基于SDN的天基网路由算法研究

摘要

随着天地一体化网络的发展，同时传统地面移动蜂窝网基站无法部署到地理环境因素特别复杂的地方，低轨道（Low Earth Orbit, LEO）卫星网络技术的研究逐渐成为人们关注的焦点。为了实现小功率移动终端的实时入网以及卫星信号的全球无缝覆盖，正在部署的低轨道卫星网络中卫星节点数量也越来越多，因此对低轨道卫星网络特性以及相应路由算法的研究也成为急需解决的问题。
　　本文首先研究了低轨道卫星网络的特性，利用STK软件搭建了低轨道卫星网络模型，对其星间链路进行分析，为LEO卫星路由算法的研究提供参考依据。同时伴随着卫星数量的增多，卫星网络拓扑结构变化的速度也越来越快，路由的计算成为难点。在考虑路由算法时，本文采用了基于虚拟拓扑思想的路由算法，该算法将卫星运行周期分解成连续的时间片，只要时间片足够短，就能将该时间段内卫星拓扑看作是固定不变的静态拓扑。在对每一个时间片内的静态拓扑进行路由计算时，本文介绍了深度优先搜索（Depth-First-Search, DFS）算法及最短路径（Dijkstra）算法，并且综合利用两种算法来提高计算的效率以及计算结果的可靠性。
　　针对网络节点多、网络部署复杂导致的网络中数据流量分布情况难以控制，网络管理难度较大等问题，本文介绍了软件定义网络（Software Defined Network, SDN）的新型网络架构并对其通信过程进行了模拟，其核心思想是将网络中的控制部分与底层数据设备分离，控制层实时监控全网，对网络中流量分布情况及网络节点的负载情况等信息综合分析，根据这些信息计算数据转发的最优路径，并控制网络中的底层设备的数据转发，对网络进行实时的管理与维护，提高网络运行的效率以及网络的稳定性。可见SDN网络是一个架构具有动态性，可控性，性价比高，适应性强的网络体系，其适用于具有高带宽，高动态等特点的通信网络。因此将SDN思想与新一代部署的低轨道卫星网络相结合，能实现对网络更加灵活地监控及管理，并能使网络地扩展变得更加方便。
　　本文最后将SDN的思想与天基网相结合，并对比分析了基于SDN的天基网络与传统天基网络的通信性能。结果表明，SDN网络架构突破了传统网络架构的性能限制，能较好提升网络的性能。

目录

第1章 绪 论

1.1 课题背景

1.2 研究目的及意义

1.3 国内外研究现状

1.4 主要研究内容和结构安排

第2章 LEO卫星网络特性分析

2.1 引言

2.2 卫星网络概述

2.3 LEO卫星网络分析及铱星系统模型

2.4 本章小结

第3章 LEO卫星网络路由算法研究及改进

3.1 引言

3.2 LEO卫星网络路由算法分析

3.3 基于SDN的路由算法的研究及改进

3.4路由算法的仿真分析

3.5 本章小结

第4章 基于SDN的天基网络性能研究

4.1 引言

4.2 传统天基网仿真及分析

4.3 基于SDN的天基网络性能分析

4.4 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