一种基于动态信息转发和活跃用户同步的快速定位技术

黄晓刚 任宪文 李晴飞

海装上海局驻南京地区第四军事代表室

0 引言

不同于地面有线网络的固定拓扑，卫星网络中用户站具有较强的移动性，用户站存在跨专网、跨卫星、跨频段、跨站点接入移动漫游等场景。此外，随着技术的演进，网络融合互补已成为发展趋势，未来具有多种卫星网络接入能力并可自动优选接入的多复合终端将成为主流，从而实现跨专网接入的能力。

目前由于各卫星专网独立编址，单个专网的网络管控系统只负责本专网的用户管理。当用户站进入其他专网、卫星或者归属站点时，网络管控系统将无法找到该用户站，无法完成对该用户站的业务接入功能。

卫星网络不具有地面移动网络稳定的网络结构，其地面归属站间需要支持根据需求实现动态组网，并具有故障快速恢复能力。传统地面移动网络中用户终端归属位置基站的拓扑是固定且唯一的，容易形成故障风险点，一旦形成，该归属基站所记录的所有终端将无法被服务。为突破这一困境，卫星通信网络管控系统参考地面移动性管理的架构，提出了一种基于动态节点信息转发和活跃用户数据同步的全网移动性管理快速定位技术，实现各卫星基站分布式组网和各归属位置基站实时变化情况下的全网用户快速寻址，以及用户关键数据基站间一致性同步的方法。

1 动态节点信息转发

动态节点信息转发是实现交换节点动态变化场景下，全网用户寻址的关键，为卫星移动设备完成用户归属位置定位、用户服务位置查询、用户关键数据同步提供了传输保障。动态节点信息转发主要包含应用层组播转发和单播组播混合转发。

1.1 应用层组播转发

面对快速组网的使用场景，节点间的互联往往没有时间配置邻居信息，更多可能也不知道邻居节点信息，因此在寻址管理中，使用组播技术在不预先配置邻居节点数据的情况下完成设备的组网互联成了唯一可行的选择。

组播是指在IP网络中将数据包以尽快传送的方式发送到某个确定的节点集合（即组播组），其基本思想是源主机（即组播源）在发送数据时将目的地地址指定为D类地址（224.0.0.0—239.255.255.255）中的一个组播地址，凡是加入此组播组中的所有主机都可收到相同的此数据，而其他未加入的主机则收不到。

网络管控系统服务启动后，首先声明加入这个组播组，当有数据需要发送时，寻址管理将数据通过每个节点网口发送出去，其他节点的寻址管理就会收到此数据。多节点间交换设备组网（无环路）如图1所示。

如图1所示，A节点分别与B节点、C节点和D节点互联，当A节点发送组播数据，B节点、C节点和D节点的SLF都会收到。如果是在D节点发送数据，B节点和C节点收不到。在此连接关系中，节点间无环路出现，这时在IP层转发组播数据是没有问题的。但是在如图2所示的网络中，节点间有环路出现的情况下，在IP层转发组播数据会引起网络风暴，即数据由A发给B，B转发给C，C再转发给A，形成恶性循环。为了解决这个问题，可在节点间交互协议中增加相应控制信息进行控制。

图1 多节点交换设备组网（无环路）

图2 多节点交换设备组网（有环路）

1.2 单播组播混合转发

在多数情况下，网络管控系统服务使用组播技术可以完成无预设网络信息情况下的节点间组网，但是由于组播数据在网络中传输需要相应的网络设备支持IGMP协议，且可能IGMP协议因出现较晚在早期网络中不支持、网络中路由器未配置组播组，无法转发或者其他专用网络中某些安全因素，组播数据无法传递。

这时就需要将组播数据转换为单播数据后在不支持组播协议的链路上传递，等到达对端后，由对端再将单播数据转换成组播数据后在网络中转发。多节点间交换设备组网（含不支持组播链路）如图3所示。

图3 多节点间交换设备组网（含不支持组播链路）

由D节点发送组播数据，A在收到此组播数据后进行转发。由于C节点与E节点间链路无法传递组播消息，当C节点收到组播消息后进行处理，当需要C节点进行数据转发时，发现节点C与E间链路无法支持组播数据转发，这时C节点调用单播接口将要转发的组播数据通过C与E间的单播链路发送，完成组播到单播的转换。

节点E在其单播接口收到数据后，同样按照上述的流程进行处理，当需要E转发此数据时，节点E发现与节点F和节点G之间的接口链路均支持组播数据传递，这时节点E将收到的单播数据通过调用组播接口进行转发，完成单播到组播的转换。

最终，节点D发送的组播数据，通过单播与组播的混合转发后，在存在不支持组播数据传递的链路情况下，由节点D发送到了节点F和节点G。

2 活跃用户数据同步

网络管控系统服务完成用户注册管理和会话管理功能，用于用户签约数据的定位，找到某个用户的签约数据存储在哪个地址管理服务器中，通过修改和增加相应信令过程，确保注册或注销的用户可以在多节点间冗余备份数据、确保成功建立会话的相关用户可以在多节点间冗余备份数据，确保节点间冗余数据一致性。

当网络中某一节点被毁或者与此节点连接的物理链路被毁，此节点下的活跃用户可以漫游到其他节点下接受服务。

在经过上面两个信令过程之后，网络中多个节点都会保存已经注册和成功建立会话的用户数据，当此用户的归属节点不能正常工作时，用户接入节点直接根据本地用户冗余数据提供服务，完成接入地服务功能。

3 结束语

传统卫星网络一般以专网实施业务组织和网络构建，与地面网络基站式通信极其相同，从而无法克服网络基站式节点损坏或者用户快速移动后更换基站式节点的问题。提出的基于动态节点信息转发和活跃用户数据同步的全网移动性管理快速定位技术，在专网分布式部署统一管控的基础上构建了统一的逻辑架构；通过归属节点位置信息的快速转发，实现各归属节点用户信息的快速更新，从而实现移动用户全网的快速寻址；通过关键数据在基站之间的定时同步，实现归属节点间重要数据的备份和业务通信数据的定时触发更新，保证用户寻址信息的有效拓扑。由以上各项功能，可以解决移动用户快速定位的痛点难点，从而使卫星用户快速进行业务接入，实现有效通信。

该技术还需要考虑各归属基站之间地面网络的联通性，通过地面光纤或者专用网络的建设，满足信息转发的物理途径。对于分布式部署的用户信息，建立数据中心，实现可靠存储和信息快速分发，还得考虑数据库的软件架构和硬件部署，这些已经步入工程化实施和验证阶段。