CN112733311A - 卫星通信仿真方法及卫星通信仿真平台 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种卫星通信仿真方法及卫星通信仿真平台，该方法应用于卫星通信仿真平台，卫星通信仿真平台包括软件定义网络SDN控制器；该方法包括：SDN控制器接收第一通信节点发送的请求信息，请求消息用于指示第一通信节点与第二通信节点之间进行通信仿真；第一通信节点和第二通信节点为网络拓扑结构中的任意两个不同的通信节点；SDN控制器根据请求消息和网络拓扑结构，确定第一通信节点与第二通信节点之间的目标通信路径；SDN控制器将所述目标通信路径分别发送给第一通信节点和第二通信节点，以使第一通信节点和第二通信节点根据目标通信路径进行数据传输。本发明提供的卫星通信仿真方法及卫星通信仿真平台，可以降低通信时延，提高实时通信的质量。

Description

卫星通信仿真方法及卫星通信仿真平台

技术领域

本发明涉及网络通信领域，尤其涉及一种卫星通信仿真方法及卫星通信仿真平台。

背景技术

随着信息通信技术的飞速发展，信息通信网络(尤其是互联网)对当前的各种社会活动已经产生深刻影响，网络用户数量爆炸性增长、网络规模的逐步扩大、应用创新层出不穷的同时，人们对信息通信网络的可靠性、稳定性及安全性的要求也越来越高。

现有技术中，信息通信的主要方式为卫星通信和地面的移动网络通信。

其中，卫星通信通常采用“弯管式”转发至地面终端设备，实现简单的通信中继，即地面站将信号发送给地球同步轨道卫星，地球同步轨道卫星再将信号转发到地面，卫星相当于一个通信的转发站。但卫星通信相较于地面的移动网络通信，可以不受地理位置、自然条件等因素限制，只要在卫星信号覆盖的范围内，就可以实现通信。

但是，由于卫星和地面站的距离较远，导致卫星和地面站的时延较大，在进行实时语音通信或在线视频会议等通信业务时，通信的服务质量并不出色。

发明内容

本发明实施例提供的卫星通信仿真方法及卫星通信仿真平台，不仅可以降低通信节点之间的通信时延，还可以提高通信节点之间的实时通信质量。

根据本发明实施例的第一方面，提供一种卫星通信仿真方法，应用于卫星通信仿真平台，所述卫星通信仿真平台包括软件定义网络(Software-defined Networking，SDN)控制器；所述方法包括：

所述SDN控制器接收第一通信节点发送的请求信息，所述请求消息用于指示所述第一通信节点与第二通信节点之间进行通信仿真，所述第一通信节点和所述第二通信节点为网络拓扑结构中的任意两个不同的通信节点；

所述SDN控制器根据所述请求消息和所述网络拓扑结构，确定所述第一通信节点与所述第二通信节点之间的目标通信路径；

所述SDN控制器将所述目标通信路径分别发送给所述第一通信节点和所述第二通信节点，以使所述第一通信节点和所述第二通信节点根据所述目标通信路径进行数据传输。

可选的，所述SDN控制器根据所述请求消息和所述网络拓扑结构，确定所述第一通信节点与所述第二通信节点之间的目标通信路径，包括：

所述SDN控制器根据所述请求消息和所述网络拓扑结构，构建所述第一通信节点和所述第二通信节点之间的路由信息，所述路由信息中包括至少一条所述第一通信节点和所述第二通信节点之间的通信路径；

所述SDN控制器根据所述路由信息，确定所述目标通信路径。

可选的，所述SDN控制器根据所述路由信息，确定所述目标通信路径，包括：

所述SDN控制器读取所述路由信息中每条通信路径的剩余生存时长，所述剩余生存时长为通信路径剩余的有效通信时长；

判断所述路由信息中是否存在剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径；

若存在，则计算剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径中的每条通信路径的路径距离，并将最短的通信路径确定为所述目标通信路径。

可选的，所述方法还包括：

若不存在剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径时，则判断所述通信路径中是否存在剩余生存时长大于第二阈值的通信路径；

若存在剩余生存时长大于第二阈值的通信路径，则将通信路径剩余生存时长最长的通信路径确定为所述目标通信路径；

若所述路由信息中的通信路径剩余生存时长均小于或等于所述第二阈值，则重新构建所述网络拓扑结构中所述第一通信节点和所述第二通信节点之间的路由信息，并根据重新构建的路由信息，确定所述目标通信路径。

可选的，所述卫星通信仿真平台还包括网络仿真单元，所述SDN控制器根据所述请求消息和所述网络拓扑结构，构建所述第一通信节点和所述第二通信节点之间的路由信息之前，所述方法还包括：

所述网络仿真单元获取多个通信节点之间的链路信息；

所述网络仿真单元根据所述多个通信节点之间的链路信息，构建所述网络拓扑结构；

所述网络仿真单元向所述SDN控制器提供所述网络拓扑结构。

可选的，所述卫星通信仿真平台还包括卫星态势仿真单元，所述网络仿真单元获取多个通信节点之间的链路信息包括：

所述卫星态势仿真单元根据所述多个通信节点信息，确定所述多个通信节点之间的链路信息；

所述卫星态势仿真单元向所述网络仿真单元提供所述多个通信节点之间的链路信息。

可选的，所述卫星通信仿真平台还包括场景演示界面；所述SDN控制器根据所述请求消息和所述网络拓扑结构，确定所述第一通信节点与所述第二通信节点之间的目标通信路径之后，所述方法还包括：

所述场景演示界面接收通信仿真信息，所述通信仿真信息包括：所述网络拓扑结构、所述目标通信路径以及多个通信节点信息中至少一种；

所述场景演示界面显示所述通信仿真信息。

根据本发明实施例的第二方面，提供一种卫星通信仿真平台，所述卫星通信仿真平台包括软件定义网络SDN控制器；所述SDN控制器，用于接收第一通信节点发送的请求信息，所述请求消息用于指示所述第一通信节点与第二通信节点之间进行通信仿真，所述第一通信节点和所述第二通信节点为网络拓扑结构中的任意两个不同的通信节点；

所述SDN控制器，用于根据所述请求消息和所述网络拓扑结构，确定所述第一通信节点与所述第二通信节点之间的目标通信路径；

所述SDN控制器，用于将所述目标通信路径分别发送给所述第一通信节点和所述第二通信节点，以使所述第一通信节点和所述第二通信节点根据所述目标通信路径进行数据传输。

可选的，所述SDN控制器，具体用于：

根据所述请求消息和所述网络拓扑结构，构建所述第一通信节点和所述第二通信节点之间的路由信息，所述路由信息中包括至少一条所述第一通信节点和所述第二通信节点之间的通信路径；

根据所述路由信息，确定所述目标通信路径。

可选的，所述SDN控制器，具体用于：

读取所述路由信息中每条通信路径的剩余生存时长，所述剩余生存时长为通信路径剩余的有效通信时长；

判断所述路由信息中是否存在剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径；

若存在，则计算剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径中的每条通信路径的路径距离，并将最短的通信路径确定为所述目标通信路径。

可选的，所述SDN控制器，具体用于：

若不存在剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径时，则判断所述通信路径中是否存在剩余生存时长大于第二阈值的通信路径；

