基于SDN的卫星网络关键技术研究

摘要

在信息化时代的今天，加强通信基础设施建设，对促进全球经济发展、信息交流具有重大意义。卫星通信系统以其覆盖范围广，不受地理环境影响的特点成为不二选择。卫星通信系统目前面临的主要困难包括星上资源有限、网络配置不灵活、网络功能迭代缓慢且代价昂贵等。软件定义网络(software definednetwork,SDN)技术提出的控制面与数据面分离的架构思想，以及其数据面通用、简单、高效的特点，为卫星通信网络的建设提供了新的思路。为此，本文结合SDN思想，分别在卫星组网架构、卫星网络QoS路由与卫星网络大块数据传输方面，进行了一些尝试。
　　结合多层卫星网络的概念，本文首先研究覆盖全球的卫星星座系统，提出分段控制软件定义卫星网络(software definition satellite network based on segment control,SSDSN)，将SDN架构思想引入卫星通信系统。由于SSDSN中星地链路带宽的限制，同时为了减少存储流表项对星上存储资源带来的压力，本文引入了分段路由的概念，减少控制层控制信令的数目，将流的转发信息更多的存储到数据报文中。
　　当今网络由最初的纯粹传送数据报文转变为传输语音、视频、数据等多种业务，不同的业务具有不同的传输质量要求。卫星网络由于其网络拓扑动态变化，链路特性时变等特点，如何有效的分配网络资源，最大程度的满足更多业务的传输需求是目前的研究重点。在SSDSN，借助于SDN架构带来的更强的网络控制和感知能力，针对上述问题，本文采用了基于分段路由的区分服务路由算法(differe nc iated service based on segment routing,DSSR)，以期做到区分业务类型的QoS保障，并将用户的接入切换和卫星网络路由统一起来。
　　针对网络中存在的对时延不敏感，但具有传输期限要求的大块数据业务，本文提出动态带宽分配传输算法，该算法在保证业务QoS需求的基础上，不同快照拓扑弹性分配带宽，灵活调度卫星链路带宽资源，做到尽可能多的容纳上述业务。
　　最后，本文在OPNET仿真平台上，验证上述架构和算法，结果表明SSDSN架构具有可行性；DSSR算法，区分对待了各类业务，在满足业务QoS要求的基础上，做到了网络资源的合理分配。动态带宽分配传输算法有效解决网络中具有截止日期的数据业务的传输问题。

目录

声明

第一章 绪论

1. 1卫星通信网络概述

1. 2软件定义网络概述

1. 3背景及课题的提出

1. 4课题研究内容

1. 5总结

第二章 分段控制软件定义卫星网络组网架构设计

2. 1卫星通信简介

2. 2分段控制软件定义卫星网络架构

2. 3本章小结

第三章 基于OPNET的SSDSN系统仿真

3.1 OPNET简介

3. 2仿真平台搭建

3. 3交互报文

3. 4仿真平台功能验证

3. 5性能测试环境

3.6 SSDSN信令开销优化

第四章 基于SSDSN架构的QoS路由技术研究

4. 1卫星网络路由算法研究现状

4. 2卫星接入方式概述

4. 3区分服务路由算法

4. 4基于分段路由的区分服务路由算法

4. 5数据报文分段路由流程

4. 6算法性能

4. 7本章小节

第五章 基于SSDSN架构的大块数据传输算法

5. 1大块数据传输现状

5. 2业务抽象

5. 3固定带宽分配传输算法

5. 4动态带宽分配传输算法

5. 5算法性能

5. 6本章小结

第六章 总结与展望

6. 1总结

6. 2未来工作展望

致谢

参考文献

攻硕期间取得成果