[发明专利]一种基于SDN的卫星网络多控制器动态部署方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于SDN的卫星网络多控制器动态部署方法及系统，包括构建基于SDN的卫星网络架构；获取LEO卫星网络全局负载信息，基于三个门限判定LEO卫星网络的负载状态；若LEO卫星网络处于整体过载状态、局部过载状态或欠载状态，则基于LEO卫星网络的负载状态制定迁移策略；若LEO卫星网络处于正常状态，则输出LEO卫星网络信息；基于迁移策略进行动态迁移；更新LEO卫星网络中LEO卫星交换机节点与LEO卫星控制器节点的映射关系以获得当前LEO卫星网络；基于三个门限判断当前LEO卫星网络的负载状态，若当前LEO卫星网络的负载状态处于正常状态，则输出当前LEO卫星网络相关信息；若处于不正常状态，则重复上述步骤直至当前LEO卫星网络的负载状态处于正常状态。

技术领域

本发明涉及卫星网络技术领域，具体涉及一种基于SDN的卫星网络多控制器动态部署方法及系统。

背景技术

卫星网络具有体系结构庞大、卫星数量多且分布广、网络拓扑灵活多变等特征；软件定义网络(Software Define Network，SDN)是一种灵活的、可编程的、集中控制的新型网络架构，主要由控制平面、数据平面和应用平面构成，SDN基本架构如图1所示，SDN解耦了控制平面和数据平面，能够以全局视角分配网络资源，并制定有效的资源分配策略；控制平面作为SDN架构的核心组成部分，通常由一个或多个控制器组成；数据平面由简单的交换机等硬件转发设备组成，数据平面设备通过南向接口接收来自上层控制平面的决策指令，并根据控制平面下发的流规则进行相应的数据转发与处理；当转发设备接收到数据包时，首先会检查本地流表，寻找对应的流表项，若流表项存在且匹配成功则根据对应的转发路径进行转发，若匹配失败，则封装成Packet-in请求消息发送给控制器，随后控制器间进行通信寻找对应的转发策略，并封装成Packet-out消息返回给交换机，此外，数据平面还会将当前的网络状态、统计信息等数据通过南向接口返回给控制平面。

将SDN技术应用于卫星网络中具有简化卫星节点功能、增强卫星网络的控制能力、降低网络维护与建设成本以及实现网络资源灵活管理的优势，将SDN技术应用于卫星网络中能缓解卫星网络拓扑时变、星间链路变化频繁、卫星资源有限等多个问题，可以更好地满足空间网络的功能需求，控制平面可获取卫星网络全局视图，灵活管控卫星网络，卫星节点可分离控制与转发功能，降低星载设备的复杂性；同时，卫星控制器节点可以实时监测网络节点变化，随时掌握卫星网络负载情况。

目前，基于SDN的卫星网络多控制器部署研究，主要从控制器静态部署和控制器动态部署两个角度来进行分析；卫星网络多控制器静态部署方法不考虑网络流量、拓扑的动态变化，始终认为网络的流量和网络结构与初始时刻保持一致，能够保证在某一状态下的网络性能达到最优，但却无法达到整体性能最优，无法应对空间信息网络的突发性任务引起的流量剧增、控制器容量不足，出现控制器停滞甚至导致整个网络瘫痪的现象，对网络的安全性与可靠性无形中产生了威胁，对整个网络的性能造成了影响；卫星网络多控制器动态部署方法，能够积极应对不同网络用户、服务需求下，卫星数据流量发生的激烈变化时产生的网络流量分布不均，控制器负载不均的现象。

由于当前传统的基于SDN的卫星网络多控制器的动态部署方法在应对卫星网络数据流量剧烈变化时，无法适应当前LEO卫星网络网络拓扑变化，部分LEO卫星控制器节点可能会出现异常状态，如整体过载状态、局部过载状态及欠载状态；当LEO卫星控制器节点整体过载或是局部过载时，LEO卫星控制器节点的性能将遭到冲击，无法正常处理LEO卫星交换机节点的相关数据，导致整个卫星网络的处理性能受到影响；当LEO卫星控制器节点出现欠载情况时，LEO卫星控制器节点的处理能力得不到合理使用，造成卫星资源的浪费。

发明内容