[发明专利]一种基于SDN空天地控制器部署架构及控制方法

说明书

本发明公开了一种基于SDN空天地控制器部署架构及控制方法，控制器架构包含空基网、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。本发明实现最小化交换机和控制器之间的传播时延和提高控制器的负载均衡度的多优化目标。

技术领域

本发明涉及空天地一体化网络和控制器部署策略，特别涉及一种基于SDN空天地控制器部署架构及控制方法。

背景技术

1、空天地一体化网络

随着科学技术与时代的发展，人们对于通信的需求越来越高，实现大规模全球通信以成为人们的研究目标。传统的地面无线通信在用户数量和要支持的服务方面正面临着爆炸式增长，预期未来网络将提供比当前网络更多的资源，以应对各种服务不断增加的流量需求。空天地一体化网络(Space-Air-GroundIntegratedNetwork，SAGIN)通过对天基网，空基网和地基网的融合，形成了一个大规模异构网络，实现对网络资源和信息的汇集与处理。SAGIN存在网络覆盖范围广，多种协议并存，节点高动态变化，拓扑异变，高吞吐量等特点，面向全球提供无缝无线接入服务。

2、SDN网络架构

软件定义网络(SoftwareDefinedNetworking，SDN)是一种新型的网络架构由于其简化网络结构，增加网络操作的灵活性，受到了学术界的广泛关注。其特征包括高度解耦的控制平面和转发平面，并且通过搭建在集中控制器之上的软件操作平台来实现可视化和可编程化，实现集中控制功能。

3、K-means算法

k-means算法的工作过程说明如下：首先从n个数据对象任意选择k个对象作为初始聚类中心；而对于所剩下其它对象，则根据它们与这些聚类中心的相似度(距离)，分别将它们分配给与其最相似的(聚类中心所代表的)聚类；然后再计算每个所获新聚类的聚类中心(该聚类中所有对象的均值)；不断重复这一过程直到标准测度函数开始收敛为止。一般都采用均方差作为标准测度函数。k个聚类具有以下特点：各聚类本身尽可能的紧凑，而各聚类之间尽可能的分开。

基本步骤：

(1)从n个数据对象任意选择k个对象作为初始聚类中心；

(2)根据每个聚类对象的均值(中心对象)，计算每个对象与这些中心对象的距离；并根据最小距离重新对相应对象进行划分；

(3)重新计算每个(有变化)聚类的均值(中心对象)；

(4)计算标准测度函数，当满足一定条件，如函数收敛时，则算法终止；如果条件不满足则回到步骤(2)。

现有的控制器部署问题的解决一般都只集中在卫星网络，空中网络，和地面网络的单个网段，很少考虑到几个网段的集成。随着科学技术与时代的发展，人们对于通信的需求越来越高，传统的地面无线通信在用户数量和要支持的服务方面正面临着爆炸式增长。然而现有技术中地面网络所具有的基站部署不易，部署环境恶劣，网络容量小等弊端，不能适应不断发展的通信需求和服务质量。

发明内容

本发明的目的在于解决空天地一体化网络下的控制器动态部署问题，提出一种基于空天地一体化网络下的控制器部署架构和方法，该架构引入空天地一体化网络和SDN技术，解耦数据和控制平面，采用一种改进的k-means方法，确定控制器的个数和位置，实现最小化交换机和控制器之间的传播时延和提高控制器的负载均衡度的多优化目标。

为了达到上述目的，本发明采用了以下技术方案：