本發(fā)明涉及衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)路由，尤其涉及一種面向低軌巨星座的主動分級邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議路由方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、低軌巨星座網(wǎng)絡(luò)因其在提供低延遲、高可靠性和無處不在的連接服務方面的巨大潛力而有望成為最重要的通信基礎(chǔ)設(shè)施之一。低軌巨星座網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展推進了衛(wèi)星通信領(lǐng)域。與傳統(tǒng)的地球同步衛(wèi)星相比，低軌衛(wèi)星在更低的高度運行，提供全球覆蓋和高回程容量。低軌巨星座網(wǎng)絡(luò)代表了一項有前景的技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)無縫的全球連接和高級應用，以滿足6g中大規(guī)模通信和個性化用戶體驗的需求。

2、低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)可以視作一個獨立的自治域，它與不同地面自治系統(tǒng)的有機融合需要域間路由協(xié)議bgp(border?gateway?protocol，邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議)。然而，傳統(tǒng)bgp協(xié)議主要考慮可達路由的準確性，專為固定網(wǎng)絡(luò)定制，在低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中直接采用傳統(tǒng)bgp會導致網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定、路由開銷過大、收斂速度慢等問題。

3、與地面拓撲相對固定不同，空間網(wǎng)絡(luò)拓撲具有高動態(tài)性特點。空間拓撲頻繁變化會導致bgp鄰居關(guān)系和目的網(wǎng)段條目頻繁更新。衛(wèi)星系統(tǒng)邊界路由器間的物理鏈路發(fā)生切換時，即與對端衛(wèi)星系統(tǒng)的物理鏈路連接從對端系統(tǒng)的一個邊界路由器切換到另一個邊界路由器，系統(tǒng)間bgp鄰居關(guān)系改變，舊bgp鄰居關(guān)系斷開，bgp實體通過發(fā)送報文新建鄰居關(guān)系。當目的網(wǎng)段條目增加/減少或改變時，bgp實體觸發(fā)路由更新，路由信息需要在全網(wǎng)重新洪泛直到收斂。對于bgp來說，不穩(wěn)定是一個關(guān)鍵問題。域間鄰居關(guān)系不穩(wěn)定、頻繁路由更新、路由收斂緩慢等問題，都將損耗低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，影響數(shù)據(jù)平面和控制平面。因此需要結(jié)合低軌巨星座場景下的衛(wèi)星規(guī)模和節(jié)點高速移動、拓撲變化頻繁等高動態(tài)性，對傳統(tǒng)bgp進行優(yōu)化。

4、傳統(tǒng)bgp一般采用全連接和路由反射器的ibgp(internel?bgp，內(nèi)部邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議)連接策略。全連接策略使ibgp對等體兩兩連接，在小型局域網(wǎng)中保證了全局路由最優(yōu)性，一般稱為全連接最優(yōu)性，我們在評估bgp選路時通常依次為參照，但是它并不具有可擴展性，無法在低軌衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中部署。路由反射器的策略一定程度上減少了ibgp連接，但是路由反射可能會降低網(wǎng)絡(luò)對故障的魯棒性，引入延遲路由收斂，減少路徑多樣性，采用次優(yōu)路由，甚至導致數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)循環(huán)。

5、經(jīng)過對現(xiàn)有文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，楊增印等人于2019年在《清華大學學報(自然科學版)》上發(fā)表了題為“天地一體化信息網(wǎng)絡(luò)域間路由協(xié)議ntd-bgp”的文章。該文章基于對網(wǎng)絡(luò)拓撲與域間鄰居關(guān)系和路由更新之間映照射關(guān)系進行解耦，提出獨立于物理拓撲變化的域間鄰居發(fā)現(xiàn)機制。但該機制會顯著降低ebgp(externel?bgp，外部邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議)鄰居間的交互效率，特別是當?shù)孛嬲竞托l(wèi)星之間的距離較遠時。

6、經(jīng)過對現(xiàn)有文獻的檢索發(fā)現(xiàn)，jinhu?zang等人于2022年在《2022internationalconference?on?electrical,mechanical?and?computer?engineering(icemce)》上發(fā)表了題為“a?border?gateway?protocol?lra-bgp?for?integrated?satellite-terrestrialnetworks”的文章。該文章提出了一種在小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)適用的輕量級邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議(lra-bgp),部署lra-bgp的邊界衛(wèi)星在鄰居關(guān)系重建后不會向?qū)Ψ桨l(fā)布歷史路由信息，通信雙方通過激活備份路由信息來實現(xiàn)路由更新。