若存在剩余生存时长大于第二阈值的通信路径，则将通信路径剩余生存时长最长的通信路径确定为所述目标通信路径；

若所述路由信息中的通信路径剩余生存时长均小于或等于所述第二阈值，则重新构建所述网络拓扑结构中所述第一通信节点和所述第二通信节点之间的路由信息，并根据重新构建的路由信息，确定所述目标通信路径。

可选的，所述卫星通信仿真平台还包括网络仿真单元，所述网络仿真单元，具体用于：

获取多个通信节点之间的链路信息；

根据所述多个通信节点之间的链路信息，构建所述网络拓扑结构；

向所述SDN控制器提供所述网络拓扑结构。

可选的，所述卫星通信仿真平台还包括卫星态势仿真单元，所述卫星态势仿真单元，具体用于：

根据所述多个通信节点信息，确定所述多个通信节点之间的链路信息；

向所述网络仿真单元提供所述多个通信节点之间的链路信息。

可选的，所述卫星通信仿真平台还包括场景演示界面，所述场景演示界面，具体用于：

接收通信仿真信息，所述通信仿真信息包括：所述网络拓扑结构、所述目标通信路径以及多个通信节点信息中至少一种；

显示所述通信仿真信息。

本发明实施例提供一种卫星通信仿真方法及卫星通信仿真平台，该方法应用于卫星通信仿真平台，所述卫星通信仿真平台包括软件定义网络SDN控制器；所述SDN控制器接收第一通信节点发送的请求信息，且所述请求消息用于指示所述第一通信节点与第二通信节点之间进行通信仿真，所述第一通信节点和所述第二通信节点为网络拓扑结构中的任意两个不同的通信节点；进一步的，所述SDN控制器根据所述请求消息和网络拓扑结构，确定所述第一通信节点与所述第二通信节点之间的目标通信路径；继而所述SDN控制器将所述目标通信路径分别发送给所述第一通信节点和所述第二通信节点，以使所述第一通信节点和所述第二通信节点根据所述目标通信路径进行数据传输。由于SDN控制器可以根据网络拓扑结构中构建第一通信节点和第二通信节点通信仿真的路由信息，进而根据路由信息通过路由算法确定第一通信节点和第二通信节点的最优通信路径，也即目标通信路径，这样确定出的目标通信路径，不仅可以降低通信节点之间的通信时延，还可以提高通信节点之间实时通信的质量。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种应用场景图；

图2是本发明实施例提供的一种SDN网络架构以及接口的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的一种卫星通信仿真方法的流程示意图；

图4是本发明实施例提供的另一种卫星通信仿真方法的流程示意图；

图5A是本发明实施例提供一种GEO的网络拓扑结构图；

图5B是本发明实施例提供的一种MEO的网络拓扑结构图；

图5C是本发明实施例提供的另一种MEO的网络拓扑结构图；

图5D是本发明实施例提供的一种LEO的网络拓扑结构图；

图5E是本发明实施例提供的另一种LEO的网络拓扑结构图；

图6是本发明实施例提供的一种划分时间片构建网络拓扑的原理图；

图7是本发明实施例提供的一种路由算法模块与SDN控制器的接口交互示意图；

图8是本发明实施例提供的又一种卫星通信仿真方法的流程示意图；

图9是本发明实施例提供的一种基于SDN的空间卫星网络架构示意图；

图10是本发明实施例提供的一种基于集群结构的一体化控制器架构设计示意图；

图11是本发明实施例提供的一种在跨域链路上建立意图的示意图；

图12是本发明实施例提供的一种Packet-Optical多层路径建立流程示意图；

图13是本发明实施例提供的一种路由算法实现的流程示意图；

图14是本发明实施例提供的一种卫星通信仿真平台的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明实施例提供的卫星通信仿真方法，可以应用于两个通信节点之间进行通信的仿真通信应用场景中。图1是本发明实施例提供的一种应用场景图，如图1所示，第一通信节点200和第二通信节点300可以为地面站。现有技术中，第一通信节点200和第二通信节点300为地面站时，在第一通信节点200需要和第二通信节点300之间进行通信时，第一通信节点200需要向中继卫星100发送通信请求，中继卫星100根据第一通信节点200 发送的请求信息，将信号发送至第二通信节点300，在此通信过程中，中继卫星100为转发设备，实现第一通信节点200和第二通信节点300之间的通信。

但是，现有技术中的这种通信方式，一方面，由于中继卫星的处理能力有限，在卫星通信网络较为复杂的情况下，频繁的链路切换会造成中继卫星负载过重，进而导致通信业务服务质量(Quality of Service，QoS)不能得到保证。

另一方面，当第一通信节点200和第二通信节点300为地面站时，这种方法对用户设备的发射和接收设备的功率要求较高，且频率资源利用率低。同时，中继卫星和地面站的距离较远，导致中继卫星和地面站之间的时延较大，致使在进行实时语音通信或在线视频会议等通信业务时，通信服务的质量较差。随着光通信技术在空间应用中逐渐成熟，也可以实现卫星之间的通信，即空间中特定轨道平面内的卫星之间可以通过激光链路相互连接，构建成可进行数据交换的互联光网络，并且可以与地面接收站设备相结合，形成立体的全方位的天地一体的通信网络，以实现卫星之间迅速、有效且高可靠的信息传输。由于天地一体化网络中的通信节点类型众多，致使不同通信节点在空间和地面运行的功能和介入传输能力存在迥异，且网络拓扑结构不固定，进而在处理端到端互联需求时，无法构建全局路由信息。除此之外，天基信息网络的体系结构还存在诸多可扩展性、异构型等问题。

本发明考虑到上述问题，提出一种卫星通信仿真方法及卫星通信仿真平台，该方法应用于卫星通信仿真平台，卫星通信仿真平台包括软件定义网络SDN控制器；该方法包括：SDN控制器接收第一通信节点发送的请求信息，且请求消息用于指示第一通信节点与第二通信节点之间进行通信仿真，第一通信节点和第二通信节点为网络拓扑结构中的任意两个不同的通信节点；进一步的，SDN控制器根据请求消息和网络拓扑结构，确定第一通信节点与第二通信节点之间的目标通信路径；继而SDN控制器将目标通信路径分别发送给第一通信节点和第二通信节点，以使第一通信节点和第二通信节点根据目标通信路径进行数据传输。由于SDN控制器可以根据网络拓扑结构，通过路由算法计算出第一通信节点和第二通信节点通信仿真的路由信息，进而根据路由信息确定第一通信节点和第二通信节点的目标通信路径，这样确定出的目标通信路径，不仅可以降低通信节点之间的通信时延，还可以提高通信节点之间的实时通信质量。

下面以具体的实施例对本发明的技术方案进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例不再赘述。

在介绍具体的实施例之前，先对SDN架构进行介绍：

SDN架构主要由SDN控制器、交换机以及SDN交换机和控制器之间的协议构成， SDN最主要的特征是将网络中的控制功能和转发功能分离。由于SDN控制器具有全局的逻辑视图，因此，SDN架构中的交换机仅仅作为通信网络中简单的转发设备，在本发明实施例中，将通信节点作为SDN架构中的交换机，主要进行数据信息的转发。SDN控制器通过对通信网络的逻辑集中式控制和可编程性，以实现对通信网络的统一管理。另外，OpenFlow协议是目前较为主流的通信协议，通过OpenFlow协议可以实现SDN控制器和底层网络设备之间的通信。SDN架构的发展不仅促进了开源网络操作系统的发展，还打破了传统的、价格昂贵的、专有的硬件和商用硬件的垄断。

