基于SDN和虚拟拓扑的天基网络路由算法
发布时间：2021-10-01 06:40
针对天基网络的时变拓扑结构给网路管理和路由设计带来的难题,综合考虑GEO卫星和LEO卫星的优势,建立了一种基于软件定义网络（SDN）架构的天基网络模型,提出了一种基于虚拟拓扑的包含必经节点的天基网络路由算法（VTPN）。通过改进时间片划分策略,提高了计算效率,通过必经节点的设定,改善了链路拥塞问题。仿真结果表明:SDN架构下的VTPN算法与其他算法相比,网络链路利用率和负载均衡性能提高了约50%,丢包率降低了约20%。
【文章来源】：传感器与微系统. 2020,39(01)CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
基于SDN的天基网络架构
基于虚拟拓扑路由算法的分片思想如图2所示。其核心是利用卫星网络运行的周期性特点，将卫星网络系统周期划分为一系列时间片段，即[t0,t1),[t1,t2)，…，[t2,t3),[tn-1,tn)短时间片的长度可以相同也可以不同。为了减小过多时间片带来的路由负担，本文采用一种最小时间片策略(shortest time slice strategy,STS)。设时间集合St={t0=0,t1，…，tn=T}，且满足以下三个条件:时间序列集合St的初始值是由卫星网络中ISL出现断开或连通的时间点t构成;计算完成一次路由收敛所需时间为t，并设定一个最小值Ts(Ts>t);对初始的St进行合并优化，使ti+1-ti≥Ts，从而生成最终的时间集合St。
选取某一时间片段内，LEO卫星网络的部分拓扑结构如图3所示，其中包含Intra-Orbit ISLs和Inter-Orbit ISLs两种类型的链路。假设两种链路各自的代价是一定的，IntraOrbit ISLs代价为1,Inter-Orbit ISLs代价为2，不考虑链路断开或连接的情况。假设在一段时间内，以S1为源节点，有大量的数据需要进行传输，目的节点分别为S13和S17，进行两次路由计算，根据Dijkstra算法，可能选择的最短路径为:S1→S6→S11→S12→S13和S1→S6→S11→S16→S17，其中S6和S11两次都作为中间节点。当数据量特别大时，在S6和S11处很容易产生拥塞，然而，此时网络中还有大量节点处于闲置状态。如果采用VTPN路由策略，在第二次路由前把S2设为Pr N，源节点和目的节点不变。此时选择的路径就会变为:S1→S6→S11→S12→S13和S1→S2→S7→S12→S17，这时两次路由选择中相同的中间节点就会变成S12。如果本文在第二次路由选择前，把S4设为Pr N，那么路径就会变为:S1→S6→S11→S12→S13和S1→S2→S3→S4→S9→S14→S19→S18→S17，没有相同的中间节点，如表1所示。由此可见，通过合适的Pr N的设定，可以提高整个网络的负载均衡性能和链路利用率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于拓扑控制的卫星网络路由优化[J]. 齐小刚,马久龙,刘立芳. 通信学报. 2018(02)
[2]天基信息网络的软件定义网络应用探析[J]. 李婷,胡建平,徐会忠. 电讯技术. 2016(03)
本文编号：3417348
【文章来源】：传感器与微系统. 2020,39(01)CSCD
【文章页数】：4 页
【部分图文】：
基于SDN的天基网络架构
基于虚拟拓扑路由算法的分片思想如图2所示。其核心是利用卫星网络运行的周期性特点，将卫星网络系统周期划分为一系列时间片段，即[t0,t1),[t1,t2)，…，[t2,t3),[tn-1,tn)短时间片的长度可以相同也可以不同。为了减小过多时间片带来的路由负担，本文采用一种最小时间片策略(shortest time slice strategy,STS)。设时间集合St={t0=0,t1，…，tn=T}，且满足以下三个条件:时间序列集合St的初始值是由卫星网络中ISL出现断开或连通的时间点t构成;计算完成一次路由收敛所需时间为t，并设定一个最小值Ts(Ts>t);对初始的St进行合并优化，使ti+1-ti≥Ts，从而生成最终的时间集合St。
选取某一时间片段内，LEO卫星网络的部分拓扑结构如图3所示，其中包含Intra-Orbit ISLs和Inter-Orbit ISLs两种类型的链路。假设两种链路各自的代价是一定的，IntraOrbit ISLs代价为1,Inter-Orbit ISLs代价为2，不考虑链路断开或连接的情况。假设在一段时间内，以S1为源节点，有大量的数据需要进行传输，目的节点分别为S13和S17，进行两次路由计算，根据Dijkstra算法，可能选择的最短路径为:S1→S6→S11→S12→S13和S1→S6→S11→S16→S17，其中S6和S11两次都作为中间节点。当数据量特别大时，在S6和S11处很容易产生拥塞，然而，此时网络中还有大量节点处于闲置状态。如果采用VTPN路由策略，在第二次路由前把S2设为Pr N，源节点和目的节点不变。此时选择的路径就会变为:S1→S6→S11→S12→S13和S1→S2→S7→S12→S17，这时两次路由选择中相同的中间节点就会变成S12。如果本文在第二次路由选择前，把S4设为Pr N，那么路径就会变为:S1→S6→S11→S12→S13和S1→S2→S3→S4→S9→S14→S19→S18→S17，没有相同的中间节点，如表1所示。由此可见，通过合适的Pr N的设定，可以提高整个网络的负载均衡性能和链路利用率。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于拓扑控制的卫星网络路由优化[J]. 齐小刚,马久龙,刘立芳. 通信学报. 2018(02)
[2]天基信息网络的软件定义网络应用探析[J]. 李婷,胡建平,徐会忠. 电讯技术. 2016(03)
本文编号：3417348
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/wltx/3417348.html
