[發明專利]一種基于SDN空天地控制器部署架構及控制方法

有效

• 申請號: 202010079122.X
• 申請日: 2020-02-03
• 公開（公告）號: CN111342993B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發明（設計）人: 曲樺;趙季紅;徐曉蕓;岳鵬程;羅媛媛
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: H04L12/24
• 分類號: H04L12/24;H04L12/727;H04L12/733;H04L12/803
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種基于SDN空天地控制器部署架構的控制方法，其特征在于：包含空基網、天基網和地基網三個網段，所述天基網在無人機上實現控制器動態部署；

在每個網段控制器的頂部引入上層SDN控制器；所述上層SDN控制器的SDN網絡架構由下至上包括基礎設施層、網絡控制層和應用層；

所述網絡控制層，用于負責全局拓撲結構，鏈路狀態和流量狀態信息的搜集和維護，控制消息的下發，引入SDN架構，解耦數據平面和控制平面，提供統一的編程接口，對網絡中的節點統一的配置和管理；

控制方法包括以下步驟：

1)建立基于SDN的空天地一體化架構，該架構包含空基、天基、地基三個網段，在該三個網段分別確定控制器的位置和個數，在每個網段的控制器的頂部引入上層次SDN控制器，同時在本地設置一個總控制器協調所有的工作，其數據在衛星上備份；

2)針對天基層，在無人機上實現控制器動態部署；

無人機上控制器的動態部署是指：將無人機的運行周期分為幾個部分，并把它表示為T＝{t1，t2，…，tn}，假設在每個時間間隔內，傳播時延、數據流和域成員保持不變，在設定的時間間隔內調用控制器重新部署算法，以確定控制器的個數與位置；

控制器部署方法是指：

采用改進的k-means算法和帶內模式進行相應的分析，控制器和交換機部署在同一節點上，以此認為同一節點的控制器和交換機之間的時延為0；采用扁平式的部署方案來部署SDN控制器，即所有的控制器之間是對等的，控制器之間需要進行通信來獲取全網的網絡信息；使用最短路徑計算交換機與控制器之間的鏈路距離，達到最小化交換機與控制器傳播時延的目標；

改進k-means算法中包括以下步驟：

1.1)確定K值；

1.2)利用Dijskra算法得到的交換機之間的最短距離；

1.3)輸入K值，最短距離矩陣，鏈路集合；

1.4)初始化中心；

1.5)分配節點到離該節點最近的簇中，若該簇中的節點數大于Φ負載均衡閾值，則分配該節點到第二近的簇中，利用更新中心節點，使得從簇中所有點到新質心的最短路徑距離之和最小化；

1.6)重復1.5)直到簇中心不再發生變化；

1.7)找到離中心節點距離最遠的節點作為新的中心節點，執行1.5)，1.6)；

1.8)重復1.7)，直到有K個簇為止；

1.9)在這K個中心處的交換機上部署控制器。

2.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于：

SDN網絡架構的建立包括以下步驟：

1)將交換機劃分為不同的域，為每一個域分配一個控制器，一臺交換機在任何時候都只能由一個控制器控制，不同域中交換機的數量不同，如果該控制器出現故障，該域中的交換機將被重新分配給其他控制器；

2)形成全局視圖：

在每個域中，交換機以固定時間間隔或鏈路狀態改變時，向其控制器發送問候信息；

控制器用收到的問候消息建立本地網絡視圖；

每個控制器根據特定策略與其他控制器交換其本地網絡視圖，每個控制器建立全局網絡視圖；

3)數據轉發：

每當流到達交換機時，交換機將檢查其流表；

如果存在其匹配的流表，流中的數據包會相應的被轉發；

如果不存在匹配的流表，交換機向其控制器發送流設置請求；

控制器使用全局網絡視圖計算轉發路徑，并在其域內的交換機中安裝流表。

3.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述網絡控制層中設置一本地控制器協調管理各層的上層控制器。

4.根據權利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述空基網的衛星上設置一個統一的控制器，用于數據備份。