图2是本发明实施例提供的一种SDN网络架构以及接口的示意图，如图2所示，SDN网络架构分为数据层、控制层及转发层，其中，控制层中的SDN控制器作为SDN中的核心，包含北向接口、南向接口和东西向接口(图中未示出)三种类型的接口，SDN控制器在SDN架构中起着重要的作用。如图所示，控制层还包括SDN控制软件、网络抽象模块、全网络拓扑管理模块、流表处理模块以及其他网络服务模块。SDN控制器通过北向接口将数据层的SDN应用的逻辑行为转述为OpenFlow协议语言，并利用南向接口将路由信息传达给转发层，也即SDN架构中控制层与转发层是分离的，这样使得SDN控制器可以对底层网络设备(各通信节点)进行集中管理。东西向接口是SDN控制器与其他控制器之间相互连接的接口。SDN控制器的集中式控制属性使它可以获取到转发层中的网络设备的拓扑信息，进而将全局网络拓扑结构提供给数据层中的SDN应用。SDN控制器主要用来管理和控制SDN架构中转发层的网络设备(各通信节点)，并进行路由协议的实现、流表配置以及网络状态的实时监测。

本发明实施例采用开源控制器操作系统(Open Network Operating System，ONOS)作为SDN控制器的仿真工具，它可以通过构建定制化的应用程序(Application，APP)来实现用户需求的功能。首先，ONOS具有高可用性、高扩展性和高性能。其次，为了方便部署解决方案和应用程序，ONOS具有功能强大且集成度高的北向接口，还具有保证协议与底层网络设备行为独立性的南向接口。此外，为了遏制卫星通信仿真平台的复杂性，ONOS 的设计遵循了分离原则，各个子系统之间界限明确，且高度模块化。同时，ONOS目前还兼容了部分光交换节点的配置与光层资源的描述功能。在实际操作中，这样一个网络体量过于庞大，并且天基节点和地基节点混杂在一起，使用一个控制器管控全局网络较为困难。因此，在构建天地一体化网络仿真模型时，就需要将不同的通信节点连接至不同的控制器，构建基于集群架构的天地一体化卫星网络结构。

集群是一个或多个ONOS控制器实例或节点的集合，利用SDN控制器的东西向接口，将多个控制器构成ONOS特有的集群，形成分布式控制，构建平行的SDN控制器架构。集群中的每个控制器所管理的子网络构成一个域，每个控制器可以获知全局网络的状态，每个控制器对子节点的管理将通过集群本地的网络状态信息作为事件进行传播。也就是说，单域控制器可以通过ONOS中东西向集群获得管理存储单元(store)共享管控的节点信息进行控制，进而获得全局网络拓扑结构。并且通过ONOS控制器的web图形用户界面 (GraphicalUser Interface，GUI)查看全局网络拓扑结构或各单域中当前网络拓扑结构。

图3是本发明实施例提供的一种卫星通信仿真方法的流程示意图。在图1应用场景的基础上，卫星通信仿真的方法可以应用于卫星通信仿真平台，卫星通信仿真平台包括软件定义网络SDN控制器；如图3所示，该方法包括以下步骤：

步骤301：SDN控制器接收第一通信节点发送的请求信息，请求消息用于指示第一通信节点与第二通信节点之间进行通信仿真，第一通信节点和第二通信节点为网络拓扑结构中的任意两个不同的通信节点。

在本步骤中，SDN控制器用于管理各个通信节点的资源，并控制各个通信节点之间通信仿真。第一通信节点和第二通信节点可以为通信卫星，也可以为地面站，或者，第一通信节点为通信卫星，第二通信节点为地面站，或者，第一通信节点为地面站，第二通信节点为通信卫星，具体不做任何限制。当第一通信节点需要和第二通信节点进行通信仿真时，第一通信节点需要向SDN控制器发送请求消息，请求消息用于请求与第二通信节点进行通信仿真。

步骤302：SDN控制器根据请求消息和网络拓扑结构，确定第一通信节点与第二通信节点之间的目标通信路径。

在本步骤中，网络拓扑结构包括任意通信节点之间的连接关系。SDN控制器接收到第一通信节点发送的请求消息后，根据请求消息来选择出第一通信节点和第二通信节点之间的多个通信路径。进一步的，SDN控制器从多个通信路径中确定出目标通信路径，该目标通信路径为第一节点和第二通信节点之间进行通信仿真的最优路径，可以为距离最短路径，也可以为建立通信连接所需时间最短的通信路径，当然也可以为第一通信节点和第二通信节点之间跳数最少路径。其中，跳数是指第一通信节点和第二通信节点之间进行数据传输时，经过的其他通信节点转发的次数。例如，第一通信节点和第二通信节点之间的通信路径可以为第一通信节点-A-B-C-D-第二通信节点，跳数为5，也可以为第一通信节点 -A-C-第二通信节点，跳数为3。因此，对于目标通信路径的选择可以根据实际情况进行设定。

在本步骤中，SDN控制器根据请求消息和网络拓扑结构，从多条通信路径中确定出第一通信节点和第二通信节点之间最优的路径，这样可以降低通信节点之间的通信时延，进而提升网络的通信性能。

步骤303：SDN控制器将目标通信路径分别发送给第一通信节点和第二通信节点，以使第一通信节点和第二通信节点根据目标通信路径进行数据传输。

在本步骤中，当SDN控制器确定出目标通信路径之后，将该目标通信路径发送给第一通信节点和第二通信节点，当然还可以发送给其他的通信节点。例如，当第一通信节点和第二通信节点之间的目标通信路径中还包括A通信节点、B通信节点、C通信节点和D 通信节点时，还会将目标通信路径发送至A通信节点、B通信节点、C通信节点和D通信节点，以使第一通信节点、A通信节点、B通信节点、C通信节点、D通信节点和第二通信节点之间进行数据的传输，最终实现第一通信节点和第二通信节点之间的通信仿真。

本发明实施例提出一种卫星通信仿真方法及卫星通信仿真平台，该方法应用于卫星通信仿真平台，卫星通信仿真平台包括软件定义网络SDN控制器；方法包括：SDN控制器接收第一通信节点发送的请求信息，且请求消息用于指示第一通信节点与第二通信节点之间进行通信仿真，第一通信节点和第二通信节点为网络拓扑结构中的任意两个不同的通信节点；进一步的，SDN控制器根据请求消息和网络拓扑结构，确定第一通信节点与第二通信节点之间的目标通信路径；继而SDN控制器将目标通信路径分别发送给第一通信节点和第二通信节点，以使第一通信节点和第二通信节点根据目标通信路径进行数据传输。由于SDN控制器可以根据网络拓扑结构中构建第一通信节点和第二通信节点通信仿真的路由信息，进而根据路由信息通过路由算法确定第一通信节点和第二通信节点的最优通信路径，也即目标通信路径，这样不仅可以降低通信节点之间的通信时延，还可以提高通信节点之间的实时通信质量。

图4是本发明实施例提供的另一种卫星通信仿真方法的流程示意图。在图3的基础上，对如何确定第一通信节点与第二通信节点之间的目标通信路径的过程，进行详细介绍，如图4所示，该方法包括以下步骤：

