基于SDN的卫星网络管控协议半实物试验装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种基于SDN的卫星网络管控协议半实物试验装置，该装置构建了面向SDN卫星网络场景的从用户应用到数据物理传输全系统仿真的试验装置，并可为网络决策者提供优化的网络管控方案。所述装置采用了SDN集中式的分层管控架构，应用了自设计的卫星网络模拟系统硬件部署方案以及网络管控软件。本发明专利技术具备良好的人机界面，使用SDN实物交换机构建卫星传输模拟系统，所设计的虚拟拓扑机制可在有线网中快速生成卫星动态网络拓扑，因而本发明专利技术具备友好的可视化、仿真结果真实可靠、网络场景快速构建等优点。

【技术实现步骤摘要】
基于SDN的卫星网络管控协议半实物试验装置
本专利技术涉及空天通信领域，具体地，涉及一种基于SDN的卫星网络管控协议半实物试验装置。该装置用于异构卫星网络场景的生成与硬件模拟以及针对典型卫星任务的网络关键技术仿真，友好的人机交互界面便于用户实现自定义卫星网络场景、查看测试结果等需求。
技术介绍
软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork,SDN)作为一种控制转发分离的新型网络架构，凭借其灵活性、开放性及可编程性，引起了人们将SDN应用到空间信息网络的极大兴趣。如果在真实的网络体系中进行技术研究与验证，不仅周期长，成本高，而且有可能影响现有卫星系统的正常运行，也无法进行可扩展性和可重构性的实验。因此在基于SDN的空间信息网络技术发展中，现在迫切需要有效的平台与工具进行大规模的仿真和实验验证。然而，SDN技术虽然是如今应用在高吞吐量有线网中的一个较为成熟的技术，其原有的仿真工具对于卫星场景的模拟与测试不适用。SDN技术在设计之初是为了方便科研人员快速地搭建有线试验网而提出的，随后由于SDN架构的可编程思想受到了交换机厂商的关注与追捧，并在核心传输网中发展起来，例如谷歌所搭建的B4网络是SDN技术应用于工业界有线网的最成功案例。然而，卫星网络场景与地面有线网场景在节点资源特性、网络动态性、业务类型与网络需求等方面差异巨大，SDN现有仿真工具(例如Mininet)无法模拟卫星场景，无法满足SDN架构下卫星场景的仿真需求。如今一些学术研究工作致力于开发适用于卫星场景下SDN管控技术研究的仿真平台。对成熟的SDN仿真工具进行面向卫星场景的适应性改造是一个思路，有研究人员通过集成Mininet、STK等软件仿真工具完成卫星网络中拓扑控制、动态路由等功能，然而使用简单的软件模拟，首先仿真功能会受限于所集成的软件框架，其次无法产生真实的数据流，结果的真实性大大降低。有研究人员面向星间动态路由的研究搭建了半实物仿真平台，然而其局限性在于使用主机虚拟出SDN交换机和控制器节点，SDN协议无可避免受到简化，且仅能实现路由的仿真测试，无法对具体任务类型(例如遥感观测、导航定位任务)以及其他资源(例如计算资源、传感器资源)进行仿真。综上所述，针对SDN架构下的卫星网络场景，需要设计出一种既能反映卫星网络真实物理环境，又能对从用户输入到任务下发与执行全过程仿真的试验平台。目前没有发现同本专利技术类似技术的说明或报道，也尚未收集到国内外类似的资料。
技术实现思路
