CN106060858B - 基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于开放流(OpenFlow)扩展协议的软件定义卫星组网的方法及装置，为了解决软件定义卫星组网问题，建立应用服务需求的端到端业务数据传输而设计。本发明引入卫星组件可编程的特点，通过软件定义网络的OpenFlow扩展协议机制，具备智能化集成通信传输交换能力，形成统一控管功能、适应调度策略的动态变化、增强卫星网络任务接入快速响应速度，运用空间卫星组件可编程组网技术，提高卫星网络组网灵活性与可靠的传输效率。

Description

基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种基于开放流(OpenFlow)扩展协议的软件定义卫星组网的方法及装置。

背景技术

随着深空探测、卫星通信、卫星定位和授时等技术的发展，借助卫星网络系统覆盖范围大与有效追踪目标的特点，通过利用多层次全谱段获得通信信息技术，提供精确时间和空间定位参考，建立多种网络融合处理要素的高可信度卫星网络系统。然而，卫星网络存在着网络结构复杂、通信协议缺乏兼容性、任务服务类型繁多、星际链路频繁切换、拓扑结构频繁地变化等问题，传统卫星组网技术与路由协议难以适应于当前卫星组网的服务需求。

目前，对于卫星组网技术，主要通过以下方法解决：

1)卫星分布式组网技术。这种分布式组网技术主要包含：无星间链路分布式卫星组网、确定星间分布式卫星组网、动态星间分布式卫星组网。一方面，分布式卫星组网技术要求系统卫星群必须保持高度连通性，以保证卫星群之间的互联互通，防止因为某一卫星通信失效而引发网络的瘫痪。另一方面，分布式卫星组网技术要求每一颗卫星都具备网络接入能力，利用通信卫星进行星间链路组网，可以动态灵活监控卫星网络资源占用状态，通过卫星网络的分布式通信协议，解决卫星网络资源的调度与分配问题。

2)卫星分布式管理协议。卫星网络分布式管理协议是网络管理系统核心组成部分，这种协议由卫星间协议和卫星内部协议构成，主要负责卫星之间的任务通信传输过程控制与管理卫星网络资源。卫星分布式管理能够根据网络业务的多种属性，利用卫星网络拓扑结构动态变化的特点，保证在空间恶劣环境下卫星网络信息可靠性传输，满足卫星组网的规模性、网络灵活性、可扩展性要求，从而减少在网络节点之间传输数据和指令集合的延时问题。

3)异构卫星独立组网。由于卫星的功能与用途存在着异构的特点，例如通信卫星与定位卫星，它们组网方式与控管方式都不相同，造成卫星组网没有统一的接入标准，难以形成统一的控制协议，造成异构卫星组网的标准混杂，无法适应多种卫星联合与协同操作问题。

上述的解决方案中，主要考虑了分布式的卫星组网技术、卫星通信网络的控管协议体系、卫星组网技术相互分割，这些方法具有良好的自适应性和相对独立性，能够满足网络卫星节点的移动性与卫星链路的动态改变的特征。然而，由于通信协议具有分布式的特点，以及异构卫星网络无法协同操作，不能及时反映卫星网络拓扑动态变化，在卫星动态建立通信链路的时延较大，缺乏卫星网络的可扩展性，卫星网络额外开销占用较大，通信与信息处理容易受环境影响，卫星网络动态组网可靠性相对较低，难以开展卫星网络的联合资源优化。

鉴于上述的缺陷，本设计人积极加以研究创新，以期创设一种基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的方法及装置，使其更具有产业上的利用价值。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种针对不同星际之间的信息同步、资源调度、联合组网方面快速响应、动态可变、智能化统一控管的基于软件定义卫星组网的方法及装置。

本发明基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的方法，包括：

软件定义卫星网络的建立：基于OpenFlow扩展协议，利用中心控制器建立软件定义卫星网络，监控各颗卫星的运行状态以及监控卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态；

