一种软件定义机载网络架构及内容驱动的路由协议制造技术

本发明专利技术公开了一种软件定义机载网络架构及内容驱动的路由协议，数据平面通过南向接口与控制平面相连，控制平面通过北向接口与应用平面相连，管理平面通过管理接口分别与应用平面、控制平面和数据平面相连；本发明专利技术以软件定义机载网络架构为基础，从端到端接入延时、吞吐量等网络性能参数角度入手，进一步设计一种内容驱动的路由协议。本发明专利技术的软件定义机载网络架构将软件定义网络、信息中心网络和机载战术网络进行融合，提升网络管控的灵活性和效率，为网络提供差异化的网络服务以及高价值信息的高效传输；此外，本发明专利技术的路由协议，为不同的信息内容提供不同等级的差异化路由转发能力，从而实现为网络提供高效的差异化服务的目的。

【技术实现步骤摘要】
一种软件定义机载网络架构及内容驱动的路由协议
本专利技术涉及路由协议
，具体涉及一种软件定义机载网络架构及内容驱动的路由协议。
技术介绍
近年来，由大规模有人/无人航空平台组成的航空集群进行的协同作战已经替代了单一平台作战成为航空作战的主要模式。集群成员通过协同工作实现单一或少量复杂任务，进而实现平台能力最大化以及集群新能力的涌现。当前采用“烟囱式”架构的机载网络通常针对指挥、控制、攻击、情报、监视与侦察等具体的空战通信需求设计。这种设计思路使得机载网络提供的通信服务紧耦合于具体的作战应用。受“烟囱式”架构制约，当前机载网络中担负建立连接、转发数据等重要作用的路由协议，也存在着仅能满足有限任务背景下模式固定的信息交互需求，但难以支撑航空集群各成员间的灵巧作战协同的问题。当前，软件定义网络(SDN,softwaredefinednetworking)范式的出现为解决机载网络如何满足未来航空集群作战应用过程中信息交互需求的问题提供了思路。SDN将网络的控制平面和数据平面彻底分离，从上至下形成了应用平面、控制平面和数据平面的三层结构。在SDN中，数据平面只需要转发数据包，所有的路由决策、负载平衡和流量工程等操作都是在逻辑集中的控制平面中进行的，充分提升网络管控的灵活性和效率。现已有研究人员尝试将SDN的范式应用于机载网络中，如赵尚弘等《软件定义航空集群机载战术网络》(通信学报,2017,38(8):140-155.)分析了航空集群作战应用对航空集群机载网络的基本能力需求，提出了软件定义机载网络(SDAN-AS,softwaredefinedairbornenetworkingforaeronauticswarm)架构。对支持未来航空集群成员间高效信息交互的机载网络形态进行了探索，为明确未来机载网络的演进方向提供了参考和借鉴。另一方面，随着网络应用的主题逐步向内容获取和信息服务演进，人们对于信息获取的应用需求日益增长。现有以主机为中心的体系结构难以满足未来以信息为核心的应用需求。信息中心网络(ICN,informationcentricnetworking)作为一种以信息内容为中心的具有革命性的网络架构应运而生，为解决体系架构与应用需求间的矛盾提供了新方法。ICN直接对信息内容进行命名，并基于信息内容实现路由转发、网内缓存及传输控制等功能，解决了信息“是什么”而不是“在哪儿”的问题，符合人们获取信息的直观感受。同时，基于信息内容的命名将信息与位置解耦，提高信息内容的获取效率，为机载网络无法支撑任务所需高价值信息的高效获取及传输提供了新的思路。上述现有技术所存在的缺点为：当前机载网络主要采用烟囱式的架构，面对不断扩展的多类型平台、多作战阶段、多作战任务的航空集群作战功能，通过不断叠加新的通信协议、通信终端、通信天线等软硬件，以满足持续增长且不断变化的航空作战通信需求。这种方式简单，但造成不同系统间的相互独立、设备重复，导致网络管控困难，互操作性、可扩展性较差。