專利名稱：移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)及其操作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及航天信息領域，尤其涉及一種以移動衛(wèi)星為核心，利用衛(wèi)星節(jié)點實現(xiàn)全球(或區(qū)域)數(shù)據(jù)、多媒體等綜合業(yè)務通信的移位衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)及其操作方法。
背景技術：
移動衛(wèi)星通信網絡作為下一代移動通信(4G)的重要組成部分，需要與陸地上的蜂窩系統(tǒng)合為一體，為不同的用戶提供無處不在的全球通信網。這需要移動衛(wèi)星通信網絡實現(xiàn)與地面通信網絡的無縫連接并為用戶提供網絡服務質量(Quality of service，簡稱QoS)服務，并需要最優(yōu)地利用衛(wèi)星資源。
現(xiàn)有的寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)主要采用衛(wèi)星異步傳輸模式(Asynchronismtransmission mode，簡稱ATM)技術和衛(wèi)星IP技術。
ATM技術可以為不同的業(yè)務提供很好的QoS保證，并可利用ATM中面向連接的虛通路以及流量分類等方法為移動衛(wèi)星網絡提供有效的流量工程設計、支持的業(yè)務帶寬相對較大。但ATM技術的不足之處在于無法與目前廣泛使用的基于IP的因特網(Internet)有效兼容。
衛(wèi)星IP技術可以提供與地面因特網(Internet)的無縫連接，且實現(xiàn)簡單、具有很好的應用前景，但衛(wèi)星IP技術的不足之處在于需要解決網絡業(yè)務的QoS保證和網絡流量工程等問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對上述現(xiàn)有寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)中ATM技術無法與IP有效兼容和衛(wèi)星IP技術需要解決網絡業(yè)務的QoS保證和網絡流量工程等問題的缺陷，提供一種移動衛(wèi)星多網絡協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)及其操作方法，能夠實現(xiàn)移動衛(wèi)星通信網絡與地面通信網絡的無縫連接，并為用戶提供QoS和網絡流量工程服務，且針對移動衛(wèi)星網絡的拓撲動態(tài)性，將移動衛(wèi)星網絡動態(tài)拓撲靜態(tài)化，使多協(xié)議標簽交換(Multi-protocol label switching，簡稱MPLS)技術應用于移動衛(wèi)星網絡。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)，包括依次連接的用戶層、接入層和核心層用戶層，用于提供用戶的狀態(tài)信息和業(yè)務請求等信息；接入層，用于進行移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡同其它網絡及用戶終端的連接，實現(xiàn)路由發(fā)起和標簽分發(fā)以及用戶服務質量管理和相應的接入流量工程控制等功能；核心層，用于將業(yè)務信息按多協(xié)議標簽進行交換轉發(fā)、路徑維護等功能。
上述技術方案中，所述接入層包括用戶狀態(tài)模塊、網絡狀態(tài)模塊、路由計算模塊、信令管理模塊用戶狀態(tài)模塊用于為路由計算提供用戶請求信息，所述請求信息包括服務質量需求信息；網絡狀態(tài)模塊，與路由計算模塊連接，用于為路由計算提供移動衛(wèi)星網絡的狀態(tài)信息；網絡狀態(tài)模塊進一步可包括拓撲狀態(tài)信息子模塊與鏈路狀態(tài)信息子模塊；路由計算模塊，與網絡狀態(tài)模塊和信令管理模塊連接，用于計算路由最短路徑和滿足用戶服務質量要求及網絡流量工程的最優(yōu)路徑；信令管理模塊，與路由計算模塊連接，用于負責移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽的轉發(fā)、分配、撤銷、映射和維護等功能。
所述接入層還可以包括路徑維護模塊，與路由計算模塊、信令管理模塊及標簽交換路徑(Label Switching Path，簡稱LSP)管理模塊連接，用于維護移動衛(wèi)星網絡現(xiàn)有路徑通信的持續(xù)性和有效性，處理突發(fā)故障；LSP管理模塊，與路由計算模塊、信令管理模塊、路徑維護模塊及網絡狀態(tài)模塊連接，用于根據(jù)路由計算模塊計算的結果和信令管理模塊的信令協(xié)議建立相應的LSP，并負責該LSP的維護和撤銷，并將LSP建立和撤銷引起的變化反饋到網絡狀態(tài)模塊。
所述核心層包括轉發(fā)模塊，用于根據(jù)建立的LDP進行業(yè)務信息轉發(fā)；路徑維護模塊，用于節(jié)點間發(fā)生異常時，負責路徑的維護。
