[发明专利]一种动态MPLS卫星网络中的标签交换方法

说明书

技术领域

本发明属于卫星多协议标签交换（MPLS）技术领域，特别涉及一种卫星上动态MPLS网络中的标签交换方法。

背景技术

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（Forwarding Equivalence Class）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（Label Switch Path）。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。