[发明专利]一种基于SDN的天基信息网络多控制器失效处理方法

说明书

本发明公开了一种基于SDN的天基信息网络多控制器失效处理方法，包括以下步骤：构建基于SDN的天基信息网络多控制器失效备援架构；失效检测机制的设计；基于帕克索斯Paxos算法的故障恢复控制器选举算法。本发明将SDN的核心技术应用到天基信息网络上，从而简化了网络设备的结构，使卫星只需要实施简单的转发和硬件配置功能，由此解决了卫星节点设计复杂、造价高的弊端。基于SDN的天基信息网络可实现资源全局分配、全局优化，提高了资源利用率。采用多控制器架构可提高天基信息网络的扩展性，从而达到灵活高效的网络配置和管理。此外，这种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。

技术领域

本发明涉及基于软件定义天基信息网络(Software Defined Space-basedInformation Network，简称SDSIN)，特别是一种基于SDN的天基信息网络多控制器失效处理方法。

背景技术

天基信息网络具有拓扑时变性，这会导致星间链路通断状态的频繁切换。另外，卫星节点也会因受到攻击或其他自身原因出现故障，导致天基信息网络出现性能上的问题。这些因素都会使得天基信息网络的抗毁性大大降低。近年来，一些新技术的出现极大促进了天基信息网络的发展，如星上处理(On-board Processing，OBP)、星间链路(Inter-satellite Link，ISL)等，这些技术较好地解决了天基信息网络通信时延长，地面通信终端负载过大、功率过小等问题。但这些技术也增加了天基信息网络的部署周期和管理维护成本，同时也增加了卫星节点的复杂性。

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，降低了卫星节点的复杂性。逻辑上集中的控制能够支持获得网络资源的全局信息并根据业务需求进行资源的全局调配和优化，例如流量工程、负载均衡等。同时，集中控制还使得整个网络可在逻辑上被视作是一台设备进行运行和维护，无需对物理设备进行现场配置，从而提升了网络控制的便捷性，降低了天基信息网络的部署周期和管理维护成本。

目前，有研究人员提出了一种基于单一SDN控制器的天基信息网络，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，这种网络一旦该控制器出现故障，整个网络则会处于崩溃状态，网络的抗毁性不好。也有研究人员提出了故障转移和邻居控制器接管的失效处理方法，这种方法虽然可以提升整个网络的抗毁性，但是会导致时延过大的问题。

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够提升天基信息网络抗毁性的基于SDN的天基信息网络多控制器失效处理方法，同时简化卫星节点设计、降低造价。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种基于SDN的卫天基信息网络多控制器失效处理方法，包括以下步骤：

A、构建基于SDN的天基信息网络多控制器失效备援架构

所述的基于SDN的天基信息网络多控制器失效备援架构，包括应用层、控制层和转发层。

架构中的控制层控制整个物理网络，因而获得全局的网络状态视图，并根据全局网络状态视图实现对网络的优化。

B、失效检测机制的设计

失效检测机制为鉴别一个网络是否存在故障提供了有效的方法，为提高检测效率，采用心跳同步与双向转发检测相结合的方式进行失效检测机制的设计，其数学模型表示为：

O＝M×L (1)

其中，O为失效检测的输出，表示为：

M为心跳同步的输出，表示为：