本發(fā)明還提出了一種移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的操作方法，包括接入層根據(jù)從用戶層獲取的用戶狀態(tài)信息及業(yè)務信息，生成/維護移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡的網絡狀態(tài)信息及對業(yè)務信息傳輸?shù)穆窂?；核心層將按所述路徑進行業(yè)務信息的交換轉發(fā)和有效傳輸。
上述生成/維護移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡的網絡狀態(tài)信息及對業(yè)務信息傳輸?shù)穆窂桨ㄒ苿有l(wèi)星網絡通過初始化生成網絡狀態(tài)信息；根據(jù)所述網絡狀態(tài)信息和已獲取的業(yè)務請求信息生成和維護對該業(yè)務信息傳輸?shù)穆窂健?br> 生成網絡狀態(tài)信息之后還可包括根據(jù)移動衛(wèi)星網絡拓撲的變化和網絡資源的情況，對網絡狀態(tài)信息進行調整和維護。
本發(fā)明將MPLS技術引入移動衛(wèi)星通信網絡，能夠實現(xiàn)移動衛(wèi)星通信網絡與目前廣泛使用的基于IP的因特網(Internet)有效兼容，并為用戶提供QoS和網絡流量工程服務，針對移動衛(wèi)星通信網絡的動態(tài)拓撲性，將系統(tǒng)分為三個層，并針對具體的層設置相應的功能模塊，如接入層的路徑維護模塊，專門針對衛(wèi)星的拓撲動態(tài)問題，可適應該環(huán)境下通信的有效性；網絡狀態(tài)模塊中將拓撲狀態(tài)信息子模塊與鏈路狀態(tài)信息子模塊分開，可更好的適應網絡拓撲動態(tài)性；路由計算模塊可有效針對衛(wèi)星時延長的特點，而且還可為各種業(yè)務提供QOS保證。本發(fā)明還提供了系統(tǒng)的操作方法，將動態(tài)拓撲靜態(tài)化，可有效降低拓撲動態(tài)性對網絡的影響；對生成的網絡狀態(tài)信息進行維護，保持了移動衛(wèi)星通信網絡的穩(wěn)定性。
本發(fā)明具有如下有益效果1)與目前廣泛使用的基于IP的因特網(Internet)有效兼容，并為針對不同業(yè)務提供相應QoS和網絡流量工程服務；2)可適應移動衛(wèi)星網絡長時延、拓撲動態(tài)性以及網絡資源昂貴的特點；3)可支持數(shù)據(jù)、多媒體等多種業(yè)務傳輸。
下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。


圖1為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)結構實施例一示意圖；圖2為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的接入層實施例一結構示意圖；圖3為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的接入層實施例二結構示意圖；圖4為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的操作方法實施例一流程圖；圖5為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的操作方法實施例二流程圖；圖6為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的操作方法實施例三流程7為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的操作方法狀態(tài)解析示意圖；圖8為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的操作方法中生成網絡狀態(tài)信息的實施例一流程圖；圖9為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的操作方法中生成網絡初始轉發(fā)表的實施例示意圖；圖10為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的操作方法中網絡狀態(tài)信息生成和維護的狀態(tài)解析示意圖。
具體實施例方式
MPLS技術雖然可提供與地面因特網(Internet)的無縫連接，解決網絡業(yè)務的QoS保證和網絡流量工程等問題。但是移動衛(wèi)星網絡與地面網絡有著本質的差別，特別是它的拓撲時變性，使得傳統(tǒng)的基于固定拓撲結構的MPLS技術不能直接應用于移動衛(wèi)星網絡。本發(fā)明并不是簡單的將MPLS技術應用于移動衛(wèi)星通信網絡，而是針對移動衛(wèi)星通信網絡的拓撲動態(tài)性的特點，將動態(tài)拓撲靜態(tài)化，有效降低拓撲動態(tài)性對網絡的影響；對生成的網絡狀態(tài)信息進行維護，保持了移動衛(wèi)星通信網絡的穩(wěn)定性，并在系統(tǒng)分層的基礎上，針對具體的層設置不同的功能模塊。下面通過圖1-圖10對本發(fā)明的系統(tǒng)及其操作方法作詳細說明。
