[发明专利]一种SDN架构下的空间信息网络路由策略的设计方法

说明书

本发明公开了一种SDN架构下的空间信息网络路由策略的设计方法，包括以下步骤：建立基于软件定义网络SDN的空间信息网络架构；建立基于SDN空间信息网络路由模型；建立改进的遗传算法求解路由模型。本发明利用SDN数控分离的思想，在控制平面高度集中逻辑，可以实时获取全局的网络状态，计算路由策略，LEO和MEO不需要自身计算路由，减轻了卫星自身负载，降低了功耗。本发明针对空间信息网络具有通信环境复杂、节点动态性强、星上处理能力有限和业务种类繁多等特点，在SDN架构下制定最优的空间信息网络路由方案，降低空间信息网络中各业务类数据转发的传输时延和减少丢包率。

技术领域

本发明涉及空间信息网络路由策略，特别是一种软件定义网络(SoftwareDefined Network,SDN)架构下的空间信息网络路由策略的设计方法。

背景技术

空间信息网络传输的业务种类繁多，拓扑结构变化快，导致链路频繁的切换或中断，使得无法存在稳定的端到端链路。此外，卫星的尺寸和重量限制了其机载处理能力，在其自身计算路由时造成了不便，这给空间信息网络的通信带来了极大困难。因此，建立有效的路由策略对空间信息网络的高效运行具有十分重要的意义。

现有的空间信息网络路由分为单层路由和多层路由。利用单层卫星网络运行的周期性和规律性，将其运行周期划分为n个时隙。每个时隙内，将卫星网络视为虚拟静态拓扑，路由策略存储在每个卫星节点中，卫星通信过程中查询对应的转发路径即可。但是此类方法由于运行周期分为较多时隙，需要星上有足够的存储空间，增加卫星负载。同时由于通信环境复杂和节点高动态性造成链路故障、流量变化等情况时卫星的处理能力较差，造成了数据传输的时延大和丢包率高等问题。对于GEO/LEO双层卫星网络链路负载不均衡、多媒体业务具有不同QoS(服务质量)要求的问题，提出结合业务利用率来调整不同业务链路初始权值，从而合理分配网络资源，满足各种QoS要求，优化卫星网络链路利用率。但是该方法在业务利用率不同时，需要卫星计算业务权值来判断业务链路，增加了卫星的内存占用和运行负担。

发明内容

为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种SDN架构下的空间信息网络路由策略的方法，该方法能够降低数据的传输时延和减小丢包率，同时减少卫星的内存占用并减轻运行负担。

为了实现上述目的，本发明的技术方案如下：一种SDN架构下的空间信息网络路由策略的设计方法，包括以下步骤：

A、建立基于软件定义网络SDN的空间信息网络架构

基于SDN的空间信息网络架构包括控制平面和转发平面。

所述的控制平面包含地面站和GEO，地面站为一级控制器，包含信息存储模块和路由计算模块；GEO为二级控制器，包含节点探索模块和基础转发模块。

所述的转发平面包括MEO和LEO，接收控制平面下发的规则对数据包进行快速转发。

所述的GEO为高轨卫星，MEO为中轨卫星，LEO为低轨卫星。

所述的信息存储模块用于存储转发平面链路状态信息。

所述的路由计算模块根据信息存储模块的链路信息计算，得出最优路由。

所述的基础转发模块用于传递一级控制器与转发平面的信息交互。

所述的节点探索模块用于探索转发平面卫星节点间链路状态信息。

B、建立基于SDN空间信息网络路由模型

B1、定义路由模型参数

采用G(V,E)表示基于SDN空间信息网络拓扑模型，V表示空间信息网络中所有卫星节点的集合，E＝{e＝(i,j)|i,j∈V}，表示相邻两个卫星之间的链路集合，相邻卫星之间有且只有一条链路，“源-宿”两端节点卫星之间的路由集合为p，定义如下路由模型参数：