加之受平台载荷和集成技术等因素制约，机载网络性能提升有限，灵活性、开放性、互操作性明显不足，难以满足航空集群作战的复杂通信需求，限制了航空集群的能力涌现。当前机载网络下的路由协议一方面受“烟囱式”网络架构的制约，难以支撑航空集群各成员间的灵巧作战协同。另一方面，大部分现有机载网络下的路由协议仅从解决具体作战场景下的网络问题出发，针对提升链路数据率、端到端网络可用性等网络性能给出了切实可行的方案，但并没有从全局的角度考虑和把握路由机制。同时，现有机载网络下的路由协议尚未关注转发信息的具体内容，使得网络对信息内容的获取效率低下，难以实现网络中高价值信息的高效传输。
技术实现思路
针对上述问题中存在的不足之处，本专利技术提供一种软件定义机载网络架构及内容驱动的路由协议。本专利技术公开了一种软件定义机载网络架构，融合了SDN、ICN和机载网络三种网络，包括：数据平面、控制平面、应用平面和管理平面，所述数据平面通过南向接口与所述控制平面相连，所述控制平面通过北向接口与所述应用平面相连，所述管理平面通过管理接口分别与所述应用平面、控制平面和数据平面相连；其中：所述数据平面包括多个网络设备，用于根据所述控制平面下发的配置内容对平面内的数据包进行传输，以及收集平面内的网络状态信息发送至所述控制平面；所述控制平面包括控制器，用于处理和调度所述数据平面的流量，以及向所述应用平面开放多个层次的可编程能力；所述应用平面包括多个网络应用模块，用于实现用户定义的高层次网络控制逻辑；所述管理平面，用于管理所述应用平面、控制平面和数据平面。作为本专利技术的进一步改进，在所述数据平面中，采用ICN的数据传输模式；网络设备D需要某个信息内容，通过发送兴趣包使得网络明确网络设备D对信息内容的请求，从而寻找到符合相应要求的网络设备E，网络设备E将包含网络设备D需要的信息内容的数据包发送给网络设备D，完成信息交互。作为本专利技术的进一步改进，所述控制平面通过对所述数据平面的网络设备进行集中管理、转发决策以处理和调度所述数据平面的流量；所述控制平面向所述应用平面开放多个层次的可编程能力，允许网络用户根据特定的应用场景灵活地制定各种网络策略。作为本专利技术的进一步改进，在所述应用平面中，内容驱动路由协议的实现需要调用所述控制器中的映射模块，所述映射模块完成由信息内容到地址的映射；所述信息内容经过所述南向接口传送至所述控制器中，所述控制器经过映射模块对包含信息内容的数据包进行处理，将信息内容转化为地址，再经过所述南向接口将包含地址的数据包下发给相应的网络设备，网络设备根据地址信息进行路由决策与转发。本专利技术还公开了一种基于软件定义机载网络架构的内容驱动的路由协议，包括：计算源节点到目的节点之间的所有路径；源节点的转发信息库中有无相关转发信息；若无，则源节点向控制器发送兴趣消息；控制器的本地路由信息库有无相关路由信息；若无，则调用内容驱动的路由协议计算路由信息，并下发给所有相关节点；源节点根据路由信息选择所有路径中最优的进行兴趣消息转发；目的节点收到兴趣消息后原路返回数据消息。作为本专利技术的进一步改进，若源节点的转发信息库中有相关转发信息，则源节点根据路由信息选择所有路径中最优的进行兴趣消息转发；若控制器的本地路由信息库有相关路由信息，则源节点根据路由信息选择所有路径中最优的进行兴趣消息转发。作为本专利技术的进一步改进，还包括：当路由转发机制异常时，数据包无法找到下一目标节点而导致转发失败产生拥塞时，直接调用扩展后的基于多维感知的路由选取算法来选择下一跳节点。作为本专利技术的进一步改进，所述路由选取算法包括：计算源节点k个邻居的连接链路时间T；计算k个综合参数值S，并由大到小排列；判断有无相同参数值；若有，则按节点连接时间由大到小排列；判断有无相同的节点连接时间；若有，则按链路层占用率由低到高排列；获取序列S(x)；设x的所有2跳邻居集合为Q(x),x的MPR集合为M(x),初始为空集；从S(x)中选取第1个邻居Ni；判断Ni有无包含Q(x)的某些节点；若有，则把Ni加入到M(x)中把包含的节点从Q(x)中删除把Ni从S(x)中删除；判断S(x)或Q(x)是否为空；若是，则所得M(x)即为MPR节点集合。