CN110401478A - 一种基于sdn技术的空间信息网络管控方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种空间信息网络管控方法，包括：进行网络初始化，所述网络初始化包括划分控制面和数据面；配置控制面；控制面感知业务需求；控制面板预判网络负载情况；当预判结果为网络负载均衡时，网络采用传统的IP交换完成数据传输任务，然后释放数据面资源；以及当预判结果为出现局部过载时，控制面基于SDN(软件定义网络)技术的网络控制协议，生成路由表项，根据路由表项配置数据面，数据面执行业务，数据面在业务执行完毕后释放数据面资源。

Description

一种基于SDN技术的空间信息网络管控方法
技术领域
本发明涉及卫星通信技术领域，尤其涉及基于SDN的空间信息网络管控方法。
背景技术
空间信息网络是以空间平台(包括高轨卫星、低轨卫星、平流层气球或其它航空飞行器等)为载体，实时获取、传输和处理空间信息的网络系统。作为国家重要信息基础设施，空间信息网络可以服务远洋航行、应急救援、导航定位、航空运输和航天测控等重大应用。目前，国内外相关机构和组织已投入大量的人力和物力开展空间信息网络相关技术研究及实验验证。
空间信息网络一般包括了高轨卫星的骨干网、低轨卫星的接入传输网和地面网络，具有明显的网络异构特性。同时，由于卫星的代际差异以及所属系统不同，其通信频段、带宽、天线类型、缓存空间和计算能力等星载资源存在较大的差异。由此可见，空间信息网络具有网络异构和资源异质的特点。
随着空间业务的数量和种类均日益增多，这些业务对资源的需求不尽相同。从传输方式上可分为单用户宽带数据传输业务、单用户窄带数据传输业务、集群内多用户数据传输业务、集群间跨域数据传输业务；从业务类型上可分为高速业务、低速业务和短消息业务；从时延要求上可分为实时业务和非实时业务。由此可见，空间信息网络的业务需求多样。
综上所述，空间信息网络具有网络拓扑异构、节点资源异质和空间业务需求多样化的特点，这些特点对网络管理控制方法的方案设计提出了巨大的挑战。
现有的卫星网络管理控制方法大多采用ATM(异步传送模式)交换方式和IP(网际协议地址)交换方式。
ATM交换方式的实现方案如下：第一步，卫星采用ATM交换路由器，每颗星有多条星间链路；第二步，ATM交换机根据网络拓扑结构计算出固定的路由表项；第三步，ATM交换机根据业务需求情况进行星上交互。由于第二步和第三步的这种实现方式，使得这种交换方式只能适用于网络拓扑固定不变的空间信息网络；因为第二步的实现方式，这种方式更适合应用在网络拓扑变化较慢的场景中。
IP交换方式的实现方案如下：第一步，卫星采用IP路由器，每颗星有多条星间链路；第二步IP路由器周期感知全网链路状态信息，维护全网拓扑结构；第三步，IP路由器根据网络拓扑结构，生成路由表；第四步IP路由器根据路由表生成交换变，根据交换表完成数据的交互。其中，第二步，当网络拓扑动态变化时，IP路由器需要大量的控制信令开销来维护网络拓扑；第三步，IP路由器需要大量的计算资源来计算网络路由表。
由于空间信息网络中的高轨卫星、低轨卫星和平流层气球之间的网络拓扑动态变化，使得现有的网络协议无法很好的满足空间信息网络的数据传输需求。
针对空间信息网络具有网络拓扑异构、节点资源异质和空间业务需求多样化的特点，需要综合考虑空间信息网络中多种多样的空间资源，给出高效的网络信息网络管控方法。
发明内容
针对空间信息网络具有网络拓扑异构、节点资源异质和空间业务需求多样化的特点，需要综合考虑空间信息网络中多种多样的空间资源，给出高效的网络信息网络管控方法，根据本发明的一个方面，提供一种基于SDN的空间信息网络管控方法，包括：
进行网络初始化，所述网络初始化包括划分控制面和数据面；
配置控制面；
控制面感知业务需求；
控制面板预判网络负载情况；
当预判结果为网络负载均衡时，网络采用传统的IP交换完成数据传输任务，然后释放数据面资源；以及
