基于Spine-Leaf架构的网云融合通信网络构建方法、系统及通信方法与流程

本发明涉及通信与网云融合，更具体的说是涉及一种基于spine-leaf架构的网云融合通信网络构建方法、通信系统及方法。

背景技术：

1、随着当前云化技术迅猛发展，现有通信网络构建也逐步向着网云融合模式演进，应急通信网络作为突发事件处置、抢险救援指挥的关键基础设施，面向地震、洪涝、地质灾害、城市重大安全事件等极端场景，需在通信基础设施受损、传输链路不稳定、部署环境复杂约束下，保障指挥指令、现场音视频、态势感知数据等信息的可靠交互与高效协同。

2、当前应急通信网络普遍呈现空天地一体化、多链路异构并存、边缘分布式部署的技术特征，各类应急终端、车载/便携基站、边缘云节点、指挥中心通过卫星、微波、自组网、5g、有线光纤等多物理传输通道混合组网，形成网络异构、拓扑动态变化、业务传输不对称的复杂通信环境。

3、现有应急通信网络在卫星通信、5g、自组网等异构化环境中实现跨地域、跨制式的信息交互，主要存在三大技术痛点：

4、（1）端到端信息交互确定性不足：现有应急通信网络跨网传输需要多次解封装、协议转换，引入了大量的转发时延、抖动和丢包风险，无法保障应急指挥业务的端到端确定性传输，难以满足应急指挥低时延需求；

5、（2）边缘云间协同能力弱：网络资源与边缘云资源相互独立，网络无法感知边缘云的算力协同、数据同步、业务调度需求，边缘云也无法适配网络链路的动态变化，导致跨区域边缘云之间的通信无专用确定性通道，转发效率低、协同能力弱，无法满足应急场景下边缘云分布式算力调度、实时数据共享的需求；

6、（3）跨网转发效率低，极端场景可靠性不足：现有技术中跨异构物理通道的报文传输，必需在中间节点进行解封装和协议转换，无法实现全程透传，不仅增加了设备处理开销，还提升了报文传输的故障风险，在极端应急场景下，极易出现传输中断、指挥信息丢失的问题。

7、另外，当前主流解决方案，如sd-wan网络切片、mesh自组网协议，未将边缘云协同与专用通信通道进行一体化设计，尽管数据中心网络dcn中的spine-leaf架构具备高吞吐、低延迟特性，但尚未将其扁平化、无阻塞、低跳数的架构优势结合应用于应急通信场景，难以解决复杂异构环境下的协同问题，难以满足极端环境下高可靠、低时延、高确定性的应急通信保障需求。

8、因此，如何构建融合云原生调度与专用通信通道的应急通信网络以克服现有通信网络异构适配复杂、信息交互确定性差、边缘云协同难、跨通道封装解封装开销大等问题，是本领域技术人员亟需解决的问题。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本发明提出了一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的基于spine-leaf架构的网云融合通信网络构建方法、系统及通信方法，通过融合spine-leaf架构的扁平化优势、dcn的专用通道设计思路以及多通道冗余传输策略，实现边缘云间专用通道化、标签统一化、转发透传化、调度集中化。

2、为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种基于spine-leaf架构的网云融合通信网络构建方法，包括：

4、s1.构建包括spine层和leaf层的双层扁平化网云融合spine-leaf网络架构；

5、s2.部署集中控制器，构建多体制协议与物理传输通道的统一映射管理体系；

6、s3.设计全局统一标签编排机制以预编排全局统一标签帧，并构建标签与传输路径以及业务qos需求的映射关系；

7、s4.通过以太网多vlan、多物理通道冗余与频分/时分多通道手段，构建协议级与物理级通道结合的端到端专用传输通道，

8、s5.基于多通道冗余传输策略，实现业务数据的跨网多通道不解封装透传转发；

9、s6.动态构建与调整端到端确定性传输路径，同时结合边缘云算力状态，实现网云融合的边缘云间协同调度与传输路径优化。

10、优选的，spine层部署多台骨干转发spine节点，leaf层部署网络接入与边缘转发的leaf节点，所有leaf节点与spine节点互联，leaf节点之间不直接互联，所有流量通过spine层完成转发。

11、优选的，集中控制器采用主备容灾部署模式，具备全局网络拓扑感知、多体制物理通道资源管理、统一标签编排、端到端通道构建、流量调度与qos保障以及网云协同调度功能。