软件定义卫星网络的应用：OpenFlow中心控制器接收应用服务需求，根据各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态，确定数据业务传输路径，适配各颗卫星资源占用状态，完成数据业务的传输。

具体地，软件定义卫星网络的应用具体包括：

S1OpenFlow中心控制器接收应用服务需求，根据应用服务需求的优先级别、卫星覆盖范围，运用OpenFlow扩展协议，采用相应的路由算法，计算应用服务需求传输的路由信息；

S2根据应用服务需求的路由信息，结合OpenFlow中心控制器获取的各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态判断是否能够建立相应的卫星传输路径，

若不能建立相应的卫星传输路径，则应用服务需求失败；

若能建立相应的卫星传输路径，则OpenFlow中心控制器根据应用服务需求类型结合获取的各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态以及业务数据传输时延限制需求，通过改变卫星运行状态、卫星链路状态建立应用服务需求的卫星传输路径；

S3在卫星传输路径上，查找应用服务需求的卫星资源，

若查找到，则OpenFlow中心控制器适配各颗卫星资源占用状态，为应用服务需求分配应用服务需求所需的传输资源完成应用服务需求的数据传输；

S4完成应用服务需求，释放卫星网络资源和拆除卫星网络传输路径。

具体地，所述的软件定义卫星网络的建立具体包括：

在各卫星嵌入基于OpenFlow扩展协议的可编程模块；

采用集中管控的方法，基于OpenFlow扩展协议配置中心控制器与各卫星的通信连接；

中心控制器基于OpenFlow扩展协议，周期性地获取各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态。

具体地，所述的OpenFlow中心控制器包括基于OpenFlow扩展协议的主用与备用中心控制器，备用中心控制器通过热备份的方式与主用中心控制器进行实时数据、控制指令、控制协议、控制流表的信息交换与备份；

若主用控制器失效或故障，备用中心控制器自动开启热备份功能，把主用控制器的所有控制卫星网络信息快速倒换到备用中心器上，通过备用中心控制器快速代替主用中心控制器。

具体地，获取各颗卫星的运行状态的周期为卫星网络运行状态需求的某一时间间隔。

具体地，OpenFlow控制器向各颗卫星发出以卫星网络运行状态需求的响应信号，根据各颗卫星响应反馈信息属性，通过查找OpenFlow扩展协议的响应反馈流表，发现并识别各颗卫星运行状态。

具体地，所述的OpenFlow扩展协议具体包括：

扩展协议的流表匹配，以应用服务操作信息为载体，通过中心控制器与卫星可编程硬件模块进行信息流表的匹配，实现应用业务接入卫星与分配软件定义卫星网络的资源；

利用卫星指令控制信息交换，中心控制器下发指令到卫星可编程硬件模块，该卫星可编程硬件模块反馈信息给中心控制器，形成由中心控制器对业务传输流程统一控制与数据信息交换；

中心控制器的资源信息转发，通过软件定义卫星模块对各颗卫星资源使用状态、运行状态、收发功能进行信息载体的转发。

本发明基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的系统，包括：

卫星网络系统，包括多颗卫星，其中各颗卫星带有可编程硬件模块；所述可编程硬件模块用于获取该卫星运行状态、链路状态、资源使用状态；

OpenFlow中心控制器，用于接收应用服务需求，根据各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态，确定数据业务传输路径，适配各颗卫星资源占用状态，完成数据业务的传输；OpenFlow中心控制器包括主用与备用OpenFlow中心控制器，备用中心控制器通过热备份的方式对主用中心控制器进行信息备份，当主用控制器失效或故障，备用中心控制器自动开启热备份功能，并快速代替主用中心控制器，保证卫星组网的可靠性、稳定性与安全性。

具体地，所述OpenFlow中心控制器包括：

卫星路由建立模块：用于接收应用服务需求，根据应用服务需求的优先级别、卫星覆盖范围，运用OpenFlow扩展协议，采用相应的路由算法，计算应用服务需求传输的路由信息；