7、綜上所述，這些工作作為對邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議優(yōu)化的探索是一個良好的展開，但是都具有局限性：(1)在協(xié)議可擴展性方面，這些工作只關(guān)注了在小規(guī)模低軌星座下的適配，沒有考慮在低軌巨星座場景下降低ibgp連接的數(shù)量；(2)在協(xié)議動態(tài)適應性方面，大多數(shù)工作缺乏對頻繁星地切換的應對方法，導致網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定性；(3)在協(xié)議路由開銷方面，這些工作帶來額外報文開銷和計算成本，無法適應低軌巨星座場景。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、發(fā)明目的：針對現(xiàn)有技術(shù)的局限性，本發(fā)明提出了一種面向低軌巨星座的主動分級邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議路由方法與系統(tǒng)，以在低軌巨星座場景下實現(xiàn)快速路由收斂并兼顧協(xié)議開銷和路由穩(wěn)定性。

2、技術(shù)方案：為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案：

3、一種面向低軌巨星座的主動分級邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議路由方法，包括以下步驟：

4、進行時間幀及時隙劃分，預測一個時間幀內(nèi)星地連接切換和各衛(wèi)星的吞吐量，將時間幀劃分為若干時隙并將衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)劃分為出入口衛(wèi)星區(qū)、骨干區(qū)和非骨干區(qū)；

5、根據(jù)衛(wèi)星分區(qū)進行ibgp連接，根據(jù)時隙劃分決策不同時隙下進行路由更新的機制，分發(fā)主動路由更新的參考表；

6、在僅采用分級收斂機制的時隙，各分區(qū)衛(wèi)星分級收發(fā)update報文交換路由信息達到全網(wǎng)收斂，所述update報文中新增路徑屬性ibgp_path幫助分級傳遞路由，實現(xiàn)域內(nèi)防環(huán)；

7、在采用主動路由更新機制輔助分級收斂機制的時隙，衛(wèi)星對路由表條目進行主動更新，并收發(fā)后驗update報文進行驗證。

8、作為優(yōu)選，所述衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)劃分，包括：

9、在一個時間幀內(nèi)，將涉及星地連接切換的衛(wèi)星劃分為出入口衛(wèi)星，將吞吐量超過預設(shè)閾值的衛(wèi)星劃分為igp熱點衛(wèi)星，并從中篩選出預設(shè)數(shù)目的骨干衛(wèi)星，其余衛(wèi)星劃分為非骨干衛(wèi)星。

10、作為優(yōu)選，所述根據(jù)衛(wèi)星分區(qū)進行ibgp連接，包括：

11、在時間幀開始時刻，出入口衛(wèi)星采用ibgp連接連接至物理距離最近的兩顆骨干區(qū)衛(wèi)星；在骨干區(qū)采用全連接策略；非骨干區(qū)衛(wèi)星至少連接至一顆骨干區(qū)衛(wèi)星。

12、作為優(yōu)選，所述根據(jù)時隙劃分決策不同時隙下進行路由更新的機制，包括：

13、根據(jù)星座規(guī)模預設(shè)決策跳數(shù)，若計算出舊新出口/入口衛(wèi)星間的跳數(shù)小于決策跳數(shù)，采用主動路由更新機制輔助分級收斂機制進行路由收斂；若計算出舊新出口/入口衛(wèi)星間的跳數(shù)大于等于決策跳數(shù)，僅使用分級收斂機制進行路由快速更新；

14、依次記錄采用主動路由更新機制的時刻和舊新出口/入口衛(wèi)星router_id對，其中router_id默認為衛(wèi)星的環(huán)回地址，并在時間幀開始時分發(fā)到出入口衛(wèi)星和骨干區(qū)衛(wèi)星中，作為主動路由更新的參考表項。

15、作為優(yōu)選，所述update報文新增路徑屬性ibgp_path來幫助選擇最佳路徑和過濾指定路由，所述路徑屬性ibgp_path顯示路由傳播時經(jīng)過路由器router_id的有序序列，并以網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序保存；所述分級收斂機制沿用傳統(tǒng)bgp的路徑屬性as_path實現(xiàn)域間防環(huán)，利用新增的ibgp_path實現(xiàn)域內(nèi)防環(huán)，路由器在轉(zhuǎn)發(fā)update報文時，首先會檢查報文的ibgp_path屬性中是否有本路由器router_id，若存在，則會將該報文丟棄，反之會將本路由器router_id添加到報文的ibgp_path屬性。

