一种基于SDN分布式控制的无人机网络流量配置方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种SDN分布式控制的无人机网络流量配置方法及系统，该方法包括：在无人机的电量即将达到设定门限时，基于本地数据库查询以无人机为中继的数据流信息；根据数据流信息获取以该无人机为中继的数据流计算新路径的原节点和目标节点，将本地的网络拓扑表转化为带权值的有向图，根据有向图中链路权值、原节点和目标节点为数据流计算新路径；按数据流信息优先级发送MOD消息给新路径上的无人机节点控制器；收到MOD消息的无人机节点控制器回复相应ACK消息，完成路由切换，实现流量配置。解决网络中无人机因电量耗尽而脱离网络所导致的相关用户通信中断问题，通过区分数据流的优先级，级别高的用户能够优先完成流量规划实现通信。

【技术实现步骤摘要】
一种基于SDN分布式控制的无人机网络流量配置方法及系统
本专利技术属于无人机网络
，涉及一种在SDN分布式控制的无人机网络中实现流量配置方法及系统。
技术介绍
无人机网络需要支持无人机的动态移动和网络拓扑的频繁变化，并且由于上层协议之间的差异，无人机在不同网络环境中可能难以正常工作，其次无人机飞行时间有限导致网络正常通信时间受限，因此要求整个无人机网络实现综合有效的管理和资源的利用。软件定义网络(SDN)将控制层与数据层分离，通过软件定义的方式控制网络，其在无人机网络的应用很好地解决了无人机网络中遇到的上述问题。SDN的软件定义将各种路由协议在同一标准下软件化，让无人机灵活地工作在各种环境中。SDN的可编程性，实现了以编程的方式控制网络，使得无人机网络更加开放和灵活，方便了新应用和服务的部署，简化了网络的管理。SDN控制器通过收集和处理全网信息，实现了资源的综合管理和决策的最优化。SDN在无人机网络中的应用得到了深入的研究，主要分为集中式控制模式和分布式控制模式。在SDN集中式控制的无人机网络中，中心控制器掌握全网信息和拓扑，因此可以作出优化的决策并控制无人机节点的具体行为。但是在无人机网络中，集中式控制模式存在以下问题：(1)无人机的通信控制都依赖于中心控制器，一旦该控制器失效或者遭受攻击，会导致整个无人机网络陷入瘫痪，因此其可靠性以及安全性难以得到保证。(2)无人机群远距离作战时，无人机与控制器之间需要通过其他无人机作为中继实现通信，因此会导致频谱之间的干扰和控制信息传输延时的问题。(3)无人机网络通信规模较大时，整个网络的计算都依赖于中心控制器，使得中心控制器要同时计算处理并传输海量的数据，因此会导致网络的拥塞和数据传输延时。在这种情况下，SDN分布式控制模式更适合于无人机网络。SDN分布式控制模式中，每个无人机都配置了控制器用于控制自身的状态，无人机网络中的计算分担到每个无人机控制器中，无人机群不受中心控制器的影响可以更加灵活地飞行组网。但是，考虑到无人机网络作为能量受限型网络，当无人机因电量原因脱离网络时，将无法与用户之间进行正常的通信。
技术实现思路
本专利技术目的在于提供一种基于SDN分布式控制的流量配置方法及系统，用以克服现有技术中无人机由于电量耗尽，脱离无人机网络所导致相关用户通信中断的问题，SDN分布式控制的无人机网络中提前将流经无人机的流量规划到其它路径上，实现无人机流量的预规划，在无人机由于电量耗尽等原因造成脱离无人机网络的状态下依然能保持与用户的正常通信。为实现本专利技术的目的，本专利技术提供一种基于SDN分布式控制的无人机网络流量配置方法，在SDN分布式控制的无人机网络中，每个无人机节点控制器监控本地无人机及无人机网络的动态；无人机节点控制器在本地维护根据LSP消息生成的网络拓扑表，包括以下步骤：步骤1，在无人机的电量即将达到设定的门限时，基于本地数据库查询以所述无人机为中继的数据流信息；步骤2，根据所述数据流信息获取以该无人机为中继的数据流计算新的路由路径的原节点和目标节点，将本地的网络拓扑表转化为带权值的有向图，根据所述有向图中链路权值weight、原节点和目标节点为以该无人机为中继的数据流计算新的路由路径；步骤3，按数据流信息的优先级发送MOD消息给新的路由路径上的无人机节点控制器；步骤4，收到MOD消息的无人机节点控制器回复相应的ACK消息，完成路由的切换，实现流量的配置。