基于软件定义卫星网络的路由方法及系统与流程

本技术涉及通信，尤其涉及基于软件定义卫星网络的路由方法及系统。

背景技术：

1、近年来互联网规模在不断扩大的同时，相对应的网络流量也呈现出了井喷式的增长。因此，传统地面骨干互联网正在面临传输距离越来越长，覆盖逐渐不够的问题。为了更好的解决全球化所需要的大规模网络互连，卫星互联网应运而生并且到现在已经经历了几十年的发展，例如早期的铱星网络到现在星链计划。

2、然而卫星互联网发展到今天，依然存在许多不足与问题有待解决。按照大方向划分，这些问题主要集中在星地通信、星间通信两部分。其中，星间通信可以分为多层与单层通信，具体为高低轨之间通信或低轨之间通信，高轨卫星轨道相对静止，理论上三颗即可做到地面全覆盖，能够同时与多低轨卫星实现一对多通信，但是除去成本高昂外，高低轨的长通信链路所带来的高时延，高损耗等问题同样不可忽略。相较之下，低轨卫星间的传输时延与传输损耗则较低，但低轨卫星同样面临轨道动态性造成的地面网络不稳定等问题。

3、上述内容仅用于辅助理解本技术的技术方案，并不代表承认上述内容是现有技术。

技术实现思路

1、本技术的主要目的在于提供一种基于软件定义卫星网络的路由方法及系统，旨在解决低轨卫星面临轨道动态性造成的地面网络不稳定的技术问题。

2、为实现上述目的，本技术提出一种基于软件定义卫星网络的路由方法，卫星网络系统包括控制器以及低轨卫星网络，所述基于软件定义卫星网络的路由方法应用于所述控制器，所述基于软件定义卫星网络的路由的方法包括：

3、将卫星绕轨道的运行周期划分为多个时间切片，并获取每个时间切片内的网络拓扑；

4、基于所述网络拓扑，确定在每个时间切片内从任意一个卫星节点到任意网段下地面通信终端的最优路径，并基于所述最优路径确定卫星节点在不同时间切片下的策略流表；

5、将策略流表下发至其对应的卫星节点，以使低轨卫星网络中卫星节点的可编程交换机基于所述策略流表实现地面通信终端上送的数据包的转发。

6、在一实施例中，所述基于所述网络拓扑，确定在每个时间切片内从任意一个卫星节点到任意网段下地面通信终端的最优路径的步骤包括：

7、基于传输时延以及传输损耗，确定权重值；

8、根据所述权重值确定在每个时间切片下从任意一个卫星节点到任意网段下地面通信终端的最优路径。

9、在一实施例中，所述基于传输时延以及传输损耗，确定权重值的步骤包括：

10、基于星间距离、星地距离、光速以及数据处理时间，确定传输时延；

11、基于信号发送功率以及损耗因子，确定传输损耗；

12、对所述传输时延以及所述传输损耗进行归一化处理，得到传输时延归一化值和传输损耗归一化值，并根据所述传输时延归一化值以及所述传输损耗归一化值确定权重值。

13、在一实施例中，所述方法还包括：

14、在监测到时间切片下的网络拓扑状态出现异常时，重新生成卫星节点在不同时间切片下的新策略流表；

15、将新策略流表下发至其对应的卫星节点。

16、在一实施例中，所述卫星网络系统还包括时间模块，所述控制器与所述时间模块的同步端口相连；其中，所述方法还包括：

17、通过所述同步端口实现所述控制器与低轨卫星网络之间的时间同步。

18、在一实施例中，卫星网络系统包括控制器以及低轨卫星网络，所述基于软件定义卫星网络的路由方法应用于所述低轨卫星网络中卫星节点的可编程交换机，所述方法包括：

19、接收所述控制器下发的策略流表，其中，所述策略流表为将卫星绕轨道的运行周期划分为多个时间切片，并获取每个时间切片内的网络拓扑，基于所述网络拓扑，确定在每个时间切片内从任意一个卫星节点到任意网段下地面通信终端的最优路径，并基于所述最优路径确定卫星节点在不同时间切片下的策略流表；

20、在接收到地面通信终端上送的数据包之后，基于策略流表实现地面通信终端上送的数据包的转发。

21、在一实施例中，所述在接收到地面通信终端上送的数据包之后，基于策略流表实现所述数据包的转发的步骤包括：

22、接收所述地面通信终端上送的数据包之后，确定当前时间戳的目标时间切片；

23、在提取所述数据包的目的地址之后，判断所述目的地址是否匹配所述目标时间切片中任一卫星节点的地址；

24、在判定所述目的地址匹配所述目标时间切片中任一卫星节点的地址之后，基于所述目的地址设置出口并基于所述策略流表实现所述数据包的转发。

25、在一实施例中，所述基于所述目的地址设置出口并基于所述策略流表实现所述数据包的转发的步骤包括：

26、基于所述目的地址，确定所述数据包从起点到终点的拓扑切换情况；

27、在所述拓扑切换情况为未切换网络拓扑时，则将所述目标时间切片的策略流表中所述目的地址对应的最优路径确定为第一路径，并基于所述第一路径实现所述数据包的转发；

28、在所述拓扑切换情况为切换网络拓扑时，则确定所述数据包从起点到终点的对应时间切片，并根据不同对应时间切片下策略流表中所述目的地址对应的最优路径确定第二路径，基于所述第二路径实现所述数据包的转发。

29、在一实施例中，所述卫星网络系统还包括时间模块，所述时间模块与所述可编程交换机的时间端口相连；其中，

30、所述在判定所述目的地址匹配所述目标时间切片中任一卫星节点的地址之后，基于所述目的地址设置出口并基于所述策略流表实现所述数据包的转发的步骤之后还包括：

31、确定所述当前时间戳的时间报文；

32、判断所述时间报文的源地址是否来自所述时间模块；

33、在判定所述时间报文的源地址来自所述时间模块时，基于所述当前时间戳来更新当前时间。

34、此外，为实现上述目的，本技术还提出一种基于软件定义卫星网络的路由设备，所述设备包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述计算机程序配置为实现如上文所述的基于软件定义卫星网络的路由方法的步骤。

35、此外，为实现上述目的，本技术还提出一种存储介质，所述存储介质为计算机可读存储介质，所述存储介质上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文所述的基于软件定义卫星网络的路由方法的步骤。

36、此外，为实现上述目的，本技术还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上文所述的基于软件定义卫星网络的路由方法的步骤。

37、本技术提出的一个或多个技术方案，至少具有以下技术效果：

38、本技术提出的基于软件定义卫星网络的路由方法及系统，通过将卫星绕轨道的运行周期划分为多个时间切片，并获取每个时间切片内的网络拓扑；基于所述网络拓扑，确定在每个时间切片内从任意一个卫星节点到任意网段下地面通信终端的最优路径，并基于所述最优路径确定卫星节点在不同时间切片下的策略流表；将策略流表下发至其对应的卫星节点，以使低轨卫星网络中卫星节点的可编程交换机基于所述策略流表实现地面通信终端上送的数据包的转发，解决了低轨卫星面临轨道动态性造成的地面网络不稳定的技术问题，相较于现有技术，本技术提供了一种新的软件定义卫星网络方案，采用了控制器加上可编程交换机的可编程架构，基于卫星网络的可预测性，采用最短路径算法规划了各个时间切片内到目的地址的最佳路由，充分利用了控制面上控制器的集中式配置，实现一次性将策略流表下发至低轨卫星节点以减少网络动态拓扑造成的信令消耗，从而解决了低轨卫星面临轨道动态性造成的地面网络不稳定的问题。