卫星链路变化监控模块：用于根据应用服务需求的路由信息，结合OpenFlow中心控制器获取的各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态判断是否能够建立相应的卫星传输路径，

若不能建立相应的卫星传输路径，则应用服务需求失败；

若能建立相应的卫星传输路径，则OpenFlow中心控制器根据应用服务需求类型结合获取的各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态以及业务数据传输时延限制需求，通过改变卫星运行状态、卫星链路状态建立应用服务需求的卫星传输路径；

数据业务传输模块：用于在卫星传输路径上，查找应用服务需求的卫星资源，

若查找到，则OpenFlow中心控制器适配各颗卫星资源占用状态，为应用服务分配其所需的传输资源，完成应用服务需求的数据传输；

释放和拆除模块：用于在完成应用服务需求时，释放卫星网络资源和拆除卫星网络传输路径。

具体地，所述可编程硬件模块包括：

卫星运行状态模块：用于监控卫星的实时运行状态，并且能够实时改变卫星运行状态；

卫星资源占用模块：用于监控卫星实时的资源占用情况，并且能够实时改变卫星资源占用状态。

借由上述方案，本发明至少具有以下优点：

本发明通过把软件定义网络(SDN)的核心思想引入卫星组网中，通过引入主用与备用中心控制器的方式，以解决异构卫星组网的统一控管、简化卫星组网的通信协议、卫星网络资源灵活调度、卫星网络的控制可靠等问题。通过卫星组件可编程化，将卫星网络的控制平面与数据传输平面分离，通过软定义的方式实现卫星网络中资源的集中式控制与管理。同时，增加备用中心控制器，防止因主用中心控制器失效而无法组建软件定义卫星网络。

在卫星网络的资源集中式控制与管理架构下，首先，可通过中心控制器获取的卫星全网信息构，建立业务多样性与时空动态变化的数据模型，实现海量信息与业务数据快速高效传输。根据卫星拓扑结构变化规律，制定相应的空间卫星链路的路由算法，解决卫星统一开放的资源调度方案。其次，由于在软件定义网络中物理硬件被抽象出来，独立运行在卫星传输网络，即每一颗卫星节点无须均承载路由计算及转发的功能，而是在一定的标准下完成转发或控制功能，较大程度地降低了卫星网络额外资源的开销问题，从而简化卫星组网的通信协议交换。此外，通过引入基于OpenFlow扩展协议的备用中心控制器，在主用与备用中心控制器之间进行信息时刻交换，可以有效地防止因主用中心控制器失效而无法建立软件定义卫星网络。最后，得益于卫星网络资源的可编程软件定制技术，建立基于软件定义的卫星组网能力，实现卫星网络链路建立与资源分发的动态交换机制，解决海量空间信息集成融合和空间信息的实时更新方法，从而对卫星组网的各颗卫星节点实现统一有效控制与管理，实现各类信息的协同工作与资源的灵活调度。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，并可依照说明书的内容予以实施，以下以本发明的较佳实施例并配合附图详细说明如后。

附图说明

图1是本发明基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网方法的流程图；

图2是本发明基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网装置的结构框图；

图3是本发明基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的实施例结构图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不限制本发明的范围。

如图3所示，首先，建立软件定义卫星组网架构。具体描述如下：1)根据卫星组件的可编程功能属性，基于软件嵌入卫星组件模式，融合OpenFlow代理商的编程卫星节点，例如图3中的可编程卫星节点A、B、C、D、E；2)根据每一颗卫星可编程节点的运行状态和卫星之间的相互连接的特点(例如节点A、B、C、D、E的连接状态)，通过采用OpenFlow扩展协议的传输平面与控制平面相分离原则，由基于OpenFlow扩展协议的中心控制器控管每一颗卫星组件(图3的虚线表示)；3)在一个主用中心控制器的基础上，增加一个备用中心控制器，两者之间是通过热备份的形式进行通信，当主用中心控制器发生故障时，主用中心控制器的所有控制信息能够快速倒换到备用中心器上，防止因主用中心控制器发生故障而使得整个卫星网络无法正常工作。通过以上3点，可以建立软件定义卫星组网。