16、作為優(yōu)選，所述分級收斂機制規(guī)定骨干區(qū)采用域內(nèi)水平分割原則，即骨干區(qū)衛(wèi)星從它的ibgp鄰居學習到的路由不會再傳給它的其他ibgp鄰居；非骨干區(qū)打破水平分割規(guī)則，借助新增路徑屬性ibgp_path防止路由環(huán)路，減少非骨干區(qū)衛(wèi)星的ibgp連接數(shù)目；update報文只能從骨干區(qū)傳向非骨干區(qū)，出入口衛(wèi)星區(qū)和骨干區(qū)可以相互傳遞update報文。

17、作為優(yōu)選，所述衛(wèi)星對路由表條目進行主動更新，并收發(fā)后驗update報文進行驗證，包括：

18、檢索骨干區(qū)衛(wèi)星bgp路由表的舊出口/入口衛(wèi)星網(wǎng)段條目，將條目中的舊出口/入口衛(wèi)星router_id主動更新為新出口/入口衛(wèi)星router_id，保存該臨時條目直到該時隙下的新出口/入口衛(wèi)星網(wǎng)段失效被移除；

19、對骨干區(qū)衛(wèi)星bgp路由表新增新出口/入口衛(wèi)星網(wǎng)段-新出口/入口衛(wèi)星router_id的路由條目；

20、控制出入口衛(wèi)星區(qū)向骨干區(qū)發(fā)送update后驗報文來驗證主動路由更新條目，當正確更新時，發(fā)送update后驗報文的過程不影響全網(wǎng)收斂時間；當出現(xiàn)更新錯誤時，相應路由條目會被校正為update后驗報文的路由信息并繼續(xù)通過分級收斂機制傳遞。

21、一種面向低軌巨星座的主動分級邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議路由系統(tǒng)，包括：

22、預測模塊，用于進行時間幀及時隙劃分，預測一個時間幀內(nèi)星地連接切換和各衛(wèi)星的吞吐量，并將衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)劃分為出入口衛(wèi)星區(qū)、骨干區(qū)和非骨干區(qū)；

23、決策模塊，用于根據(jù)衛(wèi)星分區(qū)進行ibgp連接，根據(jù)時隙劃分決策不同時隙下進行路由更新的機制，分發(fā)主動路由更新的參考表；

24、分級收斂機制實現(xiàn)模塊，用于在采用分級收斂機制的時隙，各分區(qū)衛(wèi)星分級收發(fā)update報文交換路由信息達到全網(wǎng)收斂，所述update報文中新增路徑屬性ibgp_path幫助分級傳遞路由，實現(xiàn)域內(nèi)防環(huán)；

25、主動路由更新機制實現(xiàn)模塊，用于在采用主動路由更新機制輔助分級收斂機制的時隙，衛(wèi)星對路由表條目進行主動更新，并收發(fā)后驗update報文進行驗證。

26、一種計算機系統(tǒng)，包括存儲器、處理器及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序/指令，所述計算機程序/指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述一種面向低軌巨星座的主動分級邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議路由方法的步驟。

27、一種計算機程序產(chǎn)品，包括計算機程序/指令，所述計算機程序/指令被處理器執(zhí)行時實現(xiàn)所述一種面向低軌巨星座的主動分級邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議路由方法的步驟。

28、有益效果：本發(fā)明提供的面向低軌巨星座的主動分級邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議路由方法與系統(tǒng)，基于傳統(tǒng)邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議，引入新的域內(nèi)路由防環(huán)和路由傳遞機制。不同于傳統(tǒng)bgp的全連接、路由反射器等ibgp連接策略，本發(fā)明采用基于創(chuàng)新的路徑屬性ibgp_path的分級收斂機制；且不同于傳統(tǒng)bgp通過不斷撤銷/重新宣告路由前綴的方式實現(xiàn)路由更新，本發(fā)明引入基于星地切換預測的主動路由更新機制，來協(xié)助分級收斂機制。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明所提出的面向低軌巨星座的主動分級邊界網(wǎng)關(guān)協(xié)議路由方法兼顧協(xié)議開銷和路由穩(wěn)定性，加快了網(wǎng)絡(luò)的路由收斂速度，提高了對低軌巨星座大規(guī)模、高動態(tài)性的適應能力。同時，本發(fā)明還確保了對于標準bgp路由器的后向兼容性。