面向航空信息网络的控制器可靠性部署方法
发布时间：2021-02-28 06:33
结合软件定义航空信息网络架构中的控制平面可扩展性,提出一种多控制器部署方案。该方案包括集群域划分和域内控制器部署两个阶段。在集群域划分阶段,针对k-means算法初始聚心不稳定的缺点设计基于离散因子的改进k-means算法,将航空信息网络划分为多个航空集群域。在域内部署阶段,以网络控制路径故障率最小为目标,采用离散粒子群优化算法对控制器进行部署,以此实现对网络的有效管控。仿真结果表明,该方案在对航空信息网络合理划分的同时能够保证各控制器间的负载均衡,其中离散粒子群优化算法能够有效降低控制路径的故障率,解决动态及大规模网络下的多控制器部署问题。
【文章来源】：计算机工程. 2020,46(06)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
控制器间时延
航空信息网络位于天基网络和地面网络之间,如图1所示,其对上可与天基平台建立信息链路,实现天基信息及时注入航空信息网络,为航空平台提供信息支持,对下可与地面信息系统建立信息链路以保证地面指控信息的输入,实现综合信息处理分发、空中指挥控制和协同传输。目前航空信息网络正朝着网络异构化、业务多样化、功能复杂化的方向发展,加之网络节点的移动性、链路的不稳定性,其对当前的网络性能提出更高的要求。现有的无线信息网络虽然在传输可靠性、端到端时延、传输速率等网络传输性能指标上能够支撑现有的航空网络进行一定程度的作战协同,但其本质上并非契合未来航空集群作战的应用背景,网络仅能满足有限任务背景下模式固定的信息交互需求,与作战任务缺乏灵活的耦合关系,而构建一个基于SDN的航空信息网络将更符合未来作战对网络各方面性能的要求。软件定义航空信息网络[3,11]利用SDN逻辑集中控制的网络管控策略,能够实时掌握航空信息网络全局视图,实现对航空信息网络中业务流量的优化调度,满足网络中多用户需求,改善整体性能。控制器部署作为构建控制平面的前提,对提升网络性能具有重要意义,而控制平面中单控制器通常存在单点失效、处理能力受限等问题,因此,多控制器部署架构已经成为目前有效的解决方案。多控制器部署架构包括平面式架构[12]、垂直式架构[13]和混合式架构[14]。由于高空节点的移动性和链路的不可靠性易造成网络通信中断,在瞬息万变的战场中控制器节点也存在一定的故障风险,因此地面网络中的平面式多控制器架构将不再适用。考虑到上述因素,航空信息网络应采用混合式的控制器架构对网络进行集中管控,本文借鉴文献[15]所构建的混合式控制器架构模型,结合具体的应用场景设计一种航空信息网络下的混合式多控制器架构,如图2所示。
软件定义航空信息网络[3,11]利用SDN逻辑集中控制的网络管控策略,能够实时掌握航空信息网络全局视图,实现对航空信息网络中业务流量的优化调度,满足网络中多用户需求,改善整体性能。控制器部署作为构建控制平面的前提,对提升网络性能具有重要意义,而控制平面中单控制器通常存在单点失效、处理能力受限等问题,因此,多控制器部署架构已经成为目前有效的解决方案。多控制器部署架构包括平面式架构[12]、垂直式架构[13]和混合式架构[14]。由于高空节点的移动性和链路的不可靠性易造成网络通信中断,在瞬息万变的战场中控制器节点也存在一定的故障风险,因此地面网络中的平面式多控制器架构将不再适用。考虑到上述因素,航空信息网络应采用混合式的控制器架构对网络进行集中管控,本文借鉴文献[15]所构建的混合式控制器架构模型,结合具体的应用场景设计一种航空信息网络下的混合式多控制器架构,如图2所示。混合式多控制器架构中的控制平面由全局控制器(Global Controller,GC)和本地控制器(Local Controller,LC)组成,其中:GC可从全域战场视角对航空信息网络实施集中管控,应部署在信息综合处理能力和生存能力较强的飞机节点上,如指通机、预警机等,其控制优先级最高;LC负责管控其自身控制区域内的网络节点,考虑到航空信息网络的实际需求及特点,可在每个航空平台上布置LC,实际中网络根据自身状态及GC的部署策略开启或关闭相应的LC,实现对其动态部署。
【参考文献】：
期刊论文
[1]优化初始聚类中心的改进K-means算法[J]. 唐东凯,王红梅,胡明,刘钢. 小型微型计算机系统. 2018(08)
[2]一种基于IBPSO的SDN控制器放置优化方案[J]. 王潇,杨金民. 计算机应用研究. 2019(10)
[3]一种面向航空集群的集中控制式网络部署方法[J]. 吕娜,刘创,陈柯帆,曹芳波. 航空学报. 2018(07)
[4]高可靠性软件定义航空光信息网络的控制器分布优化策略[J]. 赵静,赵尚弘,赵卫虎,李勇军. 系统工程与电子技术. 2018(04)
[5]软件定义空间信息网络多控制器动态部署策略[J]. 杨力,孔志翔,石怀峰. 计算机工程. 2018(10)
[6]软件定义航空集群机载战术网络[J]. 赵尚弘,陈柯帆,吕娜,王翔,赵静. 通信学报. 2017(08)
[7]SDN网络中控制器放置问题综述[J]. 高先明,王宝生,邓文平,陶静. 通信学报. 2017(07)
[8]基于时延的软件定义网络快速响应控制器部署[J]. 姚琳元,陈颖,宋飞,张宏科. 电子与信息学报. 2014(12)
