[发明专利]一种软件定义空间信息网络多控制器动态部署方法

说明书

本发明公开了一种软件定义空间信息网络多控制器动态部署方法，在交换节点流量激增的情况下，可以由控制器间的协同合作，通过迁移过载的交换机节点到相邻未过载的区域，实现交换机的动态迁移，以降低控制器的处理压力，使多控制器负载均衡。针对控制器过载时交换机的迁移问题提出了基于交换机的流r、交互时延t、控制器容量f的多目标优化方法，根据上述三个参数选出合适的迁移交换机，根据目标控制器可支撑的剩余负载量，选出目的控制器；针对欠载的控制器，考虑其他控制器的负载能够承受欠载的控制器中所有交换机迁移的要求，对目标进行迁移，随后关闭欠载的控制器。本发明降低了网络响应时延、提高了网络的吞吐量，保证了控制器间的负载均衡。

技术领域

本发明涉及空间信息网络，特别是一种软件定义空间信息网络(SoftwareDefined Spatial Information Network，简称SDSIN)。

背景技术

为满足新时期民用和军事发展战略的需求，加快航空航天科技在远洋航行、应急救援、导航定位、航空运输、航天测控等方面的发展步伐，作为未来卫星网络的发展趋势，空间信息网络已成为目前国际上研究的热点问题。空间信息网络是由不同高度的地球卫星、空间站、无人/有人飞船、飞艇、飞机等节点构成，通过星地、星间链路将各类航天器和地面通信网等异构网络实现互联互通，面向光学、红外多谱段的探测信息，按照信息资源的最大有效综合利用原则构成的天地协同的信息网络。当前空间信息网络中的卫星通常使用星上处理和交换技术，令卫星实现许多地面功能，如地面节点的接入控制、星上的路由交换等。这样能够减少许多用户和卫星之间的信令传输，降低时延，但是同时会增加卫星节点的复杂性，对卫星节点的性能要求较高，因此卫星网络造价高、消耗大、寿命短；空间信息网络为了支撑多种空间业务，将空间无线通信网络与对面传统网络进行融合，不同的网络体制、管理、传输技术都存在差异，并且使用不同的通信协议，增加了网络的异构性，使得信息融合较难。SDN技术的出现，为研究空间信息网络提供了一个新的思路。

软件定义网络(Software Defined Network，SDN)是一种新型的网络架构，它将网络的控制平面和数据平面分离开，简化了网络设备的结构，通过控制平面对网络进行统一集中化的控制，能够从整体上获得网络资源的全局信息，数据平面只需要负责数据转发功能。SDN能够通过可编程接口对网络进行灵活的配置和修改，并通过统一、开放的应用程序编程接口(Application Programming Interface，API)，将网络设备和资源进行抽象、虚拟化表达，从而屏蔽底层硬件差异，在逻辑上根据网络节点的动态变化与业务需求对资源进行实时的按需调配。控制器的网络控制技术包括拓扑管理、链路发现、表项下发和策略制定等。其中，SDN控制器拥有全网视图，控制器的布局会极大地影响其对网络事件处理的性能，所以SDN控制器如何部署是亟待解决的问题。

目前，已有研究人员提出了控制器部署问题，也称CPP问题，即给定一个SDN网络拓扑，控制器应该部署在哪个具体位置以满足预定义的优化目标；之后为了提高SDN网络的可靠性，也有研究人员提出了一种基于可靠性的多控制器部署方案，解决了可靠性问题，但是时延较大；为解决时延问题，有研究提出一种时延优化的部署方案，但是没能考虑控制器容量问题；之后针对时延容忍环境下，充分考虑控制器容量又对控制器进行合理的部署，但是上述种种部署方案都是静态的，即拓扑已知，流量不会突变的环境下进行的研究，其控制器和交换机的映射关系是静态的，而空间信息网络中卫星拓扑是高动态变化的，流量也会因为突发业务而剧烈变化，这就导致传统的多控制器静态部署方法无法适应空间信息网络的高动态变化，最终导致多控制器负载失衡，乃至网络崩溃。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能适应卫星高动态的拓扑变化和突变的流量变化的软件定义空间信息网络多控制器动态部署方法MDD-SDSIN(Multi-controller dynamic deployment of Software Defined Spatial InformationNetwork)，以降低网络响应时延、提高网络的吞吐量，提升网络的整体性能，保证控制器间的负载均衡。