圖1為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)結構實施例一示意圖。如圖1所示，移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換(Multi-protoco Label Switch，以下簡稱MPLS)網絡系統(tǒng)由依次連接的用戶層、接入層和核心層組成用戶層1，用于提供用戶的狀態(tài)信息和業(yè)務請求等信息；用戶層1可以包括衛(wèi)星手持移動終端11，小型專用局域網12或其它網絡13中的終端節(jié)點，其它網絡13如局域網、公共電信網等，用戶通過衛(wèi)星手持移動終端或者用戶層的通信網絡的終端節(jié)點與接入層連接。
接入層2，用于進行移動衛(wèi)星MPLS網絡同其它網絡及用戶層的連接，實現(xiàn)對業(yè)務的分類、建立轉發(fā)等價類和多協(xié)議交換標簽(即MPLS標簽)之間的綁定、約束標簽交換路徑(Label Switch Path，以下簡稱LSP)的計算、分發(fā)標簽、剝去標簽以及用戶服務質量管理和相應的接入流量工程控制等功能；接入層可以由標簽邊緣交換路由器(Label edge Router，簡稱LER)實現(xiàn)相應的功能。LER具體可以為移動衛(wèi)星21，與用戶層中的衛(wèi)星手持移動終端11連接，將衛(wèi)星手持移動終端11直接接入移動衛(wèi)星網；LER還可以為小型地面移動終端22，將小型專用局域網12接入移動衛(wèi)星網；LER還可以為地面網關站23，將其它網絡13的終端節(jié)點接入移動衛(wèi)星網。由于LER需要處理的工作量和計算量較多，所以接入層中的移動衛(wèi)星21可以僅處理衛(wèi)星手持移動終端11接入時的MPLS標簽分發(fā)和剝去功能，其余功能由地面網關站23或小型地面移動終端22來實現(xiàn)。
核心層3，用于完成業(yè)務信息按MPLS標簽進行交換轉發(fā)，核心層上主要運行MPLS控制協(xié)議和第三層路由協(xié)議。核心層由標簽交換路由器(LabelSwitch Router，簡稱LSR)31組成，LSR位于衛(wèi)星節(jié)點(與接入層中的移動衛(wèi)星為同一含義)，每個LSR負責與其他標簽交換路由器交換路由信息，建立路由表、分發(fā)標簽綁定信息、建立和維護標簽轉發(fā)表等。
本發(fā)明將MPLS技術引入移動衛(wèi)星通信網絡，能夠實現(xiàn)移動衛(wèi)星通信網絡與目前廣泛使用的基于IP的因特網(Internet)有效兼容，并為用戶提供QoS和網絡流量工程服務，針對移動衛(wèi)星通信網絡的動態(tài)拓撲性，將系統(tǒng)分為三個層，并針對具體的層設置相應的功能模塊，結合MPLS技術和移動衛(wèi)星網絡的特點，使MPLS更好的應用于移動衛(wèi)星網絡。圖2-圖3對各個層具體的結構功能作詳細說明。
圖2為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的接入層實施例一結構示意圖。如圖2所示，接入層包括以下4個功能模塊用戶狀態(tài)模塊，與路由計算模塊連接，用于為路由計算提供用戶請求信息，所述請求信息包括服務質量需求信息；網絡狀態(tài)模塊，與路由計算模塊連接，用于為路由計算提供移動衛(wèi)星網絡的狀態(tài)信息，網絡狀態(tài)信息包括靜態(tài)的拓撲狀態(tài)信息和動態(tài)的鏈路狀態(tài)信息；路由計算模塊，與網絡狀態(tài)模塊和信令管理模塊連接，用于計算最短路由和滿足用戶服務質量要求及網絡流量工程的最優(yōu)路徑；路由計算模塊為移動衛(wèi)星MPLS網絡系統(tǒng)實現(xiàn)服務質量和流量工程控制提供保證；信令管理模塊，與路由計算模塊連接，用于根據(jù)相關的信令協(xié)議負責移動衛(wèi)星MPLS標簽的轉發(fā)、分配、撤銷、映射和維護等功能。信令管理模塊可以支持標簽分發(fā)協(xié)議(LDP)、限制路由的標簽分發(fā)協(xié)議(CR_LDP)、基于流量工程擴展的資源預留協(xié)議(RSVP_TE)等。
圖3為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的接入層實施例二結構示意圖。本實施例中移動衛(wèi)星MPLS網絡系統(tǒng)的接入層包括6個功能模塊，并對每個模塊內部結構進行了細化，具體如下1)用戶狀態(tài)模塊，與路由計算模塊連接，用于為路由計算提供用戶請求信息，所述請求信息包括服務質量需求信息；2)網絡狀態(tài)模塊，與路由計算模塊連接，用于為路由計算提供移動衛(wèi)星網絡的狀態(tài)信息，網絡狀態(tài)模塊進一步包括拓撲狀態(tài)信息子模塊，與路由計算模塊連接，主要是通過衛(wèi)星軌道運行參數(shù)得到拓撲的變化函數(shù)，利用該函數(shù)提供與網絡拓撲相關的信息，如移動衛(wèi)星節(jié)點間的切換情況、節(jié)點間的傳輸時延信息等；鏈路狀態(tài)信息子模塊，與路由計算模塊連接，主要利用鏈路狀態(tài)協(xié)議得到移動衛(wèi)星MPLS網絡鏈路的動態(tài)信息，如鏈路失效情況、帶寬使用情況等。
