基于SDN的卫星LTE融合网络及其性能仿真

摘要

卫星通信具有覆盖面大、地理条件限制小、通信带宽宽、机动灵活和对通信距离不敏感等优势，在民用和军事通信中得到广泛的应用，尤其是在发生重大灾难性事件的情况下，其优势就更加突出。地面LTE网络已广泛商用，将地面移动通信系统与卫星通信系统相融合，从而实现移动通信网络真正的无缝覆盖一直是业界关注的重点。传统卫星网络的建设成本高、灵活性较差，软件定义网络SDN(Software Defined Network)技术将网络控制功能与转发功能分离，使网络交换设备转化为转发部件，将SDN技术运用到卫星网络可提高其灵活性和易扩展性，使网络部件得到充分利用，网络架构变得更加简明清晰。
　　本文以国家863计划“新一代星地融合宽带通信网络测试与仿真”项目为依托，将SDN技术运用到星地融合网络中，并采用NS-3仿真工具对基于SDN的卫星LTE融合网络进行较为全面的仿真研究。
　　首先，本文介绍星地融合网络和LTE系统架构及协议栈，简述SDN及其关键技术，并简单介绍本文要使用的网络仿真工具NS-3;其次，将SDN的数据转发与控制分离的思想引入到卫星网络，提出基于SDN的卫星LTE融合网络架构;然后，使用NS-3网络仿真软件对所提融合网络模型完成仿真搭建，并通过设置不同仿真场景以评估所构建网络的网络性能。本文的主要工作为:
　　(1)针对传统卫星网络存在诸如建设成本高、设备利用率低以及后期运行维护不便等弊端，在借鉴国内外星地融合研究成果的基础上，将SDN技术运用到卫星网络以提高其灵活性和易扩展性，设计了基于SDN的卫星LTE融合网络架构及其协议栈，详细描述用户间数据流通信过程。
　　(2)已有的NS-3系统没有卫星部分，为此设计简化的卫星链路模型，实现与SDN中OpenFlow模块相关联的外部OFSID(OpenFlow Software Implementation Distribution)类库;重点用C++编程实现基于NS-3系统的融合网络架构的仿真平台，设置仿真场景中的卫星网络拓扑和卫星链路参数，评估所提融合网络架构的网络性能。
　　(3)通过理论计算和分析，我们得到基于SDN的星地融合网络架构的如下优势:a)配置更新周期的减小，使卫星网络可以根据业务需求和网络状态来快速配置最优的网络参数，保证网络具有更好的实时性和灵活性;b）新架构可以简化卫星的设计和减少地面站的数目，降低卫星系统的设计与实现成本。
　　最后，对全文进行总结，并给出本课题研究中有待进一步研究的问题。

目录

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摘要

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符号对照表

缩略语对照表

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 星地融合网络发展概况

1．2．2 SDN应用领域研究现状

1．3 主要工作和论文结构

第二章 SDN星地融合网络及仿真软件简介

2．1 卫星LTE融合网络

2．1．1 卫星通信

2．1．2 LTE系统

2．1．3 星地融合网络架构

2．2 软件定义网络概述

2．2．1 软件定义网络SDN

2．2．2 控制器和交换机

2．2．3 OpenFlow协议

2．3 网络仿真软件NS-3

2．3．1 网络仿真原理

2．3．2 仿真软件NS-3简介

2．3．3 NS-3中的OpenFlow协议

第三章 基于SDN的星地融合网络及其仿真

3．1 基于SDN的星地网络架构

3．1．1 SDN的网络架构

3．1．2 基于SDN的卫星网络架构

3．2 基于SDN的卫星LTE融合网络架构

3．2．1 融合网络组成部分

3．2．2 融合网络协议栈

3．2．3 融合网络通信数据流

3．3 基于NS-3的融合网络仿真平台实现

3．3．2 NS-3仿真平台搭建

3．3．3 仿真平台的编程实现

第四章 网络仿真结果及其分析

4．1 仿真目的与场景设置

4．1．1 仿真性能评价参数

4．1．2 仿真环境设置

4．2 不同数据包发送间隔下的网络性能

4．2．1 吞吐量

4．2．2 丢包率

4．2．3 时延

4．3 不同用户数目下的网络性能

4．3．1 吞吐量

4．3．2 丢包率

4．3．3 时延

4．4 不同卫星链路带宽下的网络性能

4．4．1 吞吐量

4．4．3 时延

4．5 基于SDN的星地融合网络的优势

4．6 仿真结果小结

第五章 结束语

5．1 论文的主要工作

5．2 下一步工作及展望

参考文献

致谢

作者简介