其次，建立应用服务需求。具体描述如下：

1)通过应用服务操作者发出业务需求(图3表示)；

2)通过中心控制器，可以感知应用服务需求，通过OpenFlow扩展协议的发出命令集(如图3表示)，需要在可编程卫星节点A到C之间建立卫星路由；

3)通过OpenFlow扩展协议的中心控制器来计算业务需求的卫星传输路径A-C(如图3表示)；

4)由可编程卫星节点A和C发现响应命令，告知中心控制器(如图3表示)，服务需求的卫星路由建立成功，可以进行服务需求的数据业务传输，完成数据传输后，释放资源并拆除卫星网络的传输路径。

为了建立软件定义卫星网络，承载应用服务的数据传输，保证应用服务在软件定义卫星网络中安全高效运行，其核心在于卫星组件引入可编程功能，通过基于OpenFlow扩展协议的集中控制器，可以对整个软件定义卫星网络进行实时状态监控。根据应用服务的属性需求，建立卫星网络的传输路径，完成业务需求的端到端传输。

为了快速完成卫星组网与统一卫星网络资源调度功能，增加卫星网络组件的可编程性，通过软件接入的方式进行卫星组网扩展，保证卫星网络功能与资源能够通过OpenFlow扩展协议进行集中控制与管理，提供更加灵活的卫星组网方式，简化卫星网络的资源调度与优化问题。

本发明的具体执行流程如图1所示，本发明提供了一套基于软件定义卫星组网方法，所述方法包括以下步骤：

根据卫星网络功能属性，增加卫星组网的灵活性和可扩展性功能，引入卫星组件的可编程硬件，嵌入软件开发功能，激活卫星收发与交换转换能力；

设置基于OpenFlow扩展协议的中心控制器，配置中心控制器与每一颗卫星可编程组件相互连接，通过基于OpenFlow扩展协议的中心控制器控管每一颗卫星组件；

考虑卫星组网链路的动态可变特性，通过周期性发出响应信号，自动发现与识别各颗卫星运行状态，适配各颗卫星资源占用状态；

根据软件定义网络的数据传输平面与控制平面相分离原则，进行卫星网络组件的可编程化，采用基于OpenFlow扩展协议的集中控制器，识别与监控每一颗卫星的运行与资源调度功能，完成基于软件定义卫星组网；

针对应用服务发出资源需求，根据任务的优先级别和卫星覆盖范围，运用OpenFlow扩展协议，由统一中心控制器发出命令集，采用不同的卫星路由算法，确定任务在卫星网络中传输路径；

在确定的任务传输路径上，根据应用服务属性，传输不同的数据业务，当完成应用服务需求时，释放卫星网络资源和拆除卫星网络传输路径。

通过以上执行步骤，根据应用服务业务属性，采用基于OpenFlow扩展协议，以中心控制器为核心，完成基于软件定义卫星组网任务，实现通过卫星网络数据传输的服务需求。

本发明基于软件定义卫星组网的装置，如图2所示，所述装置包括第一划分模块和第二划分模块，它的描述如下：

第一划分模块的主要功能是实现基于OpenFlow扩展协议的集中控管功能，并能够实时动态地了解与调整各颗卫星组网的资源信息，以及每一颗卫星的运行状态，采用基于OpenFlow扩展协议的集中控管模式进行卫星组网，建立软件定义卫星组网。第一划分模块主要包含：

—基于OpenFlow扩展协议的集中管控模块，该模块主要由主用与备用中心控制器组成，获得全部卫星网络的资源信息与卫星网络拓扑信息，监控每一颗卫星的运行状态，能够根据业务需求计算卫星网络的路由信息，为应用服务需求分配与释放相应的网络资源。

