[發(fā)明專利]一種基于SDN空天地控制器部署架構(gòu)及控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010079122.X
• 申請(qǐng)日: 2020-02-03
• 公開（公告）號(hào): CN111342993B
• 公開（公告）日: 2021-08-13
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 曲樺;趙季紅;徐曉蕓;岳鵬程;羅媛媛
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安交通大學(xué)
• 主分類號(hào): H04L12/24
• 分類號(hào): H04L12/24;H04L12/727;H04L12/733;H04L12/803
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

本發(fā)明公開了一種基于SDN空天地控制器部署架構(gòu)及控制方法，控制器架構(gòu)包含空基網(wǎng)、天基網(wǎng)和地基網(wǎng)三個(gè)網(wǎng)段，所述天基網(wǎng)在無人機(jī)上實(shí)現(xiàn)控制器動(dòng)態(tài)部署；在每個(gè)網(wǎng)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(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由下至上包括基礎(chǔ)設(shè)施層、網(wǎng)絡(luò)控制層和應(yīng)用層；所述網(wǎng)絡(luò)控制層，用于負(fù)責(zé)全局拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，鏈路狀態(tài)和流量狀態(tài)信息的搜集和維護(hù)，控制消息的下發(fā)，引入SDN架構(gòu)，解耦數(shù)據(jù)平面和控制平面，提供統(tǒng)一的編程接口，對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)統(tǒng)一的配置和管理。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)最小化交換機(jī)和控制器之間的傳播時(shí)延和提高控制器的負(fù)載均衡度的多優(yōu)化目標(biāo)。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及空天地一體化網(wǎng)絡(luò)和控制器部署策略，特別涉及一種基于SDN空天地控制器部署架構(gòu)及控制方法。

背景技術(shù)

1、空天地一體化網(wǎng)絡(luò)

隨著科學(xué)技術(shù)與時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)于通信的需求越來越高，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模全球通信以成為人們的研究目標(biāo)。傳統(tǒng)的地面無線通信在用戶數(shù)量和要支持的服務(wù)方面正面臨著爆炸式增長(zhǎng)，預(yù)期未來網(wǎng)絡(luò)將提供比當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)更多的資源，以應(yīng)對(duì)各種服務(wù)不斷增加的流量需求。空天地一體化網(wǎng)絡(luò)(Space-Air-GroundIntegratedNetwork，SAGIN)通過對(duì)天基網(wǎng)，空基網(wǎng)和地基網(wǎng)的融合，形成了一個(gè)大規(guī)模異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)資源和信息的匯集與處理。SAGIN存在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍廣，多種協(xié)議并存，節(jié)點(diǎn)高動(dòng)態(tài)變化，拓?fù)洚愖儯咄掏铝康忍攸c(diǎn)，面向全球提供無縫無線接入服務(wù)。

2、SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SoftwareDefinedNetworking，SDN)是一種新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)由于其簡(jiǎn)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，增加網(wǎng)絡(luò)操作的靈活性，受到了學(xué)術(shù)界的廣泛關(guān)注。其特征包括高度解耦的控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面，并且通過搭建在集中控制器之上的軟件操作平臺(tái)來實(shí)現(xiàn)可視化和可編程化，實(shí)現(xiàn)集中控制功能。

3、K-means算法

k-means算法的工作過程說明如下：首先從n個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象任意選擇k個(gè)對(duì)象作為初始聚類中心；而對(duì)于所剩下其它對(duì)象，則根據(jù)它們與這些聚類中心的相似度(距離)，分別將它們分配給與其最相似的(聚類中心所代表的)聚類；然后再計(jì)算每個(gè)所獲新聚類的聚類中心(該聚類中所有對(duì)象的均值)；不斷重復(fù)這一過程直到標(biāo)準(zhǔn)測(cè)度函數(shù)開始收斂為止。一般都采用均方差作為標(biāo)準(zhǔn)測(cè)度函數(shù)。k個(gè)聚類具有以下特點(diǎn)：各聚類本身盡可能的緊湊，而各聚類之間盡可能的分開。

基本步驟：

(1)從n個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)象任意選擇k個(gè)對(duì)象作為初始聚類中心；

(2)根據(jù)每個(gè)聚類對(duì)象的均值(中心對(duì)象)，計(jì)算每個(gè)對(duì)象與這些中心對(duì)象的距離；并根據(jù)最小距離重新對(duì)相應(yīng)對(duì)象進(jìn)行劃分；

(3)重新計(jì)算每個(gè)(有變化)聚類的均值(中心對(duì)象)；

(4)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)測(cè)度函數(shù)，當(dāng)滿足一定條件，如函數(shù)收斂時(shí)，則算法終止；如果條件不滿足則回到步驟(2)。

現(xiàn)有的控制器部署問題的解決一般都只集中在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，空中網(wǎng)絡(luò)，和地面網(wǎng)絡(luò)的單個(gè)網(wǎng)段，很少考慮到幾個(gè)網(wǎng)段的集成。隨著科學(xué)技術(shù)與時(shí)代的發(fā)展，人們對(duì)于通信的需求越來越高，傳統(tǒng)的地面無線通信在用戶數(shù)量和要支持的服務(wù)方面正面臨著爆炸式增長(zhǎng)。然而現(xiàn)有技術(shù)中地面網(wǎng)絡(luò)所具有的基站部署不易，部署環(huán)境惡劣，網(wǎng)絡(luò)容量小等弊端，不能適應(yīng)不斷發(fā)展的通信需求和服務(wù)質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于解決空天地一體化網(wǎng)絡(luò)下的控制器動(dòng)態(tài)部署問題，提出一種基于空天地一體化網(wǎng)絡(luò)下的控制器部署架構(gòu)和方法，該架構(gòu)引入空天地一體化網(wǎng)絡(luò)和SDN技術(shù)，解耦數(shù)據(jù)和控制平面，采用一種改進(jìn)的k-means方法，確定控制器的個(gè)數(shù)和位置，實(shí)現(xiàn)最小化交換機(jī)和控制器之間的傳播時(shí)延和提高控制器的負(fù)載均衡度的多優(yōu)化目標(biāo)。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用了以下技術(shù)方案：