一种动态MPLS卫星网络中的标签交换方法技术

本发明专利技术公开了一种动态MPLS卫星网络中的标签交换方法，包括步骤1：标签分发协议过程中的对等体发现，其具体实现是通过Hello消息邻居的实时更新进行对等体发现；步骤2：建立与维护标签分发协议的会话；步骤3：建立与维护标签交换路径。利用本发明专利技术提供的卫星MPLS网络中的标签交换方法，能够有效地解决MPLS标签交换路径上因为卫星通信网络的链路环境、网络拓扑结构变化所导致的卫星链路断开从而使数据无法转发的问题，能够很好的适用于卫星网环境。本发明专利技术的实现简单，效果良好，具有广泛的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种动态MPLS卫星网络中的标签交换方法
本专利技术属于卫星多协议标签交换（MPLS）
，特别涉及一种卫星上动态MPLS网络中的标签交换方法。
技术介绍
随着卫星通信技术的发展，卫星已由原来的透明转发发展到具有星上交换处理的能力。目前星载交换体制主要有星载ATM交换和星载IP交换等。星载ATM交换方式协议开销较大、可扩展能力不强、信令复杂，且不能与地面IP网络实现无缝连接。星载IP交换基于逐跳的转发策略，每一跳都要进行IP的最长前缀匹配查表，导致星上转发速率慢，且单纯的IP交换QoS保证能力薄弱，与异步传输ATM不同的是：MPLS技术不能单独构成网络体系结构，必须依托IP协议才能使用。参考地面网络交换技术的发展，多协议标签交换技术是为使TCP/IP协议体系结构中的链路层与的网络层相结合而提出的，使针对网络层的全部复杂的操作都可以映射为对标签的操作，有效避免IP协议与网络节点的交互问题。近年国内展开了将MPLS交换技术应用在卫星通信网络中的研究，以满足卫星通信发展的需求。相比与地面通信环境，卫星通信环境具有鲜明特点：(1)具有特殊的拓扑时变性。由于卫星节点运动的规律性，因此网络拓扑的变化具有周期性和可预测性，这种特点可用来优化卫星MPLS网络中LSP的路由计算或标签的初始化和维护策略；(2)具有很大的传输时延特性。由于卫星节点分布于很大的空间中，节点间的传输时延比地面网络节点间的传输时延大得多，成为网络通信时延的主要部分。这种长时延特性对于卫星MPLS网络业务QoS保证、MPLS对等体的发现与维护、LDP信息交换以及基于约束的LSP路径的建立等方面都带来了新的问题；(3)星上计算资源有限性。由于受供能、体积等因素的限制，卫星节点的计算能力往往远远低于地面节点，这种特性对于卫星MPLS各种算法的复杂度、协议复杂度以及LER、LSR的分布策略等都提出了新的要求。由于上述卫星通信环境，卫星通信网络的应用面临的挑战有：(1)可变、长时延链路。不同种类的应用业务对时延的敏感程度不同，根据业务传输特点选择全局较优的传输路径是卫星通信网络研究的热点之一；(2)网络拓扑频繁变化。由于卫星节点的高速运动导致网络拓扑变化，应用数据流量的传输路径需要随着网络拓扑变化而变化；(3)卫星通信网络资源受限。星际链路与星地链路容量有限，带宽较低，如何解决卫星通信网络资源稀缺与卫星应用业务需求增加的矛盾是今后卫星通信研究的一个方向；(4)异构网络互连。异构网络互连问题一直是卫星通信的一大难题，多协议标签交换（MPLS）技术能适应不同的数据链路层，为异构网络之间互连提供可能。正是由于卫星网与地面网的这些差异导致地面上很多的协议直接应用于卫星上会出现各种不可预见的问题，包括如MPLS。在运用MPLS技术的网络中，需要将相同属性的业务流聚合，采用统一的转发等价类FEC（ForwardingEquivalenceClass）标识，并为聚合业务流建立可行路径。应用业务进入MPLS网络域边缘时，边缘路由器根据业务数据报文的IP首部信息将数据报文归类于FEC，同时为FEC搜索标签转发路径LSP（LabelSwitchPath）。当业务数据流进入MPLS网络域中间转发路由器后，中间转发路由器根据标签对数据报文进行转发，而无需复杂的IP路由转发，提高了转发效率。随着卫星网络技术的发展，如何在卫星网络中实现MPLS技术将成为卫星通信网络的一个新的研究方向。目前，MPLS技术在卫星通信网络中的研究取得了一定的进步：(1)卫星MPLS组网方案，即MPLS域的划分，目前一般采用地面站或者应用型低轨道卫星作为MPLS网络的边缘路由器，同步轨道卫星作为中间路由器；(2)借鉴地面Internet网络，在TCP/IP协议体系下对基于MPLS的卫星通信网络进行相关应用研究；(3)MPLS/IP框架下卫星应用业务QoS的路由，例如Karapantazis等人提出了在低轨道卫星LEO星座中的QoS的路由方案，翟立君等人提出的卫星MPLS网络关键技术研究和袁天提出的基于遗传算法的卫星MPLS网络路由协议研究等等；(4)基于MPLS模式下卫星通信网络的流量工程的架构；(5)卫星MPLS网络中的标签检验方法。当前对MPLS卫星网络的研究主要集中在相对静止的GEO骨干网络，没有针对卫星通信网络的链路环境、网络拓扑结构变化特点，考虑动态卫星网络中的标签分发方法。MPLS是一种将第3层IP和第2层交换结合的交换技术，其核心就是对分组进行分类，依据不同的类别为分组打上不同的标签，建立交换路径，随后仅根据标签在预先建立好的交换路径上传输分组。