为实现本专利技术的目的，本专利技术还提供一种基于SDN分布式控制的无人机网络流量预规划系统，包括处理器，以及与所述处理器连接的存储器，所述存储器存储有基于SDN分布式控制的无人机网络流量预规划程序，所述基于SDN分布式控制的无人机网络流量预规划程序被所述处理器执行时实现上述方法的步骤。本专利技术提供的基于SDN分布式控制的无人机网络流量配置方法及系统，不需要中心控制器，通过设计分布式控制器的监控平台和定义控制消息，在SDN分布式无人机网络中，通过监控平台发现无人机电量预警，并在到达设定门限前，快速获得以所述无人机为中继的数据流信息；根据数据流信息以及由本地的网络拓扑表建立的链路权值weight为以即将失效无人机为中继的数据流规划新的路由路径，保证了用户的持续通信，通过区分数据流的优先级，级别高的用户能够优先完成流量规划实现通信，实验表明本专利技术易于实现，完成流量配置的耗时少，复杂度低。附图说明图1是本专利技术实施例提供的基于SDN分布式控制的无人机网络流量配置方法中无人机网络的示意图；图2是本专利技术实施例中无人机监控平台的监控显示实例；图3是本专利技术实施例中链路负载对流量预规划中路径选择的影响的示意图；图4为本专利技术实施例中无人机电量和链路负载对流量预规划中路径选择的影响的示意图；图5为本专利技术实施例中流量的优先级对路由切换的影响的示意图；图6为本专利技术实施例提供的基于SDN分布式控制的无人机网络示意图。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例图中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，作进一步详细说明。本专利技术实施例提供一种基于SDN分布式控制的无人机网络流量配置方法及系统。参照图1～3，本专利技术实施例提供一种基于SDN分布式控制的无人机网络流量配置方法，首先，为了每个分布式控制器能够掌握无人机网络的全局拓扑和实现流量预规划算法，在本专利技术中定义以下几种控制消息类型：LSP消息用于为每个无人机控制器建立全局网络拓扑，其包括了发送该消息的无人机节点序号，无人机节点的电量，无人机所处的地理位置以及相邻链路上的链路负载数。每个无人机控制器在控制信道周期性地广播LSP消息，无人机控制器根据收到的LSP消息可以重构出整个网络拓扑，并在本地维护一个网络拓扑表。FAP消息用于向其它无人机控制器询问本地数据库中数据流所缺失的用户信息，其包括发送该消息的无人机序号，数据流信息以及用于标记所需信息的Tag值。FIP消息用于回复FAP消息，其包括了与数据流源或目的IP地址一致的用户所接入的无人机序号，用户的序号，用户的IP地址，优先级以及Tag值。MOD消息用于传递控制器之间修改流表项的具体代码信息，其包括了接收方的无人机序列号，发送方的无人机序列号，具体的代码信息以及用于区分不同数据流的序列号码。ACK消息用于回复MOD消息，表明本地控制器已完成流表项的修改，其包括了接收方的无人机序列号，发送方的无人机序列号以及用以区分回复不同MOD消息的序列号码。各无人机控制器内部都维护一个统一的网络拓扑表，其包括了网络中各无人机的电量、地理位置以及网络中各链路的负载情况。