[发明专利]一种基于SDN空天地控制器部署架构及控制方法

权利要求书

1.一种基于SDN空天地控制器部署架构的控制方法，其特征在于：包含空基网、天基网和地基网三个网段，所述天基网在无人机上实现控制器动态部署；

在每个网段控制器的顶部引入上层SDN控制器；所述上层SDN控制器的SDN网络架构由下至上包括基础设施层、网络控制层和应用层；

所述网络控制层，用于负责全局拓扑结构，链路状态和流量状态信息的搜集和维护，控制消息的下发，引入SDN架构，解耦数据平面和控制平面，提供统一的编程接口，对网络中的节点统一的配置和管理；

控制方法包括以下步骤：

1)建立基于SDN的空天地一体化架构，该架构包含空基、天基、地基三个网段，在该三个网段分别确定控制器的位置和个数，在每个网段的控制器的顶部引入上层次SDN控制器，同时在本地设置一个总控制器协调所有的工作，其数据在卫星上备份；

2)针对天基层，在无人机上实现控制器动态部署；

无人机上控制器的动态部署是指：将无人机的运行周期分为几个部分，并把它表示为T＝{t1，t2，…，tn}，假设在每个时间间隔内，传播时延、数据流和域成员保持不变，在设定的时间间隔内调用控制器重新部署算法，以确定控制器的个数与位置；

控制器部署方法是指：

采用改进的k-means算法和带内模式进行相应的分析，控制器和交换机部署在同一节点上，以此认为同一节点的控制器和交换机之间的时延为0；采用扁平式的部署方案来部署SDN控制器，即所有的控制器之间是对等的，控制器之间需要进行通信来获取全网的网络信息；使用最短路径计算交换机与控制器之间的链路距离，达到最小化交换机与控制器传播时延的目标；

改进k-means算法中包括以下步骤：

1.1)确定K值；

1.2)利用Dijskra算法得到的交换机之间的最短距离；

1.3)输入K值，最短距离矩阵，链路集合；

1.4)初始化中心；

1.5)分配节点到离该节点最近的簇中，若该簇中的节点数大于Φ负载均衡阈值，则分配该节点到第二近的簇中，利用更新中心节点，使得从簇中所有点到新质心的最短路径距离之和最小化；

1.6)重复1.5)直到簇中心不再发生变化；

1.7)找到离中心节点距离最远的节点作为新的中心节点，执行1.5)，1.6)；

1.8)重复1.7)，直到有K个簇为止；

1.9)在这K个中心处的交换机上部署控制器。

2.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：

SDN网络架构的建立包括以下步骤：

1)将交换机划分为不同的域，为每一个域分配一个控制器，一台交换机在任何时候都只能由一个控制器控制，不同域中交换机的数量不同，如果该控制器出现故障，该域中的交换机将被重新分配给其他控制器；

2)形成全局视图：

在每个域中，交换机以固定时间间隔或链路状态改变时，向其控制器发送问候信息；

控制器用收到的问候消息建立本地网络视图；

每个控制器根据特定策略与其他控制器交换其本地网络视图，每个控制器建立全局网络视图；

3)数据转发：

每当流到达交换机时，交换机将检查其流表；

如果存在其匹配的流表，流中的数据包会相应的被转发；

如果不存在匹配的流表，交换机向其控制器发送流设置请求；

控制器使用全局网络视图计算转发路径，并在其域内的交换机中安装流表。

3.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述网络控制层中设置一本地控制器协调管理各层的上层控制器。

4.根据权利要求1所述的控制方法，其特征在于：所述空基网的卫星上设置一个统一的控制器，用于数据备份。