3)路由計算模塊，與網絡狀態(tài)模塊和信令管理模塊連接，用于計算最短路由和滿足用戶服務質量要求及網絡流量工程的最優(yōu)路徑；路由計算模塊進一步包括無約束路由計算子模塊，與網絡狀態(tài)模塊連接，用于根據(jù)網絡狀態(tài)模塊提供的網絡狀態(tài)信息計算路由最短路徑；該計算結果可為LDP服務(根據(jù)最短路徑進行標簽分發(fā))也可直接給第三層逐跳路由使用(直接按照最短路徑進行節(jié)點間的逐跳選路)；約束路由計算子模塊，與網絡狀態(tài)模塊連接，用于根據(jù)網絡狀態(tài)模塊提供的網絡狀態(tài)信息以及用戶請求信息計算滿足用戶服務質量要求及網絡流量工程的最優(yōu)路徑，計算結果可為直接限制路由的標簽分發(fā)協(xié)議(CR_LDP)、基于流量工程擴展的資源預留協(xié)議(RSVP_TE)等協(xié)議服務(這些協(xié)議根據(jù)計算得到的最優(yōu)路徑進行資源請求，并最終建立最優(yōu)路徑)，為移動衛(wèi)星MPLS網絡系統(tǒng)實現(xiàn)服務質量和流量工程控制提供保證；4)信令管理模塊，與路由計算模塊連接，用于根據(jù)標簽協(xié)議負責移動衛(wèi)星MPLS標簽的轉發(fā)、分配、撤銷、映射和維護等功能。
5)路徑維護模塊，與路由計算模塊、信令管理模塊及LSP管理模塊連接，用于維護移動衛(wèi)星網絡現(xiàn)有路徑通信的持續(xù)性和有效性，處理突發(fā)故障；該模塊進一步包括星地切換子模塊，與信令管理模塊及LSP管理模塊連接，用于處理移動衛(wèi)星網絡中地星地切換，降低星地切換對現(xiàn)有路徑和網絡通信性能的影響；星間切換子模塊，與信令管理模塊及LSP管理模塊連接，用于處理移動衛(wèi)星網絡中地星間切換，降低星間切換對現(xiàn)有路徑和網絡通信性能的影響；故障恢復子模塊，與信令管理模塊及LSP管理模塊連接，用于處理各種突發(fā)的故障，降低故障對網絡通信性能的影響；其中，星地切換、星間切換子模塊重點處理衛(wèi)星網絡中各種切換，以降低衛(wèi)星網絡中各種切換對現(xiàn)有路徑和網絡性能的影響，維護現(xiàn)有路徑通信的持續(xù)性和有效性；故障恢復子模塊主要處理各種隨機和突發(fā)的故障，降低故障對通信的影響。
路徑維護模塊針對移動衛(wèi)星MPLS網絡拓撲的動態(tài)性、時變性，以保證動態(tài)條件下通信的持續(xù)性。
6)LSP管理模塊，與路由計算模塊、信令管理模塊、路徑維護模塊及網絡狀態(tài)模塊連接，用于根據(jù)路由計算模塊計算的結果和信令管理模塊的信令協(xié)議建立相應的標簽交換路徑(LSP)，并負責該LSP的維護和撤銷，LSP的建立和撤銷將使節(jié)點的網絡狀態(tài)中的部分參數(shù)發(fā)生變化，可通過鏈路狀態(tài)協(xié)議反饋到網絡狀態(tài)模塊中，為以后的路由計算提供新的網絡狀態(tài)信息。
接入層的路徑維護模塊，專門針對衛(wèi)星的拓撲動態(tài)問題，可適應該環(huán)境下通信的有效性；網絡狀態(tài)模塊中將拓撲狀態(tài)信息子模塊與鏈路狀態(tài)信息子模塊分開，可更好的適應網絡拓撲動態(tài)性；路由計算模塊可有效針對衛(wèi)星時延長的特點，而且還可為各種業(yè)務提供QOS保證。
本發(fā)明所述系統(tǒng)中核心層可包括轉發(fā)模塊，與路徑維護模塊連接，用于根據(jù)建立的LDP進行業(yè)務信息轉發(fā)；路徑維護模塊，與轉發(fā)模塊連接，用于節(jié)點間發(fā)生異常時，負責路徑的維護。由于核心層結構較為簡單，在此不再畫圖進行舉例說明。
綜上所述，本發(fā)明所述系統(tǒng)具有如下有益效果1)可適應移動衛(wèi)星網絡長時延、拓撲動態(tài)性以及網絡資源昂貴的特點；2)可支持數(shù)據(jù)、多媒體等多種業(yè)務傳輸；3)具有針對不同業(yè)務提供相應QoS的能力；4)能夠實現(xiàn)移動衛(wèi)星通信網絡與目前廣泛使用的基于IP的因特網有效兼容。
本發(fā)明還提供了一種移動衛(wèi)星MPLS網絡系統(tǒng)的操作方法，如圖4所示，為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的操作方法實施例一流程圖，具體包括步驟1接入層根據(jù)從用戶層獲取的用戶狀態(tài)信息及業(yè)務信息，生成/維護移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡的網絡狀態(tài)信息及對業(yè)務信息傳輸?shù)穆窂剑徊襟E2核心層將按所述路徑進行業(yè)務信息的交換轉發(fā)和有效傳輸。
本發(fā)明所述方法將動態(tài)拓撲靜態(tài)化，生成網絡狀態(tài)信息及有效路徑，可有效降低拓撲動態(tài)性對移動衛(wèi)星網絡系統(tǒng)的影響；對生成的網絡狀態(tài)信息進行維護，保持了移動衛(wèi)星通信網絡的穩(wěn)定性。
圖5為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的操作方法實施例二流程圖，包括
步驟11移動衛(wèi)星網絡通過初始化生成網絡狀態(tài)信息；步驟12根據(jù)所述網絡狀態(tài)信息和已獲取的業(yè)務請求信息生成和維護對該業(yè)務信息傳輸?shù)穆窂较?；步驟2根據(jù)所述路徑進行業(yè)務信息的交換轉發(fā)和有效傳輸。
在移動衛(wèi)星MPLS網絡正常運行過程中，需要通過初始化為網絡中主要節(jié)點建立相應的網絡狀態(tài)信息，然后根據(jù)該網絡狀態(tài)信息和具體的業(yè)務請求信息生成和維護對該業(yè)務信息傳輸?shù)穆窂?，在此基礎上，實現(xiàn)對各種業(yè)務信息快速、有效傳輸和分發(fā)。