步骤401：SDN控制器接收第一通信节点发送的请求信息，请求消息用于指示第一通信节点与第二通信节点之间进行通信仿真，第一通信节点和第二通信节点为网络拓扑结构中的任意两个不同的通信节点。

步骤401与步骤301类似，此处不再赘述。

步骤402：SDN控制器根据请求消息和网络拓扑结构，构建第一通信节点和第二通信节点之间的路由信息，路由信息中包括至少一条第一通信节点和第二通信节点之间的通信路径。

在本步骤之前，卫星通信仿真平台还包括网络仿真单元和卫星态势仿真单元，在一种可实现的方式中，网络仿真单元获取多个通信节点之间的链路信息；网络仿真单元根据多个通信节点之间的链路信息，构建网络拓扑结构；网络仿真单元向SDN控制器提供网络拓扑结构。

进一步的，网络仿真单元获取多个通信节点之间的链路信息，在一种可以实现的方式中，卫星态势仿真单元根据多个通信节点信息，确定多个通信节点之间的链路信息；卫星态势仿真单元向网络仿真单元提供多个通信节点之间的链路信息。

其中，当通信节点为通信卫星时，通信节点的信息可以为通信节点的位置信息和轨道信息等，链路信息为多个通信节点之间的链路连接关系。卫星态势仿真单元可以利用卫星工具软件(Satellite Tool Kit，STK)设计卫星网络结构，利用卫星态势仿真单元构建卫星网络模型时，根据卫星网络的特性，对卫星星座进行仿真模拟，从而得到卫星的轨道信息以及星间可见性状态，并根据卫星的轨道信息以及星间可见性状态计算初始卫星网络拓扑状态和构建卫星节点之间的链路。在计算卫星节点之间的距离时，可以将卫星星座轨道近似为规则的圆形轨道，以方便计算。

本实施例提供的卫星网络模型，可以由卫星态势仿真单元根据物理状态下的卫星网络进行仿真得到的，例如，物理状态下的卫星网络系统中包含有3颗同步轨道卫星(Geosynchronous Orbit，GEO)、27颗中地轨道卫星(Medium Earth Orbit，MEO)和66 颗近地轨道卫星(Low earth orbit，LEO)。其中GEO轨道高度为35860km，均匀分布在地球同步轨道卫星平面；MEO轨道高度为21500km，轨道倾角55°，有三个轨道平面，每个轨道平面内有9颗卫星；LEO轨道高度为780km，轨道倾角为86.4°，共6个轨道平面，每个平面有11颗卫星。

表1卫星状态分布

在物理卫星网络系统中，每颗卫星都有六根天线。图5A是本发明实施例提供一种GEO 的网络拓扑结构图，如图5A所示，在该网络拓扑结构图中，有三颗GEO(GEO_1、GEO_2 和GEO_3)卫星能够覆盖绝大部分地球表面，且三颗卫星实时可见，每颗卫星都与前后两颗卫星建立了同轨卫星间的交换链路内协议(Inter-Switch Link，ISL)，且长期处于通路状态。每颗GEO分别与一个特定轨道内的MEO(MEO_21)、两个特定轨道内的LEO (LEO_201和LEO_501)以及一个地面站(GROUND_2)相连。

图5B是本发明实施例提供的一种MEO的网络拓扑结构图，如图5B所示，MEO的轨道是倾斜圆轨道，同平面内MEO(MEO_11、MEO_12和MEO_13)之间相互连接方式，这种连接方式中，MEO和同轨道平面内的前、后两颗同轨卫星可以长期处于可见状态，且星间距离不发生变化，构成永久链路，但与左右两颗相邻异轨卫星(MEO_22和MEO_32) 构成轨间链路。

图5C是本发明实施例提供的另一种MEO的网络拓扑结构图，如图5C所示，与不同轨道高度的MEO连接的方式，这种连接方式，使得MEO卫星在层间与同轨道内的前后两颗卫星(MEO_11、MEO_12和MEO_19)构成永久链路，同时与一颗特定的GEO(GEO_1)、两个特定轨道内的LEO(LEO_401和LEO_101)及一个地面站(GROUND_1)相连。

图5D是本发明实施例提供的一种LEO的网络拓扑结构图；图5E是本发明实施例提供的另一种LEO的网络拓扑结构图；如图5D所示，LEO的连接方式与MEO类似，同平面内相互连接的LEO(LEO_102)与前、后两颗卫星(LEO_101和LEO_103)构成永久链路，与相邻轨道的两颗卫星(LEO_202和LEO_602)构成轨间链路。如图5E所示，与不同轨道高度卫星相连的LEO(LEO_101)和同轨道内的前后两颗卫星(LEO_102和 LEO_109)构成永久链路，同时与一颗GEO(GEO_1)、一颗MEO(MEO_19)和一个地面站(GROUND_1)相连。

上述同一高度的卫星均匀分布在若干倾斜的圆形轨道面上，每个轨道平面上的卫星数目相同，各轨道上卫星的初始相位角相对于该轨道平面的右升节点呈现均匀分布。由于倾斜圆轨道的星座为对称结构，且在星座设计和系统运营方面有较高的优越性，因此，本实施例中将卫星的轨道近似为倾斜圆轨道。

卫星态势仿真单元通过对卫星节点和地面站节点的物理模型仿真分析，可以实现以下三个功能：根据提供的卫星星座模型参数，生成各种类型的卫星运行轨道，并可以确定卫星在任意时刻的轨道位置；通过分析STK仿真出的卫星和地面站节点，利用STK中的可见性分析模型，计算任意两个通信节点在任意时刻的可见性情况，以便后续将可见性结果应用于构建网络拓扑；通过计算卫星节点与地面站节点、卫星节点与卫星节点之间的距离及覆盖情况、链路剩余生存时长和链路有效通信的开始和结束的时间点，为下一步的仿真分析提供数据。

在卫星态势仿真单元确定出多个通信节点之间的链路信息后，将该信息提供至网络仿真单元，以便于网络仿真单元进行下一步的仿真。

网络仿真单元在接收到多个通信节点之间的链路信息，会根据该链路信息构建多个通信节点之间的网络拓扑结构。

示例的，网络仿真单元将卫星态势仿真单元模拟出的卫星轨迹、可见性信息和覆盖信息解析为天地一体化网络拓扑结构中的通信节点和链路，进一步的进行网络拓扑变化和节点转发功能的设计。网络仿真单元采用基于Python开发的轻量级软件定义网络和测试平台Mininet，该工具可以完整的模拟网络中的主机(host)、交换机(switch)和链路(link)等网络部件，从而实现构建适合本卫星通信仿真平台的网络拓扑结构。同时，还具有与SDN控制器的北向应用程序接口(Application Programming Interface，API)相连接的接口，且支持OpenFlow、OpenvSwitch等网络协议。

具体的，带有光扩展的交换机仿真平台(LINCswitch-OE，LINC-OE)具有光扩展功能，它可以用来模拟光开关，支持OpenFlow1.3协议和相关光控制扩展。LINC-OE有两个端口类型，即T-Port和W-Port，其中T-Port为IP层(Internet Protocol Layer)与光层连接的端口，可以将数据包转换成光信号，并以特定波长进行传输；W-Port则连接两个光学端口。由于卫星网络的各节点之间要利用激光进行数据传输来实现通信，可用Mininet仿真 IP层节点，用LINC-OE仿真光节点，模拟出天地一体化场景下的IP+光网络模型。

