面向复杂空天地一体化网络的SDN控制器的研究
发布时间：2021-09-30 10:29
空天地一体化网络由天基网、空基网和地基网组成。研究空天地一体化网络的发展对一个国家的民用、军事、空间探索起到了非常重要的作用。然而,空天网络存在着链路切换频繁、资源受限、网络协议异构和拓扑易变等问题,使得空天网络很难进行控制,给网络的扩展性,兼容性和可靠性带来了更多的挑战。软件定义网络（SDN）具有将控制平面与数据平面解耦、提供了开放的编程接口以及集中控制的特点使得异构网络环境下的网络设备能够被灵活高效的管理和配置。本文将SDN的分层思想和多层空天网络相结合。根据空天网络的特征和SDN技术相结合研究了一种空天地SDN网络架构,并研究了基于该架构的分布式控制器系统。该网络架构实现了灵活布网,提高了网络的可扩展性和资源利用率。使得空地能够得到更好地管控。本论文主要工作和创新包括:（1）基于SDN技术,本文研究了一种天地SDN网络架构模型,其中地面和GEO卫星层为控制平面,LEO和MEO卫星层为数据平面。针对空天网络设备之间开销大,卫星节点负载受限的问题,提出了 GEO控制层采用层次型的架构。主控制器具有网络的全局信息,局部控制器只需要管理本区域内的交换机,减少了与主控制器的频繁交互。地面控...
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－７层次型控制器架构??Ｆｉｕｒｅ?２－７?Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ?Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??
机与全局控制器之间的交互，减轻了控制器的负载，提高了网络性能和可扩展性。??２．２．２?ＳＤＮ多控制器扁平型部署方式研究??多控制器扁平控制方式如图２－８。??图２－８扁平型控制器架构??Ｆｉｇｕｒｅ?２－８?Ｆｌａｔ?Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??扁平型的多控制器所有控制器都处于同一个层次，各个控制器所处的物理位??置不同，但逻辑上所有控制器都是全局控制器，管理全网的状态信息。当网络拓??扑变化时，所有控制器都会同步更新数据，交换机只需要改变映射到的控制器的??地址，不需要更多的更新操作。??Ｏｎｉｘ是第一个ＳＤＮ分布式控制器，它的核心部件是ＮＩＢ?（Ｎｅｔｗｏｒｋ?Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ??Ｂａｓｅ，网络信息库），层内的控制器都有ＭＢ，多控制器信息的一致性都是通过更??新操作ＮＩＢ实现的。ＨｙｐｅｒＦｌｏｗ［１８］是一个基于ＯｐｅｎＦｌｏｗ的分布式控制平面。它??允许用户部署多个控制器集群，同时这些控制器不受地理位置的限制。其中，一??个域内有着多个控制器
究控制器间的负载均衡问题。??因此，研究空天地ＳＤＮ网络需要实现的目标有：??（１）研究并设计天地ＳＤＮ网络架构，将ＳＤＮ具有转发与控制解耦、集中控??制的思想、开放可编程接口的特性运用到空天地网络中，提高整个网络的可扩展??性、可控性、开放性和可靠性。多层卫星之间的通信可以通过ＩＳＬ（ＩｎｔｅｒＳａｔｅｌｌｉｔｅ?Ｌｉｎｋ，??卫星内部链路）实现，减少地面站的转发，即减少了因地面与卫星较远距离所带??来的数据传输时延长的问题，提高了空天网络的管控能力和网络的可靠性；??（２）设计基于ＳＤＮ的空天地网络分布式控制器的模块。基于所提出的ＳＤＮ??网络架构对控制器模块进行详细设计，并进行实验验证其可行性。３．３节将详细介??绍空天地ＳＤＮ控制器的部署和功能设计问题；??（３）针对多控制器的负载均衡问题。第四章将详细介绍本文所设计的层次型??控制器的负载均衡机制。??针对空天地ＳＤＮ网络所要达成的目标，设计的天地ＳＤＮ网络架构如图３－１??所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]软件定义网络控制平面的研究综述[J]. 柳林,周建涛. 计算机科学. 2017(02)
[2]空间骨干网络体系架构与关键技术研究[J]. 梁俊,胡猛,管桦,熊健,肖楠,刘玉磊. 空军工程大学学报(自然科学版). 2016(04)
[3]聚合SDN控制的新一代空天地一体化网络架构[J]. 陈晨,谢珊珊,张潇潇,任智源. 中国电子科学研究院学报. 2015(05)
[4]软件定义可重构卫星网络系统研究[J]. 王春锋. 中国电子科学研究院学报. 2015(05)
[5]基于改进型拍卖的软件定义网络交换机迁移机制[J]. 陈飞宇,汪斌强,王文博,王志明. 计算机应用. 2015(08)
[6]论我国空间信息网络的构建[J]. 李德仁,沈欣,龚健雅,张军,陆建华. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(06)
[7]基于目标约束的分层动态负载均衡算法[J]. 胡志刚,张艳平. 计算机应用研究. 2011(03)
[8]LEO/MEO卫星网络改进的动态路由协议的实现与测试[J]. 高明亮,孟祥斌,陈鑫. 大庆师范学院学报. 2010(03)
[9]集群系统中的动态反馈负载均衡策略[J]. 买京京,龚红艳,宋纯贺. 计算机工程. 2008(16)
[10]LEO/MEO双层卫星网的分层动态路由算法[J]. 苑喆,张军,柳重堪. 北京航空航天大学学报. 2006(07)
本文编号：3415679
【文章来源】：北京交通大学北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：72 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图２－７层次型控制器架构??Ｆｉｕｒｅ?２－７?Ｈｉｅｒａｒｃｈｉｃａｌ?Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??