圖6為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的操作方法實施例三流程圖。如圖6所示，本實施例在生成網絡狀態(tài)信息之后還包括步驟11’根據(jù)移動衛(wèi)星網絡拓撲的變化和網絡資源的情況，對網絡狀態(tài)信息進行調整和維護。
步驟11和步驟11’共同完成了移動衛(wèi)星MPLS網絡狀態(tài)信息的產生與維護功能，對網絡狀態(tài)信息的維護使整個網絡處于隨時更新狀態(tài)，在獲得初始的網絡狀態(tài)信息后將動態(tài)拓撲靜態(tài)化獲得靜態(tài)網絡狀態(tài)信息，并根據(jù)網絡拓撲的變化更新靜態(tài)的網絡狀態(tài)信息，降低了網絡拓撲動態(tài)性對網絡通信的影響，并體現(xiàn)了網絡拓撲動態(tài)性的特征。
圖7為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的操作方法狀態(tài)解析示意圖。如圖7所示，為本發(fā)明所述移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡操作方法狀態(tài)示意圖，包括網絡狀態(tài)信息的生成、網絡狀態(tài)信息的維護、路徑生成、路徑維護和路徑釋放。
網絡狀態(tài)信息的生成通過初始化為網絡中主要的節(jié)點建立相應的網絡狀態(tài)信息(該狀態(tài)僅在網絡初始化以及主要節(jié)點補充或受損的情況下執(zhí)行)，這項功能可由本發(fā)明系統(tǒng)中圖3所示實施例的網絡狀態(tài)模塊實現(xiàn)；網絡狀態(tài)信息的維護生成網絡狀態(tài)信息后，每個節(jié)點將維護各自的網絡狀態(tài)信息，調整整個網絡的狀態(tài)信息，這項功能可由本發(fā)明系統(tǒng)中圖3所示實施例的信令管理模塊實現(xiàn)；當移動衛(wèi)星MPLS網絡初始化結束后，整個網絡進入動態(tài)平衡狀態(tài)，這時網絡通過用戶層開始接入用戶業(yè)務，并進行業(yè)務的有效可靠分發(fā)。用戶接入后進行業(yè)務的分發(fā)可簡單的描述為路徑生成與傳輸、路徑維護、路徑釋放三個部分，如圖7所示。
路徑生成用戶接入移動衛(wèi)星MPLS網絡系統(tǒng)后，根據(jù)用戶接入時提供的用戶信息和業(yè)務申請信息建立相應的QoS路徑，這項功能可由本發(fā)明系統(tǒng)中圖3所示實施例的路由計算模塊實現(xiàn)；路徑維護對已生成的路徑通信的有效性和持續(xù)性維護，移動衛(wèi)星網絡系統(tǒng)最重要的是要保證節(jié)點切換時通信的持續(xù)性，這項功能可由本發(fā)明系統(tǒng)中圖3所示實施例的路徑維護模塊實現(xiàn)；路徑釋放通信結束時，網絡將路徑所占用的資源釋放掉，這項功能可由本發(fā)明系統(tǒng)中圖3所示實施例的LSP管理模塊實現(xiàn)。
下面對生成和維護網絡狀態(tài)信息的過程進行說明，參見圖8，為生成網絡狀態(tài)信息的實施例流程圖，如圖8所示，包括步驟111選取離散時間系列，并根據(jù)所述離散時間系列計算靜態(tài)網絡拓撲信息；步驟112根據(jù)所述靜態(tài)網絡拓撲信息和獲取的網絡鏈路信息，生成各節(jié)點初始的網絡狀態(tài)信息。
生成網絡狀態(tài)信息主要包括兩部分靜態(tài)拓撲模型初始化和多協(xié)議標簽初始化，即步驟111和步驟112。
靜態(tài)拓撲模型初始化，主要針對移動衛(wèi)星網絡拓撲的特點(如時變性、長時延以及周期性等)，通過選取合適的移動衛(wèi)星網絡離散時間系列，從而獲得靜態(tài)網絡拓撲信息。選取離散時間系列及計算對應的靜態(tài)網絡拓撲信息需要進行相對復雜的計算，因此，一般由本系統(tǒng)中接入層的地面運行控制中心(或地面網絡管理中心)完成，具體包括
1)地面運行控制中心根據(jù)具體的移動衛(wèi)星星座軌道運行參數(shù)，得到合適的離散時間系列S＝{t0，t1，...，tn}，離散時間系列由n個離散時間點組成(所述離散時間系列中包括各個節(jié)點進行切換的時間點，即節(jié)點的切換時間)，然后將時間系列S發(fā)送給移動衛(wèi)星網絡中主要的節(jié)點(衛(wèi)星、地面網關站等)，利用該離散時間系列可以將動態(tài)的網絡系統(tǒng)當作n個瞬時靜態(tài)的網絡，從而降低動態(tài)拓撲對移動衛(wèi)星MPLS技術中各種算法和協(xié)議帶來計算復雜的影響；2)地面運行控制中心針對離散時間系列S中的各個離散時間點計算出各離散時間點對應的靜態(tài)網絡拓撲信息(包括節(jié)點信息、鄰居信息、鏈路傳輸時延信息、切換信息等)，并發(fā)送給各節(jié)點。靜態(tài)網絡拓撲信息是各節(jié)點網絡狀態(tài)信息的重要組成部分。
圖8所示的步驟112為MPLS的初始化，對于移動衛(wèi)星網絡，MPLS網絡狀態(tài)信息的來源有兩個即靜態(tài)拓撲信息和鏈路信息。在地面運行控制中心提供靜態(tài)網絡拓撲信息后，在根據(jù)由動態(tài)鏈路狀態(tài)協(xié)議獲得的網絡鏈路信息，可以建立各節(jié)點初始的網絡狀態(tài)信息表，然后結合MPLS會話初始化和標簽初始化，建立最終MPLS網絡初始轉發(fā)表。