本专利技术中，在控制器内为每个无人机设计监控平台用于实时监控无人机和网络的动态，控制器在本地维护根据LSP消息生成的网络拓扑表，当监控平台监测到本无人机的电量超过所设门限，会查询自己数据库中的以该无人机为中继的数据流信息；本专利技术中，如果发现其数据库中数据流所属的用户信息缺失时，便会在控制信道内广播发送FAP消息，网络中包含该用户信息的无人机控制器在收到其FAP消息后，会回复相应的FIP消息；本专利技术中，无人机控制器根据收到的FIP消息完善自己数据库内的用户信息，并提取相应的数据流所属的用户信息用于实现该流量的预规划，其包括了数据流的信息，流所属的源无人机序号和目的无人机序号，以及用户的优先本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SDN分布式控制的无人机网络流量配置方法，在SDN分布式控制的无人机网络中，每个无人机节点控制器监控本地无人机及无人机网络的动态；无人机节点控制器在本地维护根据LSP消息生成的网络拓扑表，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在无人机的电量即将达到设定的门限时，基于本地数据库及无人机网络之间的通信获得以所述无人机为中继的数据流信息；步骤2，根据所述数据流信息获取以该无人机为中继的数据流计算新的路由路径的原节点和目标节点，将本地的网络拓扑表转化为带权值的有向图，根据所述有向图中链路权值weight、原节点和目标节点为以该无人机为中继的数据流规划新的路由路径；步骤3，按数据流信息的优先级发送MOD消息给新的路由路径上的无人机节点控制器；步骤4，收到MOD消息的无人机节点控制器回复相应的ACK消息，完成路由的切换，实现流量的配置。

【技术特征摘要】
1.一种基于SDN分布式控制的无人机网络流量配置方法，在SDN分布式控制的无人机网络中，每个无人机节点控制器监控本地无人机及无人机网络的动态；无人机节点控制器在本地维护根据LSP消息生成的网络拓扑表，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，在无人机的电量即将达到设定的门限时，基于本地数据库及无人机网络之间的通信获得以所述无人机为中继的数据流信息；步骤2，根据所述数据流信息获取以该无人机为中继的数据流计算新的路由路径的原节点和目标节点，将本地的网络拓扑表转化为带权值的有向图，根据所述有向图中链路权值weight、原节点和目标节点为以该无人机为中继的数据流规划新的路由路径；步骤3，按数据流信息的优先级发送MOD消息给新的路由路径上的无人机节点控制器；步骤4，收到MOD消息的无人机节点控制器回复相应的ACK消息，完成路由的切换，实现流量的配置。2.根据权利要求1所述的基于SDN分布式控制的无人机网络流量配置方法，其特征在于，所述步骤1中基于本地网络拓扑表查询以所述无人机为中继的数据流信息包括：步骤11，在发现本地数据库中数据流所属的用户信息缺失时，在控制信道内广播发送FAP消息；步骤12，无人机网络中包含该用户信息的无人机控制器在收到FAP消息后，回复相应的FIP消息；步骤13，无人机控制器根据收到的FIP消息完善其数据库内的用户信息，并提取相应的数据流所属的用户信息用于实现该流量的预规划；所述用户信息包括了数据流流所属的源无人机序号和目的无人机序号，以及用户的优先级。3.根据权利要求2所述的基于SDN分布式控制的无人机网络流量配置方法，其特征在于，所述步骤2中的链路权值weight为：其中：PC表示无人机节点已消耗电量占总电量的百分比，link_load表示无人机网络中链路的负载值，link_loadmax表示网络各链路负载中的最大值，作为基准的参考值，α1和α2为无人机节点电量和链路负载情况的权重系数，且α1+α2＝1。4.根据权利要求3所述的基于SDN分布式控制的无人机网络流量配置方法，其特征在于：α1的设定为0.5，α2的设定为0.5。5.根据权利要求3或4所述的基于SDN分布式控制的无人机网络流量配置方法，其特征在于，所述步骤2包括：步骤21，根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海涛，魏急波，张霄，熊俊，周力，黄圣春，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43