—卫星可编程硬件模块，该模块主要功能是引入了可编程的硬件模块，应用于卫星网络控制状态的监控，感知卫星资源使用状态，以及获取卫星运行参数。

—嵌入软件开发模块，该模块能够把开发的软件程序进行嵌入操作，并能够根据卫星组网需要进行动态修改，同时也可以根据业务需求的变化状态，修改软件的状态参数等信息。

—卫星运行状态模块：该模块能够监控卫星的实时运行状态，并根据用户任务需求，OpenFlow中心控制器接收用户信息，修改基于OpenFlow扩展协议的控制指令，由中心控制器下发控制指令，实时地改变卫星运行状态，以进行有效的软件定义卫星组网。

—卫星链路变化监控模块：该模块能够周期性地发出响应信息，能够监控卫星网络的链路状态信息，能够根据集中管控模块进行实时地改变卫星网络链路状态与信息，对卫星网络进行所有链路监控与分析。

第二划分模块主要针对在软件定义卫星组网中，根据应用服务需求，基于业务服务等级要求，由第一划分模块的集中控管模块发出命令集，建立应用服务需求的卫星网络路由与分配所需的传输资源，完成应用服务需求的数据传输，并释放应用需求占用的网络资源。第二划分模块主要包含：

—应用服务需求模块：该模块主要是用户根据需求发出的服务需求，例如通信、导航、授时、侦察等信息。

—中心控制器的命令集模块：该模块能够根据卫星网络的资源信息状态，以及执行在第一划分模块中基于OpenFlow扩展协议的集中控管模块的命令集合，完成应用需求的分发机制。

—卫星路由建立模块：该模块能够根据第一划分模块的集中管控模块的命令集合，开启卫星组网的路由计算功能，确定应用服务在软件定义卫星网络中的传输路径。

—数据业务传输模块：该模块主要进行应用业务需求的传输功能，保证业务需求的服务质量和端到端的业务传输。

—释放和拆除模块：该模块在完成应用服务的数据传输后，对软件卫星网络进行资源的释放与网络路由的拆除功能。

在上述装置描述中，通过不同模块之间的相互协作，完成软件定义卫星组网，除了上述模块，本发明装置还需要包括不同模块之间的判决和预警模块，基于OpenFlow扩展协议的主用中心控制器与备用中心控制器之间保护模块，执行各个模块之间的协调功能，以保证软件定义卫星网络的组建与执行。

实施例1

本实施例基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的方法，包括：

软件定义卫星网络的建立：基于OpenFlow扩展协议，利用中心控制器建立软件定义卫星网络，监控各颗卫星的运行状态以及监控卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态；

软件定义卫星网络的应用：OpenFlow中心控制器接收应用服务需求，根据各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态，确定数据业务传输路径，适配各颗卫星资源占用状态，完成数据业务的传输。

在本实施例中，软件定义卫星网络的应用具体包括：

S1OpenFlow中心控制器接收应用服务需求，根据应用服务需求的优先级别、卫星覆盖范围，运用OpenFlow扩展协议，采用相应的路由算法，计算应用服务需求传输的路由信息；

S2根据应用服务需求的路由信息，结合OpenFlow中心控制器获取的各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态判断是否能够建立相应的卫星传输路径，

若不能建立相应的卫星传输路径，则应用服务需求失败；

若能建立相应的卫星传输路径，则OpenFlow中心控制器根据应用服务需求类型结合获取的各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态以及业务数据传输时延限制需求，通过改变卫星运行状态、卫星链路状态建立应用服务需求的卫星传输路径；

S3在卫星传输路径上，查找应用服务需求的卫星资源，

若查找到，则OpenFlow中心控制器适配各颗卫星资源占用状态，为应用服务需求分配应用服务需求所需的传输资源完成应用服务需求的数据传输；

S4完成应用服务需求，释放卫星网络资源和拆除卫星网络传输路径。

在本实施例中，所述的软件定义卫星网络的建立具体包括：

在各卫星嵌入基于OpenFlow扩展协议的可编程模块；

采用集中管控的方法，基于OpenFlow扩展协议配置中心控制器与各卫星的通信连接；

中心控制器基于OpenFlow扩展协议，周期性地获取各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态。