參見圖9，為本發(fā)明方法中生成網絡初始轉發(fā)表的實施例示意圖。下面對照圖9對MPLS網絡初始轉發(fā)表的生成過程詳細說明1)節(jié)點收到地面運行控制中心提供的靜態(tài)網絡拓撲信息后，生成各節(jié)點的靜態(tài)拓撲信息表；2)節(jié)點利用現(xiàn)有的動態(tài)鏈路狀態(tài)協(xié)議，如開放最短路徑優(yōu)先協(xié)議(open shortest path first，簡稱OSPF)等，得到網絡的動態(tài)鏈路信息，并生成動態(tài)鏈路信息表；3)根據(jù)已生成的靜態(tài)拓撲信息和動態(tài)鏈路信息表，得到各節(jié)點初始的網絡狀態(tài)信息表，生成的初始網絡狀態(tài)信息表中至少包含節(jié)點、鄰居、費用以及一些與QoS相關的信息(如鏈路的傳輸時延、帶寬等)。
4)根據(jù)最短路徑算法(典型的如Dijkstra算法)，生成節(jié)點的三層路由表，根據(jù)三層路由表，節(jié)點即可進行面向無連接的逐跳路由轉發(fā)，并且可在特殊狀況下(如地面網關站沒有或被毀時)實現(xiàn)業(yè)務信息的星上自主路由；5)移動衛(wèi)星MPLS網絡節(jié)點還進行標簽分發(fā)協(xié)議(Label Distributionprotocol，簡稱LDP)的初始化，各節(jié)點將通過LDP初始化消息交換會話參數(shù)(包括LDP協(xié)議版本、標簽分發(fā)方法、時間值等)，結合已生成的三層路由表，得到基于目的地址的MPLS網絡初始轉發(fā)表，該初始轉發(fā)表可為面向無連接的數(shù)據(jù)業(yè)務提供標簽交換。
圖10為本發(fā)明移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的操作方法中網絡狀態(tài)信息生成和維護的狀態(tài)解析示意圖。如圖10所示，生成過程包括靜態(tài)拓撲模型初始化和MPLS初始化，移動衛(wèi)星MPLS網絡通過初始化可在網絡中每個節(jié)點上生成一個初始的網絡狀態(tài)信息表。
初始化狀態(tài)僅在兩種情況下才會觸發(fā)網絡初始建立的時候以及網絡中永久增加(節(jié)點補充)或取消(節(jié)點受損)某一或某些主要節(jié)點的時候。在移動衛(wèi)星MPLS網絡運行過程中，節(jié)點需要不斷的維護自己的網絡狀態(tài)信息，保證為需要接入的用戶業(yè)務計算或分配正確的路徑，并可在切換或故障時快速有效的進行恢復。在增加或取消主要節(jié)點時，靜態(tài)拓撲信息或動態(tài)鏈路信息進行更新。
系統(tǒng)運行時刻屬于離散時間系列中的離散時間點時，利用所述時刻對應的靜態(tài)網絡拓撲信息，對原有靜態(tài)拓撲信息進行更新；當所述時刻網絡的動態(tài)鏈路狀態(tài)信息改變時，對原有動態(tài)鏈路信息進行更新，根據(jù)更新的靜態(tài)和動態(tài)鏈路拓撲信息對原有的三層路由表進行更新；網絡中節(jié)點的狀態(tài)發(fā)生變化時，利用動態(tài)鏈路協(xié)議和標簽分發(fā)協(xié)議對原有的標簽信息表進行更新；根據(jù)更新的標簽信息表和三層路由表，獲得更新的初始轉發(fā)表。
如圖10所示，根據(jù)新的離散時間系列對靜態(tài)拓撲信息進行更新，鏈路動態(tài)信息刷新時間對動態(tài)鏈路信息進行更新。當用戶的業(yè)務請求等其他信息變化時，也需要對信息進行更新，并根據(jù)這些更新的信息對網絡狀態(tài)信息進行維護。
最后應說明的是以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本發(fā)明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發(fā)明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術方案的精神和范圍。
權利要求
1.一種移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)，其特征在于，包括依次連接的用戶層、接入層和核心層用戶層，用于提供用戶的狀態(tài)信息和業(yè)務請求等信息；接入層，用于進行移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡同其它網絡及用戶終端的連接，實現(xiàn)路由發(fā)起和標簽分發(fā)以及用戶服務質量管理和相應的接入流量工程控制等功能；核心層，用于將業(yè)務信息按多協(xié)議標簽進行交換轉發(fā)、路徑維護等功能。
2.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述用戶層為移動終端和/或通信網絡中的終端節(jié)點。