作为本专利技术的进一步改本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种软件定义机载网络架构，其特征在于，融合了SDN、ICN和机载网络三种网络，包括：数据平面、控制平面、应用平面和管理平面，所述数据平面通过南向接口与所述控制平面相连，所述控制平面通过北向接口与所述应用平面相连，所述管理平面通过管理接口分别与所述应用平面、控制平面和数据平面相连；其中：所述数据平面包括多个网络设备，用于根据所述控制平面下发的配置内容对平面内的数据包进行传输，以及收集平面内的网络状态信息发送至所述控制平面；所述控制平面包括控制器，用于处理和调度所述数据平面的流量，以及向所述应用平面开放多个层次的可编程能力；所述应用平面包括多个网络应用模块，用于实现用户定义的高层次网络控制逻辑；所述管理平面，用于管理所述应用平面、控制平面和数据平面。

【技术特征摘要】
1.一种软件定义机载网络架构，其特征在于，融合了SDN、ICN和机载网络三种网络，包括：数据平面、控制平面、应用平面和管理平面，所述数据平面通过南向接口与所述控制平面相连，所述控制平面通过北向接口与所述应用平面相连，所述管理平面通过管理接口分别与所述应用平面、控制平面和数据平面相连；其中：所述数据平面包括多个网络设备，用于根据所述控制平面下发的配置内容对平面内的数据包进行传输，以及收集平面内的网络状态信息发送至所述控制平面；所述控制平面包括控制器，用于处理和调度所述数据平面的流量，以及向所述应用平面开放多个层次的可编程能力；所述应用平面包括多个网络应用模块，用于实现用户定义的高层次网络控制逻辑；所述管理平面，用于管理所述应用平面、控制平面和数据平面。2.如权利要求1所述的软件定义机载网络架构，其特征在于，在所述数据平面中，采用ICN的数据传输模式；网络设备D需要某个信息内容，通过发送兴趣包使得网络明确网络设备D对信息内容的请求，从而寻找到符合相应要求的网络设备E，网络设备E将包含网络设备D需要的信息内容的数据包发送给网络设备D，完成信息交互。3.如权利要求1所述的软件定义机载网络架构，其特征在于，所述控制平面通过对所述数据平面的网络设备进行集中管理、转发决策以处理和调度所述数据平面的流量；所述控制平面向所述应用平面开放多个层次的可编程能力，允许网络用户根据特定的应用场景灵活地制定各种网络策略。4.如权利要求1所述的软件定义机载网络架构，其特征在于，在所述应用平面中，内容驱动路由协议的实现需要调用所述控制器中的映射模块，所述映射模块完成由信息内容到地址的映射；所述信息内容经过所述南向接口传送至所述控制器中，所述控制器经过映射模块对包含信息内容的数据包进行处理，将信息内容转化为地址，再经过所述南向接口将包含地址的数据包下发给相应的网络设备，网络设备根据地址信息进行路由决策与转发。5.一种基于如权利要求1-4任一项所述的软件定义机载网络架构的内容驱动的路由协议，其特征在于，包括：计算源节点到目的节点之间的所有路径；源节点的转发信息库中有无相关转发信息；若无，则源节点向控制器发送兴趣消息；控制器的本地路由信息库有无相关路由信息；若无，则调用内容驱动的路由协议计算路由信息，并下发给所有相关节点；源节点根据路由信息选择所有路径中最优的进行兴趣消息转发；目的节点收到...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈柯帆，吕娜，邹鑫清，曹芳波，刘创，周家欣，朱梦圆，刘鹏飞，
申请(专利权)人：陈柯帆，吕娜，
类型：发明
国别省市：四川,51