在本步骤中，路由信息为通信节点之间的至少一条通信路径信息，本实施例中包含第一通信节点和第二通信节点之间可以进行通信的所有的通信路径，根据第一通信节点发送的请求消息，以及网络拓扑结构，SDN控制器构建出第一通信节点和第二通信节点之间的路由信息，对于构建路由信息的方式本发明不做任何限制。

步骤403：SDN控制器根据路由信息，确定目标通信路径。

在本步骤中，SDN控制器在构建出路由信息后，从路由信息中确定出目标通信路径，对于确定目标通信路径的方法，本实施例采用路由算法进行算路，当然也可以采用其他的方法来确定目标通信路径，本发明不做任何限制。

在进行路由算法设计之前，需要先构建动态网络拓扑：

由于各卫星节点并不是地球的同步轨道卫星，因此，各卫星节点的位置会发生相对的变化，进而形成的卫星网络拓扑也是不断的发生变化。另外，卫星网络也与地面通信网络不同，卫星总是沿着固定的轨道运行，因此卫星网络的拓扑变化又是周期性和可预测的，另外卫星网络中的通信节点个数在一段时间内也是相对稳定的。根据这两个特点，也可以简化卫星网络路由算法的设计。

根据卫星运动的规律性，卫星网络拓扑的动态改变也呈现一定的周期性。一般采用离散化时间拓扑的方式屏蔽掉卫星的运动。离散时间拓扑策略是根据卫星的网络拓扑周期性的运动规律，将一个周期根据时间单位进行离散划分，每一个时间片内拓扑结构视为不变，根据当前时间片的拓扑结构进行路由研究。图6是本发明实施例提供的一种划分时间片构建网络拓扑的原理图，如图6所示，将时间T分为n个时间片，即t＝0、t＝Δt、t＝2Δt…… t＝nΔt时刻，利用在同一个时间片内网络拓扑结构不变的特点，SDN控制器通过采集当前网络拓扑状态，根据源通信节点和目标通信节点的位置，以时延为权值建立基于权重的最短路径，这种算法的链路成本可以根据已建立的路由数量而进行动态的调整。在设置链路的属性时，权值可以参考多种影响因素重新计算，利用ONOS北向接口对网络拓扑中各节点之间链路的基本属性进行更新，包括链路带宽、权值及接口等信息，可以针对不同的通信业务，在网络拓扑中的权值可以有不同的计算方式，从而可以根据不同的通信业务优先级选择不同的路径。

为了SDN整体架构的稳定性与流畅性，我们将算法模块通过ONOS内自定义的APP进行构建，在算法模块根据基于离散时间区间的路由算法进行算路，也即，路由算法通过算法模块来实现，并通过北向接口与ONOS进行实时交互。

图7是本发明提供的一种路由算法模块与SDN控制器的接口交互示意图，如图7所示，在北向接口层(API层)，ONOS通过北向接口向应用程序和附加服务提供网络的抽象信息，这些抽象信息包括较低级的网络拓扑抽象信息，如设备、链路和主机等，也包括如网络拓扑图这样的高级抽象信息。同样，通过目标编程和基于意图的编程，也可以经由北向接口下发抽象信息调整网络拓扑。

北向接口层提供配置和管理服务，用于开发SDN控制器的应用程序。北向接口层中的API将上层应用和具体的网络细节以及网络事件进行隔离，从而使网络操作系统可以管理来自多个竞争应用的请求，提高了应用开发速度，并允许在应用运行的状态下进行网络状态的更改。

可选的，在确定出目标通信路径之后，卫星通信仿真平台还包括场景演示界面，场景演示界面接收通信仿真信息，通信仿真信息包括：网络拓扑结构、目标通信路径以及多个通信节点信息中至少一种；场景演示界面显示所述通信仿真信息。

场景演示界面是反映SDN控制器中的拓扑信息和卫星态势仿真单元的GUI，当然场景演示界面还可以显示卫星态势仿真单元仿真出的各个卫星节点的轨迹信息。

其中，ONOS的GUI仅仅是一个利用单页面web应用，通过这个可视化界面，用户可以较为清楚的看到网络拓扑当前的状态信息。使用时，需在ONOS上安装ONOS-GUI 模块，ONOS启动后通过8181监听端口实现与web页面的交互。通过GUI可以直观的看到SDN网络中的控制器、交换机和主机状态，即抽象的卫星网络模型。

步骤404：SDN控制器将目标通信路径分别发送给第一通信节点和第二通信节点，以使第一通信节点和第二通信节点根据目标通信路径进行数据传输。

步骤404与步骤303类似，此处不再赘述。

在本实施例中，SDN控制器根据第一通信节点发送的第一请求消息和网络仿真单元构建的网络拓扑结构，构建出第一通信节点和第二通信节点之间的路由信息，并选择出目标通信路径，进而将目标通信路径分别发送至第一通信节点和第二通信节点，这样通过SDN控制器管理各通信节点资源，使得各通信节点在进行通信的过程中，只需要将数据转发至目标通信路径中的目标通信节点即可，各通信节点只需要进行数据的转发，减小了各通信节点的负载，进而提高了通信服务质量。

图8是本发明实施例提出的又一种卫星通信仿真方法的流程示意图。在图4的基础上， SDN控制器根据路由信息，如何确定目标通信路径的过程，进行详细介绍，如图8所示，该方法包括以下步骤：

步骤801：SDN控制器读取路由信息中每条通信路径的剩余生存时长，剩余生存时长为通信路径剩余的有效通信时长。

在本步骤中，SDN控制器将通信路径的剩余生存时长来作为确定目标通信路径的首要条件，当然也可以通过其他的条件来确定目标通信路径，具体的可以根据实际需求进行自定义，本发明实施例对确定目标通信路径的条件的优先考虑顺序不做限制。另外，SDN控制器读取通信路径剩余生存时长的方法不做任何限制，可以通过现有技术中的任何读取方式即可，此处不再具体介绍。

其中，剩余生存时长为通信路径剩余的有效通信时长，例如，通信路径：A通信节点与B通信节点之间的有效通信时长为20s，当A通信节点在已经通信10s时要求与B通信节点进行通信连接，因此，A通信节点与B通信节点的有效通信时长为20s-10s＝10s，即该通信路径的剩余生存时长为10s。

在SDN控制器读取出路由信息中每条通信路径的剩余生存时长之后，执行步骤802。

步骤802：判断路由信息中是否存在剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径，若存在，执行步骤803，若不存在，则执行步骤804。

在本步骤中，第一阈值为根据第一通信节点与第二通信节点的位置信息进行设定的值，第一阈值为能够实现第一通信节点和第二通信节点进行通信的剩余生存时长。

在读取出路由信息中每条通信路径的剩余生存时长之后，SDN控制器通过将每条通信路径的剩余生存时长与第一阈值进行比较，判断该路由信息中是否存在有大于或等于第一阈值的通信路径。若判断出存在，则执行步骤803，若判断出不存在，则执行步骤804。

步骤803：计算剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径中的每条通信路径的路径距离，并将最短的通信路径确定为目标通信路径。