[9]离散二进制粒子群算法分析[J]. 刘建华,杨荣华,孙水华. 南京大学学报(自然科学版). 2011(05)
[10]一种改进的二进制粒子群算法[J]. 徐义春,肖人彬. 模式识别与人工智能. 2007(06)
本文编号：3055468
【文章来源】：计算机工程. 2020,46(06)北大核心
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
控制器间时延
航空信息网络位于天基网络和地面网络之间,如图1所示,其对上可与天基平台建立信息链路,实现天基信息及时注入航空信息网络,为航空平台提供信息支持,对下可与地面信息系统建立信息链路以保证地面指控信息的输入,实现综合信息处理分发、空中指挥控制和协同传输。目前航空信息网络正朝着网络异构化、业务多样化、功能复杂化的方向发展,加之网络节点的移动性、链路的不稳定性,其对当前的网络性能提出更高的要求。现有的无线信息网络虽然在传输可靠性、端到端时延、传输速率等网络传输性能指标上能够支撑现有的航空网络进行一定程度的作战协同,但其本质上并非契合未来航空集群作战的应用背景,网络仅能满足有限任务背景下模式固定的信息交互需求,与作战任务缺乏灵活的耦合关系,而构建一个基于SDN的航空信息网络将更符合未来作战对网络各方面性能的要求。软件定义航空信息网络[3,11]利用SDN逻辑集中控制的网络管控策略,能够实时掌握航空信息网络全局视图,实现对航空信息网络中业务流量的优化调度,满足网络中多用户需求,改善整体性能。控制器部署作为构建控制平面的前提,对提升网络性能具有重要意义,而控制平面中单控制器通常存在单点失效、处理能力受限等问题,因此,多控制器部署架构已经成为目前有效的解决方案。多控制器部署架构包括平面式架构[12]、垂直式架构[13]和混合式架构[14]。由于高空节点的移动性和链路的不可靠性易造成网络通信中断,在瞬息万变的战场中控制器节点也存在一定的故障风险,因此地面网络中的平面式多控制器架构将不再适用。考虑到上述因素,航空信息网络应采用混合式的控制器架构对网络进行集中管控,本文借鉴文献[15]所构建的混合式控制器架构模型,结合具体的应用场景设计一种航空信息网络下的混合式多控制器架构,如图2所示。
软件定义航空信息网络[3,11]利用SDN逻辑集中控制的网络管控策略,能够实时掌握航空信息网络全局视图,实现对航空信息网络中业务流量的优化调度,满足网络中多用户需求,改善整体性能。控制器部署作为构建控制平面的前提,对提升网络性能具有重要意义,而控制平面中单控制器通常存在单点失效、处理能力受限等问题,因此,多控制器部署架构已经成为目前有效的解决方案。多控制器部署架构包括平面式架构[12]、垂直式架构[13]和混合式架构[14]。由于高空节点的移动性和链路的不可靠性易造成网络通信中断,在瞬息万变的战场中控制器节点也存在一定的故障风险,因此地面网络中的平面式多控制器架构将不再适用。考虑到上述因素,航空信息网络应采用混合式的控制器架构对网络进行集中管控,本文借鉴文献[15]所构建的混合式控制器架构模型,结合具体的应用场景设计一种航空信息网络下的混合式多控制器架构,如图2所示。混合式多控制器架构中的控制平面由全局控制器(Global Controller,GC)和本地控制器(Local Controller,LC)组成,其中:GC可从全域战场视角对航空信息网络实施集中管控,应部署在信息综合处理能力和生存能力较强的飞机节点上,如指通机、预警机等,其控制优先级最高;LC负责管控其自身控制区域内的网络节点,考虑到航空信息网络的实际需求及特点,可在每个航空平台上布置LC,实际中网络根据自身状态及GC的部署策略开启或关闭相应的LC,实现对其动态部署。
【参考文献】：
期刊论文
[1]优化初始聚类中心的改进K-means算法[J]. 唐东凯,王红梅,胡明,刘钢. 小型微型计算机系统. 2018(08)
[2]一种基于IBPSO的SDN控制器放置优化方案[J]. 王潇,杨金民. 计算机应用研究. 2019(10)
[3]一种面向航空集群的集中控制式网络部署方法[J]. 吕娜,刘创,陈柯帆,曹芳波. 航空学报. 2018(07)
[4]高可靠性软件定义航空光信息网络的控制器分布优化策略[J]. 赵静,赵尚弘,赵卫虎,李勇军. 系统工程与电子技术. 2018(04)
[5]软件定义空间信息网络多控制器动态部署策略[J]. 杨力,孔志翔,石怀峰. 计算机工程. 2018(10)
[6]软件定义航空集群机载战术网络[J]. 赵尚弘,陈柯帆,吕娜,王翔,赵静. 通信学报. 2017(08)
[7]SDN网络中控制器放置问题综述[J]. 高先明,王宝生,邓文平,陶静. 通信学报. 2017(07)
[8]基于时延的软件定义网络快速响应控制器部署[J]. 姚琳元,陈颖,宋飞,张宏科. 电子与信息学报. 2014(12)
[9]离散二进制粒子群算法分析[J]. 刘建华,杨荣华,孙水华. 南京大学学报(自然科学版). 2011(05)
[10]一种改进的二进制粒子群算法[J]. 徐义春,肖人彬. 模式识别与人工智能. 2007(06)
本文编号：3055468
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