当预判结果为出现局部过载时，控制面基于软件定义网络SDN技术的网络控制协议，生成路由表项，根据路由表项配置数据面，数据面执行业务，数据面在业务执行完毕后释放数据面资源。
在本发明的一个实施例中，所述控制面包括地面主控站和高轨卫星，控制面了解全网的星历和网络拓扑，且控制面控制网络；所述数据面为其他网元，数据面接收所述控制面的控制信息，然后根据路由表项完成数据传输业务，随后释放资源。
在本发明的一个实施例中，所述控制面感知业务需求是所述控制面通过历史数据挖掘或动态业务感知，感知业务需求情况。
在本发明的一个实施例中，所述控制面板预判网络负载情况是所述控制面根据当前网络负载情况和后续的业务感知结果，预判后续的网络负载情况。
在本发明的一个实施例中，所述数据面执行业务为所述数据面根据执行树完成数据传输业务。
本发明提供一种基于SDN的空间信息网络管控方法，从SDN(软件定义网络)的角度将空间信息网络架构分为控制面和数据面。控制面与其他网元具有较好的连接链路，能够方便的收集其他网元的资源剩余情况信息和业务需求信息，当空间信息网络中出现局部链路过载时，控制面动态生成路由表，规避过载链路，实现全网的负载均衡。本发明的该种基于SDN的空间信息网络管控方法可以满足空间信息网络中不同类型的数据传输业务，提高资源利用率。
附图说明
为了进一步阐明本发明的各实施例的以上和其它优点和特征，将参考附图来呈现本发明的各实施例的更具体的描述。可以理解，这些附图只描绘本发明的典型实施例，因此将不被认为是对其范围的限制。在附图中，为了清楚明了，相同或相应的部件将用相同或类似的标记表示。
图1示出根据本发明的一个实施例提出的一种基于SDN技术的空间信息网络管控系统架构示意图；
图2示出根据本发明的一个实施例提出的一种基于SDN技术的空间信息网络管控方法的流程图。
具体实施方式
在以下的描述中，参考各实施例对本发明进行描述。然而，本领域的技术人员将认识到可在没有一个或多个特定细节的情况下或者与其它替换和/或附加方法、材料或组件一起实施各实施例。在其它情形中，未示出或未详细描述公知的结构、材料或操作以免使本发明的各实施例的诸方面晦涩。类似地，为了解释的目的，阐述了特定数量、材料和配置，以便提供对本发明的实施例的全面理解。然而，本发明可在没有特定细节的情况下实施。此外，应理解附图中示出的各实施例是说明性表示且不一定按比例绘制。
在本说明书中，对“一个实施例”或“该实施例”的引用意味着结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。在本说明书各处中出现的短语“在一个实施例中”并不一定全部指代同一实施例。
需要说明的是，本发明的实施例以特定顺序对方法步骤进行描述，然而这只是为了方便区分各步骤，而并不是限定各步骤的先后顺序，在本发明的不同实施例中，可根据方法的调节来调整各步骤的先后顺序。
本发明提供一种基于SDN的空间信息网络管控方法，从SDN(软件定义网络)的角度将空间信息网络架构分为控制面和数据面。控制面与其他网元具有较好的连接链路，能够方便的收集其他网元的资源剩余情况信息和业务需求信息，当空间信息网络中出现局部链路过载时，控制面动态生成路由表，规避过载链路，实现全网的负载均衡。本发明的该种基于SDN的空间信息网络管控方法可以满足空间信息网络中不同类型的数据传输业务，提高资源利用率。
下面结合图1来详细介绍根据本发明的一个实施例的一种基于SDN技术的空间信息网络管控系统架构。图1示出根据本发明的一个实施例提出的一种基于SDN技术的空间信息网络管控系统架构示意图；如图1所示，该基于SDN技术的空间信息网络管控架构从软件定义网络(SDN)的角度将架构分为控制面和数据面。其中控制面包括地面主控站和高轨卫星，控制面了解全网的星历和网络拓扑，且控制面与全网的连接链路多，能够较方便地控制网络；其他网元承载数据面的功能，数据面接收控制面的控制信息，即接收业务执行数命令，然后数据面根据路由表项，完成数据传输业务，随后释放资源。一方面，数据面支持基于IP的网络交换协议，另一方面，控制面根据网路负载情况和业务类型动态生成路由，从而实现网络负载均衡。控制面与其他网元具有较好的连接链路，能够方便的收集其他网元的资源剩余情况信息和业务需求信息。当网络中出现局部链路过载时，控制面动态生成路由表，规避过载链路，实现全网的负载均衡。