若判断出该路由信息中存在一条剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径，则可以将该剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径确定为目标通信路径。当然，也可以对该条通信路径进行路径距离或跳数进行判断，若均满足预先设定的条件，即可将该通信路径作为目标通信路径，本发明实施例中对在路由信息中仅存在一条剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径时的判断方法，不做限制。

若判断出该路由信息中存在多条剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径，则计算该多条通信路径的路径距离，并将最短的通信路径确定为目标通信路径。

步骤804：判断通信路径中是否存在剩余生存时长大于第二阈值的通信路径，若存在，执行步骤805，若不存在，执行步骤806。

其中，第二阈值为能够实现第一通信节点和第二通信节点通信的最小的剩余生存时长。

在本步骤中，当判断出不存在大于或等于第一阈值的通信路径之后，将会对小于第一阈值的通信路径与第二阈值进行比较，若判断出存在剩余生存时长小于第一阈值且大于第二阈值的通信路径，则执行步骤805，若判断出不存在剩余生存时长小于第二阈值的通信路径，则执行步骤806。

步骤805：将通信路径剩余生存时长最长的通信路径确定为目标通信路径。

在本步骤中，当判断出存在剩余生存时长小于第一阈值且大于第二阈值的通信路径时，比较剩余生存时长小于第一阈值且大于第二阈值的通信路径的剩余生存时长的长短，并将剩余生存时长最长的通信路径作为目标通信路径。

步骤806：若路由信息中的通信路径剩余生存时长均小于或等于第二阈值，则重新构建网络拓扑结构中第一通信节点和第二通信节点之间的路由信息，并根据重新构建的路由信息，确定目标通信路径。

在本步骤中，当判断出路由信息中的每条通信路径的剩余生存时长均小于第二阈值时， SDN控制器将会根据当前的网络拓扑重新构建路由信息，并根据重新构建的路由信息，确定出目标通信路径。

本发明实施例提供的卫星通信仿真方法，SDN控制器根据构建的路由信息，通过设定自定义的路由策略，以及采用构建设备间意图(Intent)的框架，实现两个通信节点之间的互通，使用意图的一个主要优势就在于意图能探测网络状态和重配置自身以便满足特定的意图。建立通信节点到通信节点之间的意图时，通过路由算法，得到在当前网络状态下满足通信业务需求的最优路径。同时制定了维持通信业务正常进行的重路由算法，保证通信业务的持续性和稳定性。

下面结合具体的例子来介绍卫星通信仿真的流程：

图9是本发明实施例提供的一种基于SDN的空间卫星网络架构示意图，如图9所示，三颗高轨卫星GEO上分别部署有一个SDN控制器，按图5A中定义的连接方法，对所覆盖范围内且与之连接的MEO、LEO等所有卫星节点以及地面站节点进行管理和控制，并形成ONOS域A、ONOS域B和ONOS域C。地面部署一个SDN控制器(地面站1)，控制所有的高轨卫星节点，构成ONOS域D。其中每个域的SDN控制器负责一个自治域的通信节点控制功能，另外，虚线表示相同高度的卫星节点之间通过激光链路连接；闪电连接表示不同高度通信节点之间也通过激光链路连接；虚线双箭头表示不同通信节点之间形成微波链路。

地面站2节点向当前覆盖它的高轨卫星GEO发送通信业务请求。高轨卫星GEO中的ONOS(SDN控制器)根据收到的通信业务请求查看全局网络拓扑状态，形成地面站2节点和地面站3节点之间的路由信息，并根据当前资源占用情况进行资源分配，进而构建地面站2节点至地面站3节点之间的目标通信路径。高轨卫星GEO将该目标通信路径反馈至地面站2节点和地面站3节点。地面站2节点和地面站3节点根据高轨卫星GEO的反馈的目标通信路径，实现地面站2节点和地面站3节点的进行连接。中轨卫星MEO和低轨卫星LEO负责数据传输，使地面站2节点和地面站3节点进行通信。另外，还可以将通信的状态信息反馈至高轨卫星GEO控制器。若当前的通信路径发生故障，则高轨卫星 GEO控制器管理中低轨卫星的控制器根据当前通信状态建立另一条通信路径，也即，重新构建路由信息，以实现地面站2节点和地面站3节点的通信。

在一种可实现的方式中，本发明提供的卫星通信仿真方法还可以应用于跨域通信节点之间的通信，继续参考图9，若要进行跨域通信，需要先修改域A、域B、域C和域D内的ONOS配置文件，使域A、域B、域C和域D对应的控制器通过东西向接口连接，进而构成集群结构，此时通过上面所介绍的ONOS集群的同步流程，域A内的ONOS和域 B内的ONOS都可以获得包含地面节点与卫星节点的全部设备以及网络拓扑信息，即全局网络视图，域C与域D同理，在此仅以域A和域B为例，实际转发中若需要位于域C或域D内的节点参与，其原理与上述域A和域B通信的流程相似，此处不再进行赘述。

本发明实施例中，通过采用构建通信节点之间意图(Intent)的框架建立通信业务，实现两个通信节点之间的互通。相比于使用流表项来编程网络，意图可以探测网络状态和重配置自身，以便满足特定的意图。

图10是本发明实施例提供的一种基于集群结构的一体化控制器架构设计示意图，如图10所示，将两个控制器进行集群，ONOS域A是由部署在GEO_1卫星上的ONOS控制器、与GEO_1卫星连接的卫星节点B1、B2、B6以及地面站A1节点构成，ONOS域B 由部署在GEO_2卫星上的ONOS控制器、与GEO_2卫星连接的卫星节点B3、B4、B5 以及地面站A2节点、地面站A3节点构成。当地面站A1节点需要和地面站A3节点进行通信时，由于它们在物理上不相连，因此地面站A1节点和地面站A3节点不能直接通信，此时，需要经由天基的卫星节点构成通路。由图10可以看出，地面站A1节点与地面站 B1节点相连，地面站A3节点与地面站B4节点相连，因此，该通路的构成需要经由ONOS 域A内的卫星B1节点、ONOS域B内的卫星B4节点以及其他域内通信节点的转发，实现地面站A1节点和地面站A3节点之间的通信。

在获得了包含了天基、地基网络节点的全局拓扑后，可以在全局拓扑的基础上进行算路。如图7所示，将算法模块作为一个APP构建在ONOS的上层，通过北向接口相连，例如，如图11所示，假设通过算法模块的计算，得出了地面站A1节点需要与地面站A3 节点进行通信，需要构建出一条A1-B1-B2-B3-B4-A3的通信路径。

为了构建这条通信路径，ONOS域A会下发A1-B1、B1-B2的域内通信业务建立意图(intent)，ONOS域B会下发B3-B4、B4-A3的域内通信业务建立意图(intent)。通过对ONOS中的构建通信路径模块进一步扩展开发，ONOS域A和域B会下发B2-B3的跨域构建通信路径意图(intent)，实现通信路径的构建，最终实现地面站A1节点与地面站 A3节点的通信。