实施例2

本实施例本实施例基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的方法，在实施例1的基础上，所述的OpenFlow中心控制器包括基于OpenFlow扩展协议的主用与备用中心控制器，备用中心控制器通过热备份的方式与主用中心控制器进行实时数据、控制指令、控制协议、控制流表的信息交换与备份；

若主用控制器失效或故障，备用中心控制器自动开启热备份功能，把主用控制器的所有控制卫星网络信息快速倒换到备用中心器上，通过备用中心控制器快速代替主用中心控制器。

实施例3

本实施例基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的系统，包括：

卫星网络系统，包括多颗卫星，其中各颗卫星带有可编程硬件模块；所述可编程硬件模块用于获取该卫星运行状态、链路状态、资源使用状态；

OpenFlow中心控制器，用于接收应用服务需求，根据各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态，确定数据业务传输路径，适配各颗卫星资源占用状态，完成数据业务的传输；OpenFlow中心控制器包括主用与备用OpenFlow中心控制器，备用中心控制器通过热备份的方式对主用中心控制器进行信息备份，当主用控制器失效或故障，备用中心控制器自动开启热备份功能，并快速代替主用中心控制器，保证卫星组网的可靠性、稳定性与安全性。

所述OpenFlow中心控制器包括：

卫星路由建立模块：用于接收应用服务需求，根据应用服务需求的优先级别、卫星覆盖范围，运用OpenFlow扩展协议，采用相应的路由算法，计算应用服务需求传输的路由信息；

卫星链路变化监控模块：用于根据应用服务需求的路由信息，结合OpenFlow中心控制器获取的各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态判断是否能够建立相应的卫星传输路径，

若不能建立相应的卫星传输路径，则应用服务需求失败；

若能建立相应的卫星传输路径，则OpenFlow中心控制器根据应用服务需求类型结合获取的各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态以及业务数据传输时延限制需求，通过改变卫星运行状态、卫星链路状态建立应用服务需求的卫星传输路径；

数据业务传输模块：用于在卫星传输路径上，查找应用服务需求的卫星资源，

若查找到，则OpenFlow中心控制器适配各颗卫星资源占用状态，为应用服务分配其所需的传输资源，完成应用服务需求的数据传输；

释放和拆除模块：用于在完成应用服务需求时，释放卫星网络资源和拆除卫星网络传输路径。

本实施中，所述可编程硬件模块包括：

卫星运行状态模块：用于监控卫星的实时运行状态，并且能够实时改变卫星运行状态；

卫星资源占用模块：用于监控卫星实时的资源占用情况，并且能够实时改变卫星资源占用状态。

上述各实施例中，获取各颗卫星的运行状态的周期为卫星网络运行状态需求的某一时间间隔。OpenFlow控制器向各颗卫星发出以卫星网络运行状态需求的响应信号，根据各颗卫星响应反馈信息属性，通过查找OpenFlow扩展协议的响应反馈流表，发现并识别各颗卫星运行状态。

上述各实施例中，所述的OpenFlow扩展协议具体包括：

扩展协议的流表匹配，以应用服务操作信息为载体，通过中心控制器与卫星可编程硬件模块进行信息流表的匹配，实现应用业务接入卫星与分配软件定义卫星网络的资源；

利用卫星指令控制信息交换，中心控制器下发指令到卫星可编程硬件模块，该卫星可编程硬件模块反馈信息给中心控制器，形成由中心控制器对业务传输流程统一控制与数据信息交换；

中心控制器的资源信息转发，通过软件定义卫星模块对各颗卫星资源使用状态、运行状态、收发功能进行信息载体的转发。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，并不用于限制本发明，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的方法，其特征在于，包括：

软件定义卫星网络的建立：基于OpenFlow扩展协议，利用中心控制器建立软件定义卫星网络，监控各颗卫星的运行状态以及监控卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态；