3.根據(jù)權利要求1所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接入層包括用戶狀態(tài)模塊、網絡狀態(tài)模塊、路由計算模塊、信令管理模塊用戶狀態(tài)模塊，用于為路由計算提供用戶請求信息，所述請求信息包括服務質量需求信息；網絡狀態(tài)模塊，與路由計算模塊連接，用于為路由計算提供移動衛(wèi)星網絡的狀態(tài)信息；路由計算模塊，與網絡狀態(tài)模塊和信令管理模塊連接，用于計算路由最短路徑和滿足用戶服務質量要求及網絡流量工程的最優(yōu)路徑；信令管理模塊，與路由計算模塊連接，用于負責移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽的轉發(fā)、分配、撤銷、映射和維護等功能。
4.根據(jù)權利要求3所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接入層還包括路徑維護模塊，與路由計算模塊、信令管理模塊及標簽交換路徑管理模塊連接，用于維護移動衛(wèi)星網絡現(xiàn)有路徑通信的持續(xù)性和有效性，處理突發(fā)故障；標簽交換路徑管理模塊，與路由計算模塊、信令管理模塊、路徑維護模塊及網絡狀態(tài)模塊連接，用于根據(jù)路由計算模塊計算的結果和信令管理模塊的信令協(xié)議建立相應的標簽交換路徑，并負責該標簽交換路徑的維護和撤銷，并將標簽交換路徑建立和撤銷引起的變化反饋到網絡狀態(tài)模塊。
5.根據(jù)權利要求3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述網絡狀態(tài)模塊包括拓撲狀態(tài)信息子模塊，與路由計算模塊連接，用于提供與網絡拓撲相關的信息；鏈路狀態(tài)信息子模塊，與路由計算模塊連接，用于提供網絡鏈路的動態(tài)信息。
6.根據(jù)權利要求3或4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述路由計算模塊包括無約束路由計算子模塊，與網絡狀態(tài)模塊連接，用于根據(jù)網絡狀態(tài)模塊提供的網絡狀態(tài)信息計算路由最短路徑；約束路由計算子模塊，與網絡狀態(tài)模塊連接，用于根據(jù)網絡狀態(tài)模塊提供的網絡狀態(tài)信息以及用戶請求信息計算滿足用戶服務質量要求及網絡流量工程的最優(yōu)路徑。
7.根據(jù)權利要求4所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述路徑維護模塊包括星地切換子模塊，與信令管理模塊及標簽交換路徑管理模塊連接，用于處理移動衛(wèi)星網絡中地星地切換，降低星地切換對現(xiàn)有路徑和網絡通信性能的影響；星間切換子模塊，與信令管理模塊及標簽交換路徑管理模塊連接，用于處理移動衛(wèi)星網絡中地星間切換，降低星間切換對現(xiàn)有路徑和網絡通信性能的影響；故障恢復子模塊，與信令管理模塊及標簽交換路徑管理模塊連接，用于處理各種突發(fā)的故障，降低故障對網絡通信性能的影響。
8.根據(jù)權利要求3、4或7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述接入層為標簽邊緣交換路由器。
9.根據(jù)權利要求8所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述標簽邊緣交換路由器位于地面網關站、小型地面移動終端或衛(wèi)星節(jié)點。
10.根據(jù)權利要求1、2、3、4、7或9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述核心層包括轉發(fā)模塊，與路徑維護模塊連接，用于根據(jù)建立的LDP進行業(yè)務信息轉發(fā)；路徑維護模塊，與轉發(fā)模塊連接，用于節(jié)點間發(fā)生異常時，負責路徑的維護。
11.根據(jù)權利要求1、2、3、4、7或9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述核心層為標簽交換路由器，所述標簽交換路由器位于衛(wèi)星節(jié)點。
12.一種移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的操作方法，其特征在于，包括接入層根據(jù)從用戶層獲取的用戶狀態(tài)信息及業(yè)務信息，生成/維護移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡的網絡狀態(tài)信息及對業(yè)務信息傳輸?shù)穆窂剑缓诵膶訉此雎窂竭M行業(yè)務信息的交換轉發(fā)和有效傳輸。
13.根據(jù)權利要求12所述的方法，其特征在于，所述生成/維護移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡的網絡狀態(tài)信息及對業(yè)務信息傳輸?shù)穆窂桨ㄒ苿有l(wèi)星網絡通過初始化生成網絡狀態(tài)信息；根據(jù)所述網絡狀態(tài)信息和已獲取的業(yè)務請求信息生成和維護對該業(yè)務信息傳輸?shù)穆窂健?br> 14.根據(jù)權利要求13所述的方法，其特征在于，所述生成網絡狀態(tài)信息之后還包括根據(jù)移動衛(wèi)星網絡拓撲的變化和網絡資源的情況，對網絡狀態(tài)信息進行調整和維護。
15.根據(jù)權利要求13或14所述的方法，其特征在于，所述生成網絡狀態(tài)信息包括選取離散時間系列，并根據(jù)所述離散時間系列計算靜態(tài)網絡拓撲信息；根據(jù)所述靜態(tài)網絡拓撲信息和獲取的網絡動態(tài)鏈路信息，生成各節(jié)點初始的網絡狀態(tài)信息表。