如上所述，卫星节点与卫星节点之间可以通过光交换单元进行通信，卫星节点与地面站节点之间通过IP层进行数据交换。通过意图(intent)建立Packet-Optical多层路径的流程，如图12所示，继上述地面站A1节点-地面站A3节点之间通信业务建立为例来说明Packet-Optical多层路径的流程。图12中圆形设备(A1和A3)是IP层设备，对应SDN 架构中的交换机，八角形设备(B1、B4、Bm和Bn)代表光学设备，对应LINC-OE模拟的光开关。现有技术中，在卫星网络的仿真过程中，还未涉及到IP+光传输的方法来实现两通信节点之间的通信。在本发明实施例中，通过在ONOS中建立A1节点至A3节点的光转发意图(OpticalIntent)，可以实现在地面站A1和地面站A3两个IP设备节点之间利用光交换设备间的链路实现的通信。如图12所示，其中，虚线表示A1和A3两个IP 节点之间无实际连接的，点划线表示IP节点与光节点之间的连接，而实线表示光节点之间的连接。

在本实施例中，以地面站A1节点与地面站A3节点之间的通信路径的建立，介绍了端到端的意图(Intent)建立流程，通过将IP层通信与光交换结合，可以建立起 A1-B1-B2-B3-B4-A3的通信路径，使得地面站A1节点与地面站A3节点之间通信，实现通过构建卫星节点之间的链路完成数据传输的业务。

要实现在天地一体化网络拓扑中两个通信节点之间建立意图(intent)的功能，首先得获取当前卫星网络中的拓扑状态。依据图6中描述的基于时间片构建网络拓扑，可将时间划分为多个连续的时间段区间，在每个时间区间内，卫星的个数、卫星节点之间的链路连接以及卫星节点和地面站节点之间的链路连接，在一段时间内也是相对稳定，不发生变化。在下一个时间区间开始时，读取当前网络中的连接状态，与上一时间区间内的连接状态对比，添加在当前区间中新出现的链路，关闭上一区间内存在而当前区间内不存在的链路。由此可见，当时间区间划分越密集，网络的连接状态越接近与真实的连接状态。

在获取当前网络拓扑的状态后，便可进行算路功能。现有技术中，SDN控制器中默认的通信路径计算模块是根据全局网络拓扑，以跳数为度量单位的最短路径算法对多条通信路径进行计算，得到最佳路径。但是，这种方法计算出的通信路径并没有考虑链路的可用带宽、带宽利用率、时延、丢包率及数据流本身的业务属性等因素，因此，计算出来的通信路径很有可能不是最佳的通信路径。

在本发明实施例中，通过在ONOS控制器中构建自定义的APP，用于建立两通信节点之间的连接意图(Intent)。由于ONOS中的APP是利用maven构建的，首先需要通过相应的maven指令新建一个APP包，并引入相关的依赖包，更新pom.xml文件，然后构建命令模块，使其能够读取用户的指令，根据指令解析出需要建立通信业务的源通信节点 (第一通信节点)的服务ID(device id)和端口(port)以及目标通信节点(第二通信节点)的服务ID(device id)和端口(port)。控制器读取输入的源节点和目标节点ID，通过构建通信路径的模块，根据用户的指令建立满足需求，并调用ONOS中Core模块的处理得到满足需求的路径，通过意图编译模块进行资源的设定，在返回的通信路径上下发意图(intent)，完成指定两通信节点之间通信业务的建立。

在两通信节点之间建立通信业务时，如图13所示，具体的流程为：分为找路、分配和选路三个步骤。ONOS在获得到全局网络拓扑后，当接收到用户触发的输入源宿节点，即源通信节点发送的与目标通信节点进行通信的请求，ONOS根据请求消息，进行找路，采用K最短路径算法计算出源通信节点和目标通信节点之间的多条可行的通信路径，也即判断路径是否存在，若不存在，则结束通信仿真，若存在，则进行分配，根据拓扑中链路的权值筛选出一组优化的通信路径，最后进行选路，在相同权值的链路中，选择跳数最小的路径作为最佳通信路径，以达到对网络资源合理且有效的分配，进而提高网络的整体性能。若当前的通信路径中某条链路通信失效或者通信节点失效，ONOS会根据路由的变化，根据重新构建连接意图，建立通信节点之间的可用通信路径。

其中，分配的过程是根据通信路径的重要度以及分配链路的权值，可根据实际需求进行自行定义分配的方式。本实施例中选择链路的剩余生存时长作为定义进行选择，剩余生存时长为两个通信节点进行有效的剩余通信时长，由于一条通信路径的最长剩余生存时长是由这条通信路径中生存时长最短的一条链路来决定，可将最短剩余生存时长作为该条通信路径的权值。在构建连接意图时，可以根据预设的通信时间，以及该预设的通信时间选择出满足预设需求的路径；若没有满足预设需求的通信路径，则返回最长剩余生存时长的通信路径。当通信路径的生存时长小于设定的阈值时，ONOS将会根据当前的网络拓扑状态重新建立一条可行的通信路径，并完成通信路径的切换，继续传输通信任务。

在本实施例中，通过利用多个ONOS控制器构建分布式控制器集群，实现卫星网络中的控制平面和转发平面相分离，各卫星节点只进行数据转发功能。多个控制器分布在多个不同的服务器上，且各个控制器为同等重要度，这样可以提高控制平面的稳健性。此外，由于控制器分布在不同网络设备上，因此，各控制器的负载处理较为平衡，可以处理大型的网络，这样减少了控制器之间的延迟，改善网络节点感知的控制器反应性。另外，根据实际情况构建了基于时间片的动态网络拓扑。通过设定动态的网络拓扑，不仅降低了网络仿真平台的成本，更使仿真的内容更加贴合实际，使得仿真结果更贴合实际。

图14是本发明实施例提供的一种卫星通信仿真平台的结构示意图。如图14所示，卫星通信仿真平台包括软件定义网络SDN控制器；

SDN控制器，用于接收第一通信节点发送的请求信息，请求消息用于指示第一通信节点与第二通信节点之间进行通信仿真，第一通信节点和第二通信节点为网络拓扑结构中的任意两个不同的通信节点；

SDN控制器，用于根据请求消息和所述网络拓扑结构，确定第一通信节点与第二通信节点之间的目标通信路径；

SDN控制器，用于将目标通信路径分别发送给第一通信节点和第二通信节点，以使第一通信节点和第二通信节点根据目标通信路径进行数据传输。

可选的，SDN控制器；具体用于：

根据请求消息和网络拓扑结构，构建第一通信节点和第二通信节点之间的路由信息，路由信息中包括至少一条第一通信节点和第二通信节点之间的通信路径；

根据路由信息，确定目标通信路径。

可选的，SDN控制器，具体用于：

读取路由信息中每条通信路径的剩余生存时长，剩余生存时长为通信路径剩余的有效通信时长；

判断路由信息中是否存在剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径；

若存在，则计算剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径中的每条通信路径的路径距离，并将最短的通信路径确定为目标通信路径。

可选的，SDN控制器，具体用于：

若不存在剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径时，则判断通信路径中是否存在剩余生存时长大于第二阈值的通信路径；

若存在剩余生存时长大于第二阈值的通信路径，则将通信路径剩余生存时长最长的通信路径确定为目标通信路径；

若路由信息中的通信路径剩余生存时长均小于或等于第二阈值，则重新构建网络拓扑结构中第一通信节点和第二通信节点之间的路由信息，并根据重新构建的路由信息，确定目标通信路径。

