[发明专利]基于SDN与ICN技术的卫星网络系统

说明书

本发明公开了一种基于SDN与ICN技术的卫星网络架构，包括：应用层、控制层、转发层；所述应用层实现内容缓存、名字解析、消息路由和安全等业务；该应用层与控制层之间的北向接口实现业务的部署；所述控制层为分层分布式，其内部的控制器间通过东西向接口实现通信，同时各个控制器提供开放接口实现应用层对控制器的可编程功能；所述转发层，包括低轨基于OpenFlow的卫星节点和地面OpenFlow交换机，该层根据控制下发的流表实现消息的转发。该架构通过SDN转控分离的特点在简化卫星网络管理的同时利用ICN缓存的特性提高网络数据传输的速度。并且通过这种结合方式使得ICN的部署可以做到最小限度的修改网络协议和最大程度的兼容现有网络基础设施。

技术领域

本发明涉及通信领域，具体是说是一种基于SDN与ICN技术的卫星网络系统。

背景技术

SDN作为一种未来网络架构，将网络层数据的转发与控制进行解耦，通过控制器的可编程特点实现新业务的快速部署。ICN使用“内容”来替换“IP”层，通过发挥网络对内容固有的请求聚合、数据广播和缓存等特点，从而提升网络传输数据的速度。但是ICN作为一种clean-state的未来网络，其直接实现受到多方面因素的制约。

基于SDN的卫星网络架构在软件定义网络的思想下将卫星网络中数据路由、资源分配、网络故障及安全监测等功能集中到控制器上，从而简化了卫星网络的管理功能。然而基于SDN的卫星网络设计依然是基于IP的传统网络协议栈，面对新的大数据网络环境依然不能从本质上提升数据传输的速度。基于SDN的信息中心网络中，应用层实现ICN思想中的名字解析、名字路由和内容缓存等业务，通过控制层提供的开放接口实现业务的部署。但基于SDN的信息中心网络主要基于地面网络，其网络拓扑结构固定，已有的方案不能直接应用于卫星网络。

发明内容

针对传统的天地一体化网络控制与业务部署复杂和大数据环境下视频等流媒体数据请求延时大等问题，本申请提供了一种基于SDN与ICN技术的卫星网络系统ContentSDSN，该架构通过SDN转控分离的特点在简化卫星网络管理的同时利用ICN缓存的特性提高网络数据传输的速度。并且通过这种结合方式使得ICN的部署可以做到最小限度的修改网络协议和最大程度的兼容现有网络基础设施。

为了实现上述目的，本发明方案的技术要点是：一种基于SDN与ICN技术的卫星网络系统，包括：应用层、控制层、转发层；所述应用层实现内容缓存、名字解析、消息路由和安全等业务；该应用层与控制层之间的北向接口实现业务的部署；所述控制层为分层分布式，其内部的控制器间通过东西向接口实现通信，同时各个控制器提供开放接口实现应用层对控制器的可编程功能；所述转发层，包括低轨基于OpenFlow的卫星节点和地面OpenFlow交换机，该层根据控制下发的流表实现消息的转发，同时增加了对返回内容的缓存功能。

进一步的，每个控制器，均包括：网络拓扑管理模块、路由管理模块、内容管理模块；所述网络拓扑管理模块，包括：链路状态监控模块和网络拓扑管理模块；所述路由管理模块，包括：网络流量管理监测模块、基于名称的路由计算模块、转发信息库FIB管理模块和待处理请求表PIT管理模块；所述内容管理模块，包括内容分片管理模块、名字解析器和内容缓存管理模块；控制器通过OpenFlow交换机的安全通道，使用OpenFlow协议实现对转发设备的控制。

进一步的，本架构采用覆盖IP协议的方式来识别ICN请求，用IF(ICN-Flag)值来区分请求类型；对于ICN请求，使用IP协议的Options字段携带内容名称信息。

进一步的，在本架构中，地面网络的控制器采用分层分布式控制方式，根据区域特点划分为若干个自治区域(AS)，每个自治区域由一个名字路由系统(Name RoutingSystem,NRS)控制器管理，控制器之间通过北向接口交换网络状态信息。

进一步的，该架构中的卫星网络采用双层轨道设计，其中3颗同步卫星作为控制器实现全球实时监测，低轨采用Walker星座实现全球覆盖。