[发明专利]一种基于分布式SDN的卫星网络及其构建方法

说明书

本发明公开了一种基于分布式SDN的卫星网络及其构建方法，所述的卫星网络采用GEO/MEO/LEO三层卫星网络模型。本发明针对GEO/MEO/LEO三层卫星网络提出了分布式软件定义的卫星网络DSDSN网络，并基于控制器集群化技术，对于同层卫星群提出了一种控制器系统配置策略，该策略基于蚁群和聚类的算法思想通过选举合适的控制节点，合理配置控制器的位置及数量，根据形成的控制器集群部署各通信节点，从而降低了通信节点到邻近控制器节点的总时延。本发明的集中式管理拥有整个网络中所有节点的全局视图，可把握卫星节点的状态，提高网络的抗毁性。本发明通过优化链路连接时长、总时延及卫星资源三个参数，降低了路由开销。

技术领域

本发明涉及卫星网络，特别是一种分布式软件定义卫星网络(DistributedSoftware Defined Satellite Network，简称DSDSN)。

背景技术

传统的卫星网络通常采用弯管式透明转发的通信方式，将所有的数据包从发送终端转发给一个中间站，然后再从中间站经中继卫星传送到接收端。这种方式简化了卫星通信中有效载荷的结构，但同时也会导致时延的增大。近年来，一些新技术的出现极大促进了卫星网络的发展，如星上处理(On-board Processing，OBP)、星间链路(Inter-satelliteLink，ISL)等，这些技术较好地解决了卫星网络通信时延长，地面通信终端负载过大、功率过小等问题。但传统卫星网络对卫星的星上处理和交换技术要求较高，导致卫星网络造价高、消耗大，增加了卫星节点的复杂性。同时卫星网络具有拓扑时变性和星上资源受限等特点，从而带来了卫星网络的高时延和低抗毁性的问题。

软件定义网络(Software Defined Networking，简称SDN)的核心思想是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，从而简化了网络设备的结构，交换机只需要实施简单的转发和硬件配置功能。原来各个网元设备中的操作系统，被抽象为独立、集中的网络操作系统(NOS)，NOS负责对全网不同业务特性进行适配，从而对采用不同网络架构、设备型号、网络协议的网络进行集中、可编程配置管理，实现网络的融合部署，降低网络维护开销，提高网络性能和终端用户的服务质量。通过集中化的管理，不仅能够降低路由开销，同时有利于全局的统一管理，进而实现业务部署的快速响应，进而降低通信时延。

目前，有研究人员提出了一种基于单一SDN控制器的卫星网络，在该网络中将控制器放置在地面，整个路由的计算和配置生成由地面站(GS)和网络运营控制中心(NOCC)执行，这种网络只在地面部署了一个控制器会导致无法忍受的长时延问题，且一旦该控制器故障整个网络则崩溃，抗毁性不好。也有研究人员提出了一个空天地一体化的多层卫星通信系统，但该系统没有对控制器系统进行研究，依然解决不了时延过大的问题。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种能简化卫星节点设计、降低造价，并增加抗毁性的基于分布式SDN的卫星网络，以降低通信节点到邻近控制器节点的总时延并降低路由开销。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于分布式SDN的卫星网络，采用GEO/MEO/LEO三层卫星网络模型，其星座轨道参数如下：

GEO层的轨道参数为：轨道高度35786km，轨道平面数目1个，轨道内卫星数3个，轨道倾角0°，角速度0.25°/min，最小仰角8°；

MEO层的轨道参数为：轨道高度10390km，轨道平面数目2个，轨道内卫星数5个，轨道倾角45°，角速度1.0°/min，最小仰角10°；

LEO层的轨道参数为：轨道高度896km，轨道平面数目8个，轨道内卫星数6个，轨道倾角90°，角速度3.6°/min，最小仰角8°；

进一步地，所述的GEO层为3颗同步轨道卫星；MEO层采用ICO星座；LEO层采用Iridum星座。

进一步地，所述的GEO层、MEO层及LEO层都提供全球覆盖。