本发明实施例提供一种卫星通信仿真平台，卫星通信仿真平台包括软件定义网络SDN 控制器；SDN控制器用于接收第一通信节点发送的请求信息，且请求消息用于指示第一通信节点与第二通信节点之间进行通信仿真，第一通信节点和第二通信节点为网络拓扑结构中的任意两个不同的通信节点；进一步的，SDN控制器根据请求消息和网络拓扑结构，确定第一通信节点与第二通信节点之间的目标通信路径；继而SDN控制器将目标通信路径分别发送给第一通信节点和第二通信节点，以使第一通信节点和第二通信节点根据目标通信路径进行数据传输。由于SDN控制器可以根据网络拓扑结构中构建第一通信节点和第二通信节点通信仿真的路由信息，进而根据路由信息通过路由算法确定第一通信节点和第二通信节点的最优通信路径，也即目标通信路径，这样不仅可以降低通信节点之间的通信时延，还可以提高通信节点之间实时通信的质量。

可选的，卫星通信仿真平台还包括网络仿真单元，网络仿真单元具体用于：

获取多个通信节点之间的链路信息；

根据多个通信节点之间的链路信息，构建网络拓扑结构；

向所述SDN控制器提供网络拓扑结构。

可选的，卫星通信仿真平台还包括卫星态势仿真单元，卫星态势仿真单元具体用于：

根据多个通信节点信息，确定多个通信节点之间的链路信息；

向网络仿真单元提供多个通信节点之间的链路信息。

可选的，卫星通信仿真平台还包括场景演示界面，场景演示界面具体用于：

接收通信仿真信息，通信仿真信息包括：网络拓扑结构、目标通信路径以及多个通信节点信息中至少一种；

显示通信仿真信息。

本发明实施例提供的卫星通信仿真平台，在进行通信节点之间网络仿真的过程中，需要四部分相互配合，共同完成通信仿真过程；STK作为卫星态势仿真单元的主要工具，通过对卫星节点的轨迹信息、可见性等分析，构建网络中各通信节点位置。网络仿真单元根据卫星态势仿真单元仿真的信息，转化为网络拓扑通信节点。SDN控制器根据当前网络中各通信节点的状态，控制各个通信节点，生成路由信息，最终通过场景演示界面展示出各通信节点的运行状态及网络拓扑图像化演示。

关于上述实施例中的卫星通信仿真平台，其中各个部分执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种卫星通信仿真方法，其特征在于，应用于卫星通信仿真平台，所述卫星通信仿真平台包括软件定义网络SDN控制器；所述方法包括：

所述SDN控制器接收第一通信节点发送的请求信息，所述请求消息用于指示所述第一通信节点与第二通信节点之间进行通信仿真，所述第一通信节点和所述第二通信节点为网络拓扑结构中的任意两个不同的通信节点；

所述SDN控制器根据所述请求消息和网络拓扑结构，确定所述第一通信节点与所述第二通信节点之间的目标通信路径；

所述SDN控制器将所述目标通信路径分别发送给所述第一通信节点和所述第二通信节点，以使所述第一通信节点和所述第二通信节点根据所述目标通信路径进行数据传输。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述SDN控制器根据所述请求消息和所述网络拓扑结构，确定所述第一通信节点与所述第二通信节点之间的目标通信路径，包括：

所述SDN控制器根据所述请求消息和所述网络拓扑结构，构建所述第一通信节点和所述第二通信节点之间的路由信息，所述路由信息中包括至少一条所述第一通信节点和所述第二通信节点之间的通信路径；

所述SDN控制器根据所述路由信息，确定所述目标通信路径。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述SDN控制器根据所述路由信息，确定所述目标通信路径，包括：

所述SDN控制器读取所述路由信息中每条通信路径的剩余生存时长，所述剩余生存时长为通信路径剩余的有效通信时长；

判断所述路由信息中是否存在剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径；

若存在，则计算剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径中的每条通信路径的路径距离，并将最短的通信路径确定为所述目标通信路径。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：

若不存在剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径时，则判断所述通信路径中是否存在剩余生存时长大于第二阈值的通信路径；

若存在剩余生存时长大于第二阈值的通信路径，则将通信路径剩余生存时长最长的通信路径确定为所述目标通信路径；

若所述路由信息中的通信路径剩余生存时长均小于或等于所述第二阈值，则重新构建所述网络拓扑结构中所述第一通信节点和所述第二通信节点之间的路由信息，并根据重新构建的路由信息，确定所述目标通信路径。

5.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述卫星通信仿真平台还包括网络仿真单元，所述SDN控制器根据所述请求消息和所述网络拓扑结构，构建所述第一通信节点和所述第二通信节点之间的路由信息之前，所述方法还包括：

所述网络仿真单元获取多个通信节点之间的链路信息；

所述网络仿真单元根据所述多个通信节点之间的链路信息，构建所述网络拓扑结构；

所述网络仿真单元向所述SDN控制器提供所述网络拓扑结构。

6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述卫星通信仿真平台还包括卫星态势仿真单元，所述网络仿真单元获取多个通信节点之间的链路信息包括：

所述卫星态势仿真单元根据所述多个通信节点信息，确定所述多个通信节点之间的链路信息；

所述卫星态势仿真单元向所述网络仿真单元提供所述多个通信节点之间的链路信息。

7.根据权利要求1-4任一项所述的方法，其特征在于，所述卫星通信仿真平台还包括场景演示界面；所述SDN控制器根据所述请求消息和所述网络拓扑结构，确定所述第一通信节点与所述第二通信节点之间的目标通信路径之后，所述方法还包括：

所述场景演示界面接收通信仿真信息，所述通信仿真信息包括：所述网络拓扑结构、所述目标通信路径以及多个通信节点信息中至少一种；

所述场景演示界面显示所述通信仿真信息。

8.一种卫星通信仿真平台，其特征在于，所述卫星通信仿真平台包括软件定义网络SDN控制器；

所述SDN控制器，用于接收第一通信节点发送的请求信息，所述请求消息用于指示所述第一通信节点与第二通信节点之间进行通信仿真，所述第一通信节点和所述第二通信节点为网络拓扑结构中的任意两个不同的通信节点；

所述SDN控制器，还用于根据所述请求消息和所述网络拓扑结构，确定所述第一通信节点与所述第二通信节点之间的目标通信路径；

所述SDN控制器，还用于将所述目标通信路径分别发送给所述第一通信节点和所述第二通信节点，以使所述第一通信节点和所述第二通信节点根据所述目标通信路径进行数据传输。

9.根据权利要求8所述的卫星通信仿真平台，其特征在于，所述SDN控制器，具体用于：

根据所述请求消息和所述网络拓扑结构，构建所述第一通信节点和所述第二通信节点之间的路由信息，所述路由信息中包括至少一条所述第一通信节点和所述第二通信节点之间的通信路径；

根据所述路由信息，确定所述目标通信路径。

10.根据权利要求9所述的卫星通信仿真平台，其特征在于，所述SDN控制器，具体用于：

读取所述路由信息中每条通信路径的剩余生存时长，所述剩余生存时长为通信路径剩余的有效通信时长；

判断所述路由信息中是否存在剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径；

若存在，则计算剩余生存时长大于或等于第一阈值的通信路径中的每条通信路径的路径距离，并将最短的通信路径确定为所述目标通信路径。

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