实现MPLS并提供各种高级扩展功能的关键问题就在于如何对分组分类、如何建立和维护标签交换路径，这些都由标签分发协议解决。在运用MPLS技术的网络中，需要将相同属性的业务流聚合，采用统一的转发等价类FEC标识，并为聚合业务流建立可行路径。应用业务进入MPLS网络域边缘时，边缘路由器根据业务数据报文的IP首部信息将数据报文归类于FEC，同时为FEC搜索标签转发路径LSP。当业务数据流进入MPLS网络域中间转发路由器后，中间转发路由器根据标签对数据报文进行转发，而无需复杂的IP路由转发，提高了转发效率。随着卫星网络技术的发展，如何在卫星网络中实现MPLS技术将成为卫星通信网络的一个新的研究方向。为了在MPLS网络域中使用标签交换处理转发数据报文，转发路径上的边缘标签交换路由器节点必须建立下一跳转发路由表项（NHLFE），其中包含转发数据报文所需的标签信息、接口信息与IP地址信息，这个过程成为标签分发。在MPLS标准文档中并没规定在边缘标签交换路由器节点之间标签分发的信号协议，在MPLS网络中有多种协议实现标签的分发，如：边界网关协议（BGP）、标记分发协议（LDP，LabelDistributionProtocol）与资源预留协议（RSVP）等等。边界网关协议与标记分发协议采用了TCP协议传输分发标记信息的数据报文，能够保证标签分发的可靠性。标签分发协议LDP是MPLS体系中的一种主要协议。在MPLS网络中，两个边缘标签交换路由器节点必须用在它们之间或通过它们转发流量的标签上达成一致。标签分发协议定义了一组程序和消息，通过它们一个边缘标签交换路由器节点可以通知另一个边缘标签交换路由器节点其已经形成的标签捆绑。通过网络层路由信息与数据链路层交换路径之间的直接映射，边缘标签交换路由器节点可以使用标签分发协议通过网络来建立标签交换路径。标签分发协议启动的时候首先发现标签分发协议对等实体，接着触发标签分发协议会话的初始化，之后在2个对等实体之间建立标签分发协议会话并使用各种机制对其进行维护，根据在MPLS域中各边缘标签交换路由器节点上的路由表和有关标签分发协议的配置，触发标记分发过程，形成标签交换路径，并对这些路径进行管理和维护。通过使用标签分发协议，边缘标签交换路由器节点就可以把不同的特定的分组映射到相应的标签交换路径上，把网络层的路由信息直接映射到数据链路层的交换路径上，从而实现了二、三层的紧密结合。传统的标签分发协议是MPLS的核心控制协议，并未考虑卫星网络拓扑变化的特点。由于卫星网与地面网的差异，有必要结合卫星网的特点，对标签分发协议进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种动态MPLS卫星网络中的标签交换方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：标签分发协议过程中的对等体发现，其具体实现是通过Hello消息邻居的实时更新进行对等体发现；步骤2：建立与维护标签分发协议的会话；步骤3：建立与维护标签交换路径，其具体实现包括以下子步骤：步骤3.1：建立实时的网络拓扑搜索正确标签交换路径，其具体实现是数据链路层根据最强导频信号选择底层的链路链接关系，据此链接关系构建网络拓扑结构；步骤3.2：在MPLS网络中建立标签交换路径；步骤3.3：标签交换路径的重路由。

【技术特征摘要】
1.一种动态MPLS卫星网络中的标签交换方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：标签分发协议过程中的对等体发现，其具体实现是通过Hello消息邻居的实时更新进行对等体发现；步骤2：建立与维护标签分发协议的会话；步骤3：建立与维护标签交换路径，其具体实现包括以下子步骤：步骤3.1：建立实时的网络拓扑搜索正确标签交换路径，其具体实现是数据链路层根据导频信号选择底层的链路链接关系，据此链接关系构建网络拓扑结构；所述的建立实时的网络拓扑搜索正确标签交换路径，其具体实现包括以下子步骤：步骤3.1.1：首先确定在一个周期内的所有链接的链路，根据当前链接确定所需要的标签交换路径；步骤3.1.2：然后根据链路层拓扑信息，在不同时间段内修改标签转发路径的权重，即改变标签交换路径的使用权限，使其在不同的网络拓扑结构中使用不同的标签交换路径；所述的建立实时的网络拓扑，在原有地面标签分发协议进程模型中添加了拓扑更新中断，此中断类型为远程中断，拓扑更新中断响应函数的作用是：当MPLS的标签分发协议的进程收到链路层进程发送的链接关系时，更新当前的网络拓扑；更新当前网络拓扑的具体实现包括以下子步骤：步骤A：建立并初始化邻接表；步骤B：响应拓扑更新中断，进入中断响应函数；步骤C：判断链路信息中的两个端点是否存在于邻接表的顶点表中；若否，则将此端点添加到邻接表的顶点表中；若是，则顺序执行下述的步骤D；步骤D：判断链路信息中的链路状态是否有效，更新邻接表中的边表信息；步骤3.2：在MPLS网络中建立标签交换路径；步骤3.3：标签交换路径的重路由。2.根据权利要求1所述的动...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴静，张媛媛，罗威，邓福兴，江昊，周建国，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42