站3。由于是软切换，卫星2与信关站1上的标签路由协议收到切换控制单元通知链路切换完成后，主动关闭旧馈电链路上的协议交互，并进行链路状态的更新和扩散。

当馈电链路进行的切换为硬切换时，可以在馈电链路连接的卫星节点和信关站节点上预先配置备份路径，当检测到馈电链路断开后，卫星节点和信关站上的数据转发首先采用备份路径绕行到其他链路上，降低馈电链路切换时的丢包率，当二层标签路由协议收敛后再使用收敛后的路径进行业务数据转发。

总之，本发明通过在卫星节点和信关站节点运行统一的二层标签路由协议，实现了多星多站一体组网，馈电链路切换被看做网络拓扑内的链路变化，二层标签路由协议因不用重分配IP地址而自动进行星地路径的重收敛，并通过馈电链路检测、备份路径以及主动老化等方式实现快速切换。该方法简化了卫星网络中馈电链路的移动切换流程，降低了切换时的丢包率，支持卫星网络用户在馈电链路切换后仍基于归属信关站与地面网络互通，可实现用户数据在信关站上星时的馈电链路自动选择以及从卫星落地时信关站的自动选择，实现用户数据在馈电链路故障或切换时的自动选路，旨在解决用户数据在卫星网络中上星或落地时，用户数据的馈电路径切换问题。

本发明适用于卫星在信关站间切换、信关站在多个卫星间切换等多种馈电链路切换场景。

以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。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。