16.根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，所述選取離散時間系列，并根據(jù)所述離散時間系列計算靜態(tài)網絡拓撲信息具體包括根據(jù)移動衛(wèi)星網絡的運行參數(shù)，選取包含移動衛(wèi)星節(jié)點切換時間的離散時間系列并將所述離散時間系列發(fā)送給移動衛(wèi)星網絡的主要節(jié)點，所述離散時間系列由多個離散時間點組成；計算離散時間系列中的各個離散時間點對應的靜態(tài)網絡拓撲信息，并發(fā)送給移動衛(wèi)星網絡各個節(jié)點。
17.根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，所述生成各節(jié)點初始的網絡狀態(tài)信息之后還包括根據(jù)節(jié)點初始的網絡狀態(tài)信息表和最短路徑算法，生成節(jié)點的三層路由表，所述三層路由表用于為面向無連接的的數(shù)據(jù)業(yè)務提供逐跳路由轉發(fā)。
18.根據(jù)權利要求16所述的方法，其特征在于，所述生成網絡狀態(tài)信息還包括移動衛(wèi)星網絡中各節(jié)點進行標簽分發(fā)協(xié)議會話的初始化，獲得標簽信息表；根據(jù)所述標簽信息表和三層路由表，獲得移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡的初始轉發(fā)表，所述初始轉發(fā)表用于為面向無連接的數(shù)據(jù)業(yè)務提供標簽交換。
19.根據(jù)權利要求15所述的方法，其特征在于，所述對網絡狀態(tài)信息進行調整和維護包括系統(tǒng)運行時刻屬于離散時間系列中的離散時間點時，利用所述時刻對應的靜態(tài)網絡拓撲信息，對原有靜態(tài)拓撲信息進行更新。
20.根據(jù)權利要求17所述的方法，其特征在于，所述對網絡狀態(tài)信息進行調整和維護包括系統(tǒng)運行時刻屬于離散時間系列中的離散時間點時，利用所述時刻對應的靜態(tài)網絡拓撲信息，對原有靜態(tài)拓撲信息進行更新；當所述時刻網絡的動態(tài)鏈路狀態(tài)信息改變時，對原有動態(tài)鏈路信息進行更新，并且更新原有的三層路由表。
21.根據(jù)權利要求18所述的方法，其特征在于，所述對網絡狀態(tài)信息進行調整和維護包括系統(tǒng)運行時刻屬于離散時間系列中的離散時間點時，利用所述時刻對應的靜態(tài)網絡拓撲信息，對原有靜態(tài)拓撲信息進行更新；當所述時刻網絡的動態(tài)鏈路狀態(tài)信息改變時，對原有動態(tài)鏈路信息進行更新，根據(jù)更新的靜態(tài)和動態(tài)鏈路拓撲信息對原有的三層路由表進行更新；網絡中節(jié)點的狀態(tài)發(fā)生變化時，利用動態(tài)鏈路協(xié)議和標簽分發(fā)協(xié)議對原有的標簽信息表進行更新；根據(jù)更新的標簽信息表和三層路由表，獲得更新的初始轉發(fā)表。
22.根據(jù)權利要求13、14、16、17、18、19、20或21所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述網絡狀態(tài)信息和已獲取的業(yè)務請求信息生成和維護對該業(yè)務信息傳輸?shù)穆窂桨ǜ鶕?jù)網絡狀態(tài)信息及用戶的業(yè)務請求信息計算路由最短路徑和滿足服務質量要求及網絡流量工程的最優(yōu)路徑；對已生成路徑的通信有效性和持續(xù)性進行維護。
23.根據(jù)權利要求22所述的方法，其特征在于，所述根據(jù)所述網絡狀態(tài)信息和已獲取的業(yè)務請求信息生成和維護對該業(yè)務信息傳輸?shù)穆窂街筮€包括通信結束時，釋放路徑所占有的網絡資源。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)及其操作方法，該系統(tǒng)包括用戶層，提供用戶的狀態(tài)信息和業(yè)務請求等信息；接入層，用于進行移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡同其它網絡及用戶終端的連接，實現(xiàn)路由發(fā)起和標簽分發(fā)以及用戶服務質量管理和接入流量工程控制等功能；核心層，用于將業(yè)務信息按多協(xié)議標簽進行交換轉發(fā)、路徑維護等功能。本發(fā)明還提供了移動衛(wèi)星多協(xié)議標簽交換網絡系統(tǒng)的操作方法，將動態(tài)拓撲靜態(tài)化，可有效降低拓撲動態(tài)性對網絡的影響。本發(fā)明可與基于IP的因特網有效兼容，并為針對不同業(yè)務提供服務質量和網絡流量工程服務；適應移動衛(wèi)星網絡長時延、拓撲動態(tài)性以及網絡資源昂貴的特點；支持數(shù)據(jù)、多媒體等多種業(yè)務傳輸。
文檔編號H04L12/54GK101022304SQ200710064510
公開日2007年8月22日 申請日期2007年3月16日 優(yōu)先權日2007年3月16日
發(fā)明者張濤, 張軍, 郭欣 申請人:北京航空航天大學