下面再结合图2来详细介绍根据本发明的一个实施例的一种空间信息网络管控方法。图2示出根据本发明的一个实施例提出的一种空间信息网络管控方法的流程图。
首先，在步骤一，进行网络初始化。初始化网络配置，包括划分控制面和数据面。
接下来，在步骤二，配置控制面。控制面包括地面主控站和高轨卫星，控制面了解全网的星历和网络拓扑，且控制面与全网的连接链路多，能够较方便地控制网络。
然后，在步骤三，感知业务需求。控制面通过历史数据挖掘或者动态业务感知，感知业务需求情况
接下来，在步骤四，预判网络负载情况。具体根据当前网络负载情况和后续的业务感知结果，预判后续的网络负载情况。
如果步骤四的预判结果为网络负载均衡，在步骤五，网络采用传统的IP交换完成数据传输任务。
然后，在步骤六，释放数据面资源。数据面完成业务后，释放资源。
如果步骤四的预判结果为出现局部过载，在步骤七，生成路由表项。具体生成路由表项为采用基于SDN的网络协议，控制面生成路由表项。
然后，在步骤八，配置数据面。具体为根据路由表配置数据面。
接下来，在步骤九，数据面执行业务。数据面根据执行树完成数据传输业务。
最后，进入步骤六，释放数据面资源。数据面完成业务后，释放资源。
基于本发明提供的该种基于SDN的空间信息网络管控方法，从SDN(软件定义网络)的角度将空间信息网络架构分为控制面和数据面。控制面与其他网元具有较好的连接链路，能够方便的收集其他网元的资源剩余情况信息和业务需求信息，当空间信息网络中出现局部链路过载时，控制面动态生成路由表，规避过载链路，实现全网的负载均衡。本发明的该种基于SDN的空间信息网络管控方法可以满足空间信息网络中不同类型的数据传输业务，提高资源利用率。
尽管上文描述了本发明的各实施例，但是，应该理解，它们只是作为示例来呈现的，而不作为限制。对于相关领域的技术人员显而易见的是，可以对其做出各种组合、变型和改变而不背离本发明的精神和范围。因此，此处所公开的本发明的宽度和范围不应被上述所公开的示例性实施例所限制，而应当仅根据所附权利要求书及其等同替换来定义。

Claims (5)

1.一种空间信息网络管控方法，包括：
进行网络初始化，所述网络初始化包括划分控制面和数据面；
配置控制面；
控制面感知业务需求；
控制面板预判网络负载情况；
当预判结果为网络负载均衡时，网络采用传统的IP交换完成数据传输任务，然后释放数据面资源；以及
当预判结果为出现局部过载时，控制面基于软件定义网络SDN技术的网络控制协议，生成路由表项，根据路由表项配置数据面，数据面执行业务，数据面在业务执行完毕后释放数据面资源。
2.如权利要求1所述的空间信息网络管控方法，其特征在于，所述控制面包括地面主控站和高轨卫星，控制面了解全网的星历和网络拓扑，且控制面控制网络；所述数据面为其他网元，数据面接收所述控制面的控制信息，然后根据路由表项完成数据传输业务，随后释放资源。
3.如权利要求1所述的空间信息网络管控方法，其特征在于，所述控制面感知业务需求是所述控制面通过历史数据挖掘或动态业务感知，感知业务需求情况。
4.如权利要求1所述的空间信息网络管控方法，其特征在于，所述控制面板预判网络负载情况是所述控制面根据当前网络负载情况和后续的业务感知结果，预判后续的网络负载情况。
5.如权利要求1所述的空间信息网络管控方法，其特征在于，所述数据面执行业务为所述数据面根据执行树完成数据传输业务。
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