基于时延的LEO卫星网络SDN控制器动态放置方法

发布时间：2020-12-27 05:10

　　针对控制器进行信息同步维护全局网络视图时网络时延大的问题,基于对网络时延的分析提出了一种能够满足动态组网覆盖需求的SDN控制器放置方法。首先,根据卫星与终端的相对速度设计基于冗余覆盖的卫星子网划分机制;然后,对卫星网络分布式控制网络时延的进行研究,建立基于时延的控制器放置模型;最后,将控制器放置问题转化为基于软容量限制的设备放置问题,设计近似算法对模型进行求解。实验结果表明,所提方法能够在满足网络覆盖需求的同时优化网络时延。 

【文章来源】：通信学报. 2020年03期 北大核心

【文章页数】：10 页

【部分图文】：

基于时延的SDN控制器放置方法流程

余度的卫星子网划分方法卫星子网的划分需要满足网络对任务区域的有效覆盖，若仅根据当前卫星对地面的基础覆盖来确定卫星子网，则当终端与卫星子网边缘的卫星相对速度过大时，卫星网络不能满足对终端的覆盖，这会导致覆盖漏洞的问题。针对该问题，本节提出了基于冗余度的卫星子网划分机制，能够满足终端对卫星下一时刻切换的需求。首先，根据任务终端的覆盖需求及卫星对地覆盖范围，确定一个基础的卫星子网S0；然后，计算子网边界卫星节点关联终端的N值，取最大的N值作为该卫星节点的扩展冗余度，图4中以N=1为例进行说明；最后，选取LEO卫星子网S0的边界卫星节点（如图4中节点A和节点B）间隔N1条轨道（如图4中Oaa和Oba），及垂直于与边界卫星节点同轨道且间隔N1颗卫星的卫星节点到地心距离为半径且以地心为圆心的弧线（如图4中Cas和Cbs），这些边界卫星节点的外围曲线围成区域所包含的卫星节点构成基于冗余度扩展后的卫星子网Sr，满足可能存在的终端切换的要求，从而满足卫星子网覆盖需求。图4基于冗余覆盖的卫星子网划分

络维护间隔Ts网络集群同步间隔dij节点i到节点j的距离F交换机向控制器请求路由条目r链路传输速率rs设备端口收发速率Im网络维护信息数据量Ippacket_in信息数据量If流表下发信息量Is控制器同步全局网络信息数据量Ih交换机迁移请求信息数据量Ia迁移请求ACK信息数据量3.2.1网络时延分析基于分布式控制的卫星网络时延包括网络维护时间、数据流建立时间、控制同步时间和控制器切换时间，在这里主要考虑传播时间和传输时间对网络响应时延产生的影响。具体过程如图5所示。1)网络维护时间图5中a—c为网络维护过程。首先，控制器根据链路检测协议，向其管理的交换机发送链路检测数据分组，交换机向其邻域节点一跳转发数据分组，接收到该数据分组的交换机通过packet_in方式将信息上传到其连接的控制器。网络维护过程产生的平均时延代价为re22+++ijijijmijijmmsiCjVsiVjVseETdpIpdITTrrrr(4)其中，等号右边第一项表示控制器间进行信息交互产生的时间，第二项表示交换机进行信息交互产生的时间，每项都包括信息的传播时间和传输处理时间，eij表示两节点之间的边。图5分布式控制系统时延分析2)数据流建立时间图5中d—e为业务流的建立过程，以图5中交换机S1为例。每当新的业务流到达交换机S1时，由于从S1流表中没有匹配到相应的数据流转发规则，需要向控制器C2packet_in业务信息，控制器C2再向交换机S1packet_out并安装该流的转发规则。流建立过程的时延代价为2()=+ijijijijijpffiCjVsdpFpFIITrr(5)

【参考文献】：
期刊论文
[1]天地一体化网络无缝切换和跨域漫游场景下的安全认证增强方案[J]. 薛开平,周焕城,孟薇,李少华.  通信学报. 2019(06)
[2]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)



本文编号：2941159