软件定义卫星网络的应用：OpenFlow中心控制器接收应用服务需求，根据各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态，确定数据业务传输路径，适配各颗卫星资源占用状态，完成数据业务的传输；

所述的OpenFlow扩展协议具体包括：

扩展协议的流表匹配，以应用服务操作信息为载体，通过中心控制器与卫星可编程硬件模块进行信息流表的匹配，实现应用业务接入卫星与分配软件定义卫星网络的资源；

利用卫星指令控制信息交换，中心控制器下发指令到卫星可编程硬件模块，该卫星可编程硬件模块反馈信息给中心控制器，形成由中心控制器对业务传输流程统一控制与数据信息交换；

中心控制器的资源信息转发，通过软件定义卫星模块对各颗卫星资源使用状态、运行状态、收发功能进行信息载体的转发；

建立软件定义卫星组网架构具体描述如下：1)根据卫星组件的可编程功能属性，基于软件嵌入卫星组件模式，融合OpenFlow代理商的编程卫星节点；2)根据每一颗卫星可编程节点的运行状态和卫星之间的相互连接的特点，通过采用OpenFlow扩展协议的传输平面与控制平面相分离原则，由基于OpenFlow扩展协议的中心控制器控管每一颗卫星组件；3)在一个主用中心控制器的基础上，增加一个备用中心控制器，两者之间是通过热备份的形式进行通信，当主用中心控制器发生故障时，主用中心控制器的所有控制信息能够快速倒换到备用中心器上，防止因主用中心控制器发生故障而使得整个卫星网络无法正常工作；

软件定义卫星网络的应用具体包括：

S1 OpenFlow中心控制器接收应用服务需求，根据应用服务需求的优先级别、卫星覆盖范围，运用OpenFlow扩展协议，采用相应的路由算法，计算应用服务需求传输的路由信息；

S2根据应用服务需求的路由信息，结合OpenFlow中心控制器获取的各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态判断是否能够建立相应的卫星传输路径，

若不能建立相应的卫星传输路径，则应用服务需求失败；

若能建立相应的卫星传输路径，则OpenFlow中心控制器根据应用服务需求类型结合获取的各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态以及业务数据传输时延限制需求，通过改变卫星运行状态、卫星链路状态建立应用服务需求的卫星传输路径；

S3在卫星传输路径上，查找应用服务需求的卫星资源，

若查找到，则OpenFlow中心控制器适配各颗卫星资源占用状态，为应用服务需求分配应用服务需求所需的传输资源完成应用服务需求的数据传输；

S4完成应用服务需求，释放卫星网络资源和拆除卫星网络传输路径。

2.根据权利要求1所述的基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的方法，其特征在于，所述的软件定义卫星网络的建立具体包括：

在各卫星嵌入基于OpenFlow扩展协议的可编程模块；

采用集中管控的方法，基于OpenFlow扩展协议配置中心控制器与各卫星的通信连接；

中心控制器基于OpenFlow扩展协议，周期性地获取各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态。

3.根据权利要求1所述的基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的 方法，其特征在于，所述的OpenFlow中心控制器包括基于OpenFlow扩展协议的主用与备用中心控制器，备用中心控制器通过热备份的方式与主用中心控制器进行实时数据、控制指令、控制协议、控制流表的信息交换与备份；

若主用控制器失效或故障，备用中心控制器自动开启热备份功能，把主用控制器的所有控制卫星网络信息快速倒换到备用中心器上，通过备用中心控制器快速代替主用中心控制器。

4.根据权利要求1所述的基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的方法，其特征在于，获取各颗卫星的运行状态的周期为卫星网络运行状态需求的某一时间间隔。

5.根据权利要求1所述的基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的方法，其特征在于，OpenFlow控制器向各颗卫星发出以卫星网络运行状态需求的响应信号，根据各颗卫星响应反馈信息属性，通过查找OpenFlow扩展协议的响应反馈流表，发现并识别各颗卫星运行状态。

