一種基于動態信息轉發和活躍用戶同步的快速定位技術

黃曉剛 任憲文 李晴飛

海裝上海局駐南京地區第四軍事代表室

0 引言

不同于地面有線網絡的固定拓撲，衛星網絡中用戶站具有較強的移動性，用戶站存在跨專網、跨衛星、跨頻段、跨站點接入移動漫游等場景。此外，隨著技術的演進，網絡融合互補已成為發展趨勢，未來具有多種衛星網絡接入能力并可自動優選接入的多復合終端將成為主流，從而實現跨專網接入的能力。

目前由于各衛星專網獨立編址，單個專網的網絡管控系統只負責本專網的用戶管理。當用戶站進入其他專網、衛星或者歸屬站點時，網絡管控系統將無法找到該用戶站，無法完成對該用戶站的業務接入功能。

衛星網絡不具有地面移動網絡穩定的網絡結構，其地面歸屬站間需要支持根據需求實現動態組網，并具有故障快速恢復能力。傳統地面移動網絡中用戶終端歸屬位置基站的拓撲是固定且唯一的，容易形成故障風險點，一旦形成，該歸屬基站所記錄的所有終端將無法被服務。為突破這一困境，衛星通信網絡管控系統參考地面移動性管理的架構，提出了一種基于動態節點信息轉發和活躍用戶數據同步的全網移動性管理快速定位技術，實現各衛星基站分布式組網和各歸屬位置基站實時變化情況下的全網用戶快速尋址，以及用戶關鍵數據基站間一致性同步的方法。

1 動態節點信息轉發

動態節點信息轉發是實現交換節點動態變化場景下，全網用戶尋址的關鍵，為衛星移動設備完成用戶歸屬位置定位、用戶服務位置查詢、用戶關鍵數據同步提供了傳輸保障。動態節點信息轉發主要包含應用層組播轉發和單播組播混合轉發。

1.1 應用層組播轉發

面對快速組網的使用場景，節點間的互聯往往沒有時間配置鄰居信息，更多可能也不知道鄰居節點信息，因此在尋址管理中，使用組播技術在不預先配置鄰居節點數據的情況下完成設備的組網互聯成了唯一可行的選擇。

組播是指在IP網絡中將數據包以盡快傳送的方式發送到某個確定的節點集合（即組播組），其基本思想是源主機（即組播源）在發送數據時將目的地地址指定為D類地址（224.0.0.0—239.255.255.255）中的一個組播地址，凡是加入此組播組中的所有主機都可收到相同的此數據，而其他未加入的主機則收不到。

網絡管控系統服務啟動后，首先聲明加入這個組播組，當有數據需要發送時，尋址管理將數據通過每個節點網口發送出去，其他節點的尋址管理就會收到此數據。多節點間交換設備組網（無環路）如圖1所示。

如圖1所示，A節點分別與B節點、C節點和D節點互聯，當A節點發送組播數據，B節點、C節點和D節點的SLF都會收到。如果是在D節點發送數據，B節點和C節點收不到。在此連接關系中，節點間無環路出現，這時在IP層轉發組播數據是沒有問題的。但是在如圖2所示的網絡中，節點間有環路出現的情況下，在IP層轉發組播數據會引起網絡風暴，即數據由A發給B，B轉發給C，C再轉發給A，形成惡性循環。為了解決這個問題，可在節點間交互協議中增加相應控制信息進行控制。

圖1 多節點交換設備組網（無環路）

圖2 多節點交換設備組網（有環路）

1.2 單播組播混合轉發

在多數情況下，網絡管控系統服務使用組播技術可以完成無預設網絡信息情況下的節點間組網，但是由于組播數據在網絡中傳輸需要相應的網絡設備支持IGMP協議，且可能IGMP協議因出現較晚在早期網絡中不支持、網絡中路由器未配置組播組，無法轉發或者其他專用網絡中某些安全因素，組播數據無法傳遞。

這時就需要將組播數據轉換為單播數據后在不支持組播協議的鏈路上傳遞，等到達對端后，由對端再將單播數據轉換成組播數據后在網絡中轉發。多節點間交換設備組網（含不支持組播鏈路）如圖3所示。

圖3 多節點間交換設備組網（含不支持組播鏈路）

由D節點發送組播數據，A在收到此組播數據后進行轉發。由于C節點與E節點間鏈路無法傳遞組播消息，當C節點收到組播消息后進行處理，當需要C節點進行數據轉發時，發現節點C與E間鏈路無法支持組播數據轉發，這時C節點調用單播接口將要轉發的組播數據通過C與E間的單播鏈路發送，完成組播到單播的轉換。

節點E在其單播接口收到數據后，同樣按照上述的流程進行處理，當需要E轉發此數據時，節點E發現與節點F和節點G之間的接口鏈路均支持組播數據傳遞，這時節點E將收到的單播數據通過調用組播接口進行轉發，完成單播到組播的轉換。

最終，節點D發送的組播數據，通過單播與組播的混合轉發后，在存在不支持組播數據傳遞的鏈路情況下，由節點D發送到了節點F和節點G。

2 活躍用戶數據同步

網絡管控系統服務完成用戶注冊管理和會話管理功能，用于用戶簽約數據的定位，找到某個用戶的簽約數據存儲在哪個地址管理服務器中，通過修改和增加相應信令過程，確保注冊或注銷的用戶可以在多節點間冗余備份數據、確保成功建立會話的相關用戶可以在多節點間冗余備份數據，確保節點間冗余數據一致性。

當網絡中某一節點被毀或者與此節點連接的物理鏈路被毀，此節點下的活躍用戶可以漫游到其他節點下接受服務。

在經過上面兩個信令過程之后，網絡中多個節點都會保存已經注冊和成功建立會話的用戶數據，當此用戶的歸屬節點不能正常工作時，用戶接入節點直接根據本地用戶冗余數據提供服務，完成接入地服務功能。

3 結束語

傳統衛星網絡一般以專網實施業務組織和網絡構建，與地面網絡基站式通信極其相同，從而無法克服網絡基站式節點損壞或者用戶快速移動后更換基站式節點的問題。提出的基于動態節點信息轉發和活躍用戶數據同步的全網移動性管理快速定位技術，在專網分布式部署統一管控的基礎上構建了統一的邏輯架構；通過歸屬節點位置信息的快速轉發，實現各歸屬節點用戶信息的快速更新，從而實現移動用戶全網的快速尋址；通過關鍵數據在基站之間的定時同步，實現歸屬節點間重要數據的備份和業務通信數據的定時觸發更新，保證用戶尋址信息的有效拓撲。由以上各項功能，可以解決移動用戶快速定位的痛點難點，從而使衛星用戶快速進行業務接入，實現有效通信。

該技術還需要考慮各歸屬基站之間地面網絡的聯通性，通過地面光纖或者專用網絡的建設，滿足信息轉發的物理途徑。對于分布式部署的用戶信息，建立數據中心，實現可靠存儲和信息快速分發，還得考慮數據庫的軟件架構和硬件部署，這些已經步入工程化實施和驗證階段。