[发明专利]基于SDN技术的天地一体化空间信息网络系统及通信方法

说明书

本发明公开了一种基于SDN技术的天地一体化空间信息网络系统及通信方法，主要用于提高卫星通信网络资源的利用率和网络服务质量。包括卫星地面站（STA），地面数据中心（DC），地球同步轨道卫星（GEO），低轨道卫星（LEO）以及彼此之间的无线通信链路。通过在地面站和GEO上部署的低层SDN控制器（D‑controller），在LEO上部署SDN交换机来组成一种基于SDN的分布式空间信息网络，利用多轨道的多颗LEO对整个地球表面进行全覆盖，在GEO的覆盖范围内，通过GEO上的控制器进行全局控制，形成一张覆盖全球的空间信息网络，同时GEO通过地面卫星地面站STA接入地面网络，利用地面数据中心中部署的SDN超级控制器（S‑controller）进行对D‑controller的集中管控，从而实现卫星网络与地面固定网络的融合。

技术领域

本发明属于卫星网络技术领域，特别涉及一种多层次卫星组网技术以及卫星网络资源的管理与调度方法。

背景技术

空间信息网对于国防，遥感探测，航海等领域具有重要意义，可以跨地域，跨运营商实现全球范围内不间断通信。天地一体化是指将天基信息系统融入地面应用为地面用户提供服务，包括以卫星为中心和融合了卫星通信的各类应用服务。从最初的卫星实现跨洋通信，到卫星数字多媒体广播，或是各类对地观测卫星系统，天地一体化已经成为与卫星相关的各类应用系统的基本要求。

天地一体化信息网络不仅能保证人烟稀少、地理偏远等地面基础设施较薄弱地区用于接入互联网，而且能支持深空探测、对地观测、航天测控、卫星导航、航空运输、远洋航行、应急救援、维稳处突、智慧城市等多种特殊应用。

SDN具有控制和转发分离、设备资源虚拟化、通用硬件及软件可编程三大特性，不仅将整个网络在水平方向更加统一化、标准化，而且在垂直方向上让网络开放化、标准化、可编程，让网络资源更容易、更有效的被使用。

将多层次的SDN网络技术运用于天地一体化空间信息网络中，采用新的网络架构来改善天地一体化信息网络性能，降低建设成本和维护难度，达到显著改善网络资源利用率的目的。

发明内容

为了解决空间信息网的全局网络拓扑管理，星间链路资源的灵活调度和分配，本发明提出了一种基于SDN技术的天地一体化空间信息网络系统及通信方法。

本发明的系统所采用的技术方案是：一种基于SDN技术的天地一体化空间信息网络系统，其特征在于：包括数据层，控制层和应用层；

所述数据层由多个轨道面上的多颗低轨道卫星LEO上部署SDN交换机组成，利用LEO之间的无线通信链路进行组网；

所述控制层由地球同步轨道卫星GEO和地面数据中心上的超级控制器构成；

所述应用层由地球同步轨道卫星GEO和地面数据中心中的超级控制器上运行的应用程序构成，对整个基于SDN的卫星通信网络进行灵活地管理和控制。

作为优选，所述数据层中的多颗低轨道卫星LEO按照一定倾角分布在多个轨道面上，其飞行轨迹对整个地球实现包括两极在内的完全覆盖。

作为优选，所述控制层中设置有三颗赤道上空的地球同步轨道卫星GEO，三颗地球同步轨道卫星GEO上均部署有垂直型控制架构中的低层SDN控制器(D-Controller)，每颗地球同步轨道卫星GEO与某时刻自己覆盖范围内且可以建立通信连接的低轨道卫星LEO组成SDN网络；三颗地球同步轨道卫星GEO与各自覆盖范围内的地球地面站STA进行无线连接，通过地球地面站STA接入网关接入地面网络，利用地面有线网络接入数据中心；数据中心上部署有顶层的超级SDN控制器(S-Controller)，利用超级控制器来管理地球同步轨道卫星GEO中的低层控制器，实时获取全局网络拓扑和网络状态信息，进行高效的管理和调度。

本发明的方法所采用的技术方案是：一种基于SDN技术的天地一体化空间信息网络系统的通信方法，其特征在于：包括以下步骤：