6.一种基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的系统，其特征在于，包括：

卫星网络系统，包括多颗卫星，其中各颗卫星带有可编程硬件模块；所述可编程硬件模块用于获取该卫星运行状态、链路状态、资源使用状态；

OpenFlow中心控制器，用于接收应用服务需求，根据各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态，确定数据业务传输路径，适配各颗卫星资源占用状态，完成数据业务的传输；OpenFlow中心控制器包括主用与备用OpenFlow中心控制器，备用中心控制器通过热备份的方式对主用中心控制器进行信息备份，当主用控制器失效或故障，备用中心控制器自动开启热备份功能，并快速代替主用中心控制器，保证卫星组网的可靠性、稳定性与安全性；

所述的OpenFlow扩展协议具体包括：

扩展协议的流表匹配，以应用服务操作信息为载体，通过中心控制器与卫星可编程硬件模块进行信息流表的匹配，实现应用业务接入卫星与分配软件定义卫星网络的资源；

利用卫星指令控制信息交换，中心控制器下发指令到卫星可编程硬件模块，该卫星可编程硬件模块反馈信息给中心控制器，形成由中心控制器对业务传输流程统一控制与数据信息交换；

中心控制器的资源信息转发，通过软件定义卫星模块对各颗卫星资源使用状态、运行状态、收发功能进行信息载体的转发；

具体地，所述的软件定义卫星网络的建立具体包括：

在各卫星嵌入基于OpenFlow扩展协议的可编程模块；

采用集中管控的方法，基于OpenFlow扩展协议配置中心控制器与各卫星的通信连接；

中心控制器基于OpenFlow扩展协议，周期性地获取各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态；

软件定义卫星网络的应用具体包括：

S1 OpenFlow中心控制器接收应用服务需求，根据应用服务需求的优先级别、卫星覆盖范围，运用OpenFlow扩展协议，采用相应的路由算法，计算应用服务需求传输的路由信息；

S2根据应用服务需求的路由信息，结合OpenFlow中心控制器获取的各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态判断是否能够建立相应的卫星传输路径，

若不能建立相应的卫星传输路径，则应用服务需求失败；

若能建立相应的卫星传输路径，则OpenFlow中心控制器根据应用服务需求类型结合获取的各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态以及业务数据传输时延限制需求，通过改变卫星运行状态、卫星链路状态建立应用服务需求的卫星传输路径。

7.根据权利要求6所述的基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的系统，其特征在于，所述OpenFlow中心控制器包括：

卫星路由建立模块：用于接收应用服务需求，根据应用服务需求的优先级别、卫星覆盖范围，运用OpenFlow扩展协议，采用相应的路由算法，计算应用服务需求传输的路由信息；

卫星链路变化监控模块：用于根据应用服务需求的路由信息，结合OpenFlow中心控制器获取的各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态判断是否能够建立相应的卫星传输路径，

若不能建立相应的卫星传输路径，则应用服务需求失败；

若能建立相应的卫星传输路径，则OpenFlow中心控制器根据应用服务需求类型结合获取的各颗卫星的运行状态、卫星网络的链路状态、卫星资源使用状态以及业务数据传输时延限制需求，通过改变卫星运行状态、卫星链路状态建立应用服务需求的卫星传输路径；

数据业务传输模块：用于在卫星传输路径上，查找应用服务需求的卫星资源，

若查找到，则OpenFlow中心控制器适配各颗卫星资源占用状态，为应用服务分配其所需的传输资源，完成应用服务需求的数据传输；

释放和拆除模块：用于在完成应用服务需求时，释放卫星网络资源和拆除卫星网络传输路径。

8.根据权利要求6所述的基于OpenFlow扩展协议的软件定义卫星组网的系统，其特征在于，所述可编程硬件模块包括：

卫星运行状态模块：用于监控卫星的实时运行状态，并且能够实时改变卫星运行状态；

卫星资源占用模块：用于监控卫星实时的资源占用情况，并且能够实时改变卫星资源占用状态。