[发明专利]一种基于SDN的天地一体化自适应动态QoS路由方法

说明书

本发明公开了一种基于SDN的天地一体化自适应动态QoS路由方法，包括以下步骤：建立基于SDN的分层分簇网络模型；建立网络资源映射；建立多约束QOS自适应路由算法SDN‑AD。本发明可以通过减少控制包的长距离传输和最短距离分簇有效地减少控制开销，提高传输效率。本发明将多约束QoS问题公式化为以最小传输成本为目标的优化问题，可以有效的计算不同类别的链路的传输成本，屏蔽不同层级的卫星和地面网络之间的差异。本发明可以更好地适应网络变化，从而提供满足不同服务质量需求的服务。本发明解决了优化问题，实现了自适应路由。本发明在控制开销、网络服务质量和算法收敛速度上具有更好的性能。

技术领域

本发明涉及天地一体化网络，特别是一种基于分布式SDN的天地一体化自适应动态路由方法(简称SDN-AD，Adaptive Dynamic Routing Strategy for Distributed SDN)。

背景技术

天地一体化网络(SGIN，The Space-Ground Integrated Network)将卫星与地面网络融合，具有覆盖面广、按需接入、通信不受地理条件制约等特点，能够支撑多样化的通信需求，是未来网络发展的新趋势。随着天地一体化网络的快速发展，网络内各类通信业务需求也发生了巨大改变，在带宽、时延、丢包率等方面都提出了明确的质量保障要求。为满足业务要求，需提供覆盖确定、连接确定、服务质量自适应的质量可保障的网络。

卫星网络作为天地一体化网络中的关键部分，其组网灵活的特点使其可以有效的整合空间信息资源，承载大量确定性业务。但由于卫星网络高速运动的特性，导致其存在网络时空尺度大和空间资源受限的问题。为对网络资源进行合理规划，满足业务质量保障需求，根据数控分离思想，研究者将软件定义网络(SDN，Software-Defined Network)引入天地一体化网络。实现了在逻辑上集中的松耦合控制平面和物理上分布的数据平面，其集中管理模式为考虑多种链路状态的路由算法的实现提供了可能。但由于其产生的大量控制信令占用了本就紧缺的星间网络资源，难以适应天地一体化智能网络环境。

因此，需针对SDN架构的特点，设计更加合理的配置模型，以更好的实现服务质量(QoS，Quality of Services)路由。现有的SDN架构大多仅将控制器部署在地球同步轨道卫星(GEO，Geostationary Earth Orbit)或地面，无论将控制器放置在GEO卫星还是地面，与被控节点的距离都较远，控制器发出的信令要进行长距离传输，会产生较高的开销代价。为解决SDN架构应用于天地一体化网络控制信令开销大的问题。综合天地卫星通信SDN架构(SERvICE，Software Defined Framework for Integrated Space-TerrestrialSatellite Communication)将控制器分别部署在GEO卫星、地面卫星网关和地面数据中心，有效提升了网络服务的敏捷性，分散了计算负担，但未能有效降低控制信令开销。

为满足天地一体化网络大时空尺度条件下的服务质量保障问题，学者们进行了大量考虑链路状态特征的路由策略研究，软件定义路由算法(SDRA，ASoftware DefinedRouting Algorithm)对分布式路由算法(DRA，distributed routing algorithm)进行改进，通过星间链路时延权重实现了拥塞控制，有效保障了低轨卫星间的传输质量。服务质量支持的路由策略，实现了多条流量最大化路径和可接受的传输延迟。但它们都只考虑了单一的服务质量要求，影响了网络的整体利用率。

因此，提出了多目标决策的近地轨道卫星(LEO，Low Earth Orbit)，网络路由算法，可以计算满足QoS需求的路径。一种基于队列调度的虚拟拓扑延迟容忍网络(DTN，Delay-Tolerant Network)路由算法，可以根据不同数据类型进行队列调度，实现了弹性负载均衡路由。基于有向无环图的多约束路由优化算法，引入自适应链路综合代价函数，但都没有对约束条件的阈值给出计算。