机与全局控制器之间的交互，减轻了控制器的负载，提高了网络性能和可扩展性。??２．２．２?ＳＤＮ多控制器扁平型部署方式研究??多控制器扁平控制方式如图２－８。??图２－８扁平型控制器架构??Ｆｉｇｕｒｅ?２－８?Ｆｌａｔ?Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ?Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ??扁平型的多控制器所有控制器都处于同一个层次，各个控制器所处的物理位??置不同，但逻辑上所有控制器都是全局控制器，管理全网的状态信息。当网络拓??扑变化时，所有控制器都会同步更新数据，交换机只需要改变映射到的控制器的??地址，不需要更多的更新操作。??Ｏｎｉｘ是第一个ＳＤＮ分布式控制器，它的核心部件是ＮＩＢ?（Ｎｅｔｗｏｒｋ?Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ??Ｂａｓｅ，网络信息库），层内的控制器都有ＭＢ，多控制器信息的一致性都是通过更??新操作ＮＩＢ实现的。ＨｙｐｅｒＦｌｏｗ［１８］是一个基于ＯｐｅｎＦｌｏｗ的分布式控制平面。它??允许用户部署多个控制器集群，同时这些控制器不受地理位置的限制。其中，一??个域内有着多个控制器
究控制器间的负载均衡问题。??因此，研究空天地ＳＤＮ网络需要实现的目标有：??（１）研究并设计天地ＳＤＮ网络架构，将ＳＤＮ具有转发与控制解耦、集中控??制的思想、开放可编程接口的特性运用到空天地网络中，提高整个网络的可扩展??性、可控性、开放性和可靠性。多层卫星之间的通信可以通过ＩＳＬ（ＩｎｔｅｒＳａｔｅｌｌｉｔｅ?Ｌｉｎｋ，??卫星内部链路）实现，减少地面站的转发，即减少了因地面与卫星较远距离所带??来的数据传输时延长的问题，提高了空天网络的管控能力和网络的可靠性；??（２）设计基于ＳＤＮ的空天地网络分布式控制器的模块。基于所提出的ＳＤＮ??网络架构对控制器模块进行详细设计，并进行实验验证其可行性。３．３节将详细介??绍空天地ＳＤＮ控制器的部署和功能设计问题；??（３）针对多控制器的负载均衡问题。第四章将详细介绍本文所设计的层次型??控制器的负载均衡机制。??针对空天地ＳＤＮ网络所要达成的目标，设计的天地ＳＤＮ网络架构如图３－１??所示。??
【参考文献】：
期刊论文
[1]软件定义网络控制平面的研究综述[J]. 柳林,周建涛. 计算机科学. 2017(02)
[2]空间骨干网络体系架构与关键技术研究[J]. 梁俊,胡猛,管桦,熊健,肖楠,刘玉磊. 空军工程大学学报(自然科学版). 2016(04)
[3]聚合SDN控制的新一代空天地一体化网络架构[J]. 陈晨,谢珊珊,张潇潇,任智源. 中国电子科学研究院学报. 2015(05)
[4]软件定义可重构卫星网络系统研究[J]. 王春锋. 中国电子科学研究院学报. 2015(05)
[5]基于改进型拍卖的软件定义网络交换机迁移机制[J]. 陈飞宇,汪斌强,王文博,王志明. 计算机应用. 2015(08)
[6]论我国空间信息网络的构建[J]. 李德仁,沈欣,龚健雅,张军,陆建华. 武汉大学学报(信息科学版). 2015(06)
[7]基于目标约束的分层动态负载均衡算法[J]. 胡志刚,张艳平. 计算机应用研究. 2011(03)
[8]LEO/MEO卫星网络改进的动态路由协议的实现与测试[J]. 高明亮,孟祥斌,陈鑫. 大庆师范学院学报. 2010(03)
[9]集群系统中的动态反馈负载均衡策略[J]. 买京京,龚红艳,宋纯贺. 计算机工程. 2008(16)
[10]LEO/MEO双层卫星网的分层动态路由算法[J]. 苑喆,张军,柳重堪. 北京航空航天大学学报. 2006(07)
本文编号：3415679
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