12、优选的，步骤s3设计的全局统一标签编排机制采用的全局标签帧包括：通道适配前导码、全局转发标签、业务qos标识、生存时间ttl、内层协议标识、校验和、内层业务数据包和帧尾校验。

13、优选的，步骤s4的具体内容包括：

14、针对不同业务，从全局信息中提取业务需求并匹配对应的源leaf节点和目标leaf节点；

15、基于包括spine层和leaf层的双层扁平化网云融合spine-leaf网络架构，按照leaf节点-spine节点组-leaf节点的转发模型，为业务规划端到端传输路径，并针对每条路径，配置独立链路资源，链路资源包括协议级信道和纯物理信道资源，构建边缘云间的专用确定性通信通道策略；

16、针对端到端的应急业务，采用spine-leaf转发模型，完成端到端路径规划与资源预留，实现全场景应急业务的统一路径管控及端到端传输服务。

17、优选的，步骤s5多通道冗余传输策略为：

18、基于协议级转发的节点基于全局标签直接执行转发动作，无需对业务报文进行解封装、协议转换、重新寻址；基于物理端口转发的节点，直接进行数据端口映射转发，实现多链路间无缝透传。

19、优选的，跨网多通道不解封装透传转发的具体内容为：

20、s51.源leaf节点收到本地边缘云或终端发送的业务数据包后，向集中控制器申请传输路径与全局转发标签；

21、s52.集中控制器为业务流分配全局唯一的转发标签，计算端到端最优传输路径，生成标签转发表并下发至路径上的所有转发节点；

22、s53.源leaf节点为业务数据包封装全局标签帧，通过对应的独立传输通道发送至spine节点；

23、s54.spine节点仅识别标签帧的外层全局转发标签，查找标签转发表，仅修改适配不同物理通道的前导码与帧尾校验字段，直接将标签帧转发至对应的目标leaf节点；

24、s55.目标leaf节点收到标签帧后，剥离外层全局标签，将内层业务数据包发送至对应的目标终端或边缘云模块，完成端到端传输。

25、优选的，步骤s6的具体内容为：

26、实时采集spine节点、leaf节点的转发状态，物理通道的链路质量变化，边缘云的业务负载变化，以及业务传输的qos指标；当检测到主用物理通道链路质量下降、中断，或业务流量超出预留带宽阈值时，集中控制器立即触发路径切换，将业务流量无缝切换至预编排的备用物理通道，同步更新对应节点的标签转发表，实现传输通道的无损切换，保障应急通信业务的连续性；当应急现场新增leaf节点、物理通道时，集中控制器自动更新全局拓扑，为新增节点规划转发路径、编排标签，实现网络的快速弹性扩展。

27、一种基于spine-leaf架构的网云融合通信网络系统，基于所述的一种基于spine-leaf架构的网云融合通信网络构建方法，包括spine层、leaf层、集中控制器和多通道冗余传输策略；

28、spine层包括多台spine转发节点，leaf层包括多台网络接入与边缘转发的leaf节点；

29、集中制器，用于构建多体制协议与物理传输通道的统一映射管理体系；基于全局统一标签编排机制以预编排全局统一标签帧，构建标签与传输路径以及业务qos需求的映射关系；通过以太网多vlan、多物理通道冗余与频分/时分多通道手段，构建协议级与物理级通道结合的端到端专用传输通道；基于多通道冗余传输策略，实现业务数据的跨网多通道不解封装透传转发；动态构建与调整端到端确定性传输路径，同时结合边缘云算力状态，实现网云融合的边缘云间协同调度与传输路径优化。

30、一种基于spine-leaf架构的网云融合通信方法，使用所述的一种基于spine-leaf架构的网云融合通信网络系统实现网云融合通信。

31、经由上述的技术方案可知，与现有技术相比，本发明公开提供了一种基于spine-leaf架构的网云融合通信网络构建方法、系统及通信方法，具有以下有益效果：

32、基于spine-leaf架构的协议级与物理级通道结合的专用通道构建，结合集中控制器动态调度，数据传输时延波动小、丢包率降低，有效保障了信息交互的稳定性与确定性；

33、通过为边缘云间设置专用通信通道，通道信息传输无需解封装直接透传，转发时延降低，边缘云间数据同步时间极大缩短，能够有效满足实时调度、协同决策等业务需求，大幅提升边缘云协同效率；

34、支持网络传输通道的冗余备份，在地形阻隔、电磁干扰场景下仍能稳定工作，spine-leaf架构支持节点横向扩展，可适配从乡镇级小规模救援到省级大规模灾害处置等不同规模的应急场景。