[發明專利]一種基于分布式SDN的衛星網絡及其構建方法

有效

• 申請號: 201710458229.3
• 申請日: 2017-06-16
• 公開（公告）號: CN107294592B
• 公開（公告）日: 2020-09-22
• 發明（設計）人: 楊力;孔志翔;潘成勝;余莉;石懷峰
• 申請（專利權）人: 大連大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04L12/24
• 代理公司: 大連智高專利事務所(特殊普通合伙) 21235
• 代理人: 畢進

本發明公開了一種基于分布式SDN的衛星網絡及其構建方法，所述的衛星網絡采用GEO/MEO/LEO三層衛星網絡模型。本發明針對GEO/MEO/LEO三層衛星網絡提出了分布式軟件定義的衛星網絡DSDSN網絡，并基于控制器集群化技術，對于同層衛星群提出了一種控制器系統配置策略，該策略基于蟻群和聚類的算法思想通過選舉合適的控制節點，合理配置控制器的位置及數量，根據形成的控制器集群部署各通信節點，從而降低了通信節點到鄰近控制器節點的總時延。本發明的集中式管理擁有整個網絡中所有節點的全局視圖，可把握衛星節點的狀態，提高網絡的抗毀性。本發明通過優化鏈路連接時長、總時延及衛星資源三個參數，降低了路由開銷。

技術領域

本發明涉及衛星網絡，特別是一種分布式軟件定義衛星網絡(DistributedSoftware Defined Satellite Network，簡稱DSDSN)。

背景技術

傳統的衛星網絡通常采用彎管式透明轉發的通信方式，將所有的數據包從發送終端轉發給一個中間站，然后再從中間站經中繼衛星傳送到接收端。這種方式簡化了衛星通信中有效載荷的結構，但同時也會導致時延的增大。近年來，一些新技術的出現極大促進了衛星網絡的發展，如星上處理(On-board Processing，OBP)、星間鏈路(Inter-satelliteLink，ISL)等，這些技術較好地解決了衛星網絡通信時延長，地面通信終端負載過大、功率過小等問題。但傳統衛星網絡對衛星的星上處理和交換技術要求較高，導致衛星網絡造價高、消耗大，增加了衛星節點的復雜性。同時衛星網絡具有拓撲時變性和星上資源受限等特點，從而帶來了衛星網絡的高時延和低抗毀性的問題。

軟件定義網絡(Software Defined Networking，簡稱SDN)的核心思想是將網絡的控制平面與數據轉發平面進行分離，從而簡化了網絡設備的結構，交換機只需要實施簡單的轉發和硬件配置功能。原來各個網元設備中的操作系統，被抽象為獨立、集中的網絡操作系統(NOS)，NOS負責對全網不同業務特性進行適配，從而對采用不同網絡架構、設備型號、網絡協議的網絡進行集中、可編程配置管理，實現網絡的融合部署，降低網絡維護開銷，提高網絡性能和終端用戶的服務質量。通過集中化的管理，不僅能夠降低路由開銷，同時有利于全局的統一管理，進而實現業務部署的快速響應，進而降低通信時延。

目前，有研究人員提出了一種基于單一SDN控制器的衛星網絡，在該網絡中將控制器放置在地面，整個路由的計算和配置生成由地面站(GS)和網絡運營控制中心(NOCC)執行，這種網絡只在地面部署了一個控制器會導致無法忍受的長時延問題，且一旦該控制器故障整個網絡則崩潰，抗毀性不好。也有研究人員提出了一個空天地一體化的多層衛星通信系統，但該系統沒有對控制器系統進行研究，依然解決不了時延過大的問題。

發明內容

為解決現有技術存在的上述問題，本發明要設計一種能簡化衛星節點設計、降低造價，并增加抗毀性的基于分布式SDN的衛星網絡，以降低通信節點到鄰近控制器節點的總時延并降低路由開銷。

為了實現上述目的，本發明的技術方案如下：一種基于分布式SDN的衛星網絡，采用GEO/MEO/LEO三層衛星網絡模型，其星座軌道參數如下：

GEO層的軌道參數為：軌道高度35786km，軌道平面數目1個，軌道內衛星數3個，軌道傾角0°，角速度0.25°/min，最小仰角8°；

MEO層的軌道參數為：軌道高度10390km，軌道平面數目2個，軌道內衛星數5個，軌道傾角45°，角速度1.0°/min，最小仰角10°；

LEO層的軌道參數為：軌道高度896km，軌道平面數目8個，軌道內衛星數6個，軌道傾角90°，角速度3.6°/min，最小仰角8°；

進一步地，所述的GEO層為3顆同步軌道衛星；MEO層采用ICO星座；LEO層采用Iridum星座。

進一步地，所述的GEO層、MEO層及LEO層都提供全球覆蓋。