针对上述技术中存在的上述不足，本专利技术的目的是提供一个涵盖用户应用开发、网络传输、链路接入、硬件搭建的全系统卫星网络管控协议试验装置。所述装置设计的分层体系架构保证了系统的高扩展性，设计的以SDN实物交换机为主体搭建的网络传输层对基于SDN架构的卫星网络环境提供了较真实的近似，设计的任务规划系统的智能算法与友好的人机交互界面可为网络决策者提供优化的网络管控方案。本专利技术是通过以下技术方案实现的。一种基于SDN的卫星网络管控协议半实物试验装置，其特点在于，包括卫星网络模拟系统以及卫星网络管控系统；所述卫星网络模拟系统作为硬件部分，实现卫星环境的构建，包括场景控制器、动态链路模拟器以及卫星模拟节点；所述的卫星网络管控系统作为软件部分，面向用户侧，实现大规模用户需求的高效统一筹划，及网络计算/存储/通信资源的统一规划，实现网络状态的实时监测与分析并进行高效的网络流量部署，包括应用层、任务规划层、SDN控制层以及数据转发层；其中：所述场景控制器：包含于控制层的SDN控制器中，用于完成卫星类型定制及网络拓扑生成、通信带宽动态配置；所述动态链路模拟器：由彼此之间全连接的SDN交换机组成，用于实现星间/星地链路的控制与切换；所述卫星模拟节点：一台服务器与一台SDN交换机组成一个能被SDN网络管控的卫星节点，其中服务器用于模拟卫星节点的计算、存储资源并等效地模拟星上各类传感器资源，交换机用于完成卫星的通信传输、链路控制以及自定义路由策略的部署。所述的卫星网络管控系统中，所述的应用层，负责通过北向接口协议构建各种卫星应用；所述的任务规划层，面向用户侧，实现大规模用户需求的高效统一筹划，实现网络计算/存储资源的统一管理，通过资源组合替换技术在应急突发场景下实现网络的鲁棒性以及对用户QoS的保障；所述的SDN控制层，实现网络状态的实时监测与分析，实现网络流量部署、节点路由选择等网络性能的优化，一方面通过虚拟化技术向任务规划层屏蔽通信细节，另一方面通过定制化的南向接口实现异构网络的适配，同时负责网络场景的控制与生成；所述的数据转发层，由从硬件交换机中抽象出的虚拟SDN交换机组成，负责网络的通信功能实现。工作流程如下：-在收到自然语言描述的用户需求后，任务规划层将自然语言描述的用户需求转化为形式化描述的任务模板，并规划出多组任务工作流供网络管理者选择；-网络管理者通过考虑不同的约束选择一种任务工作流以进行后续的资源匹配，任务规划层通过心跳包的交互来获取网络多维资源状态并形成统一的资源池，最后根据网络实时的资源状态给出最优的工作流-网络资源的匹配方案，并将匹配结果发送至SDN控制层。-SDN控制层一方面负责收集网络状态并通过心跳包反馈给任务规划层，另一方面计算网络通信策略并将其通过流表的方式下发至数据转发层；-数据转发层根据SDN控制层下发的策略对数据流做相应的处理，并对时延、端口带宽等指标实时监控并反馈给SDN控制层，SDN控制层做数据处理后将任务执行的结果反馈给任务规划层。所述的任务规划层通过虚拟化技术形式化表达用户需求与网络资源，通过基于机器学习的子任务分解与聚类技术减小任务规划的状态空间，通过服务组合替换技术在任务执行过程中保障用户QoS。所述的场景控制器作为卫星网络模拟系统的控制中心，对动态链路模拟器与卫星模拟节点进行实时配置以生成定制化的卫星网络场景，其中，场景控制器通过主动下发流表的方式来阻塞部分交换机端口以达到动态网络拓扑的生成与控制，场景控制器通过ARP代理的方式抑制有环物理连接下的广播风暴，场景控制器使用SDN南向接口协议所提供能的限速功能实现链路带宽的动态配置与现有技术相比，本专利技术具有如下有益效果：1.构建了一个面向SDN卫星网络场景的从用户应用到数据物理传输全系统仿真的试验装置，具有友好的人机交互界面，可实现卫星网络管控协议的高效验证以及管控性能的快速分析，并可为网络决策者提供优化的网络管控方案；2.使用SDN物理交换机来构建SDN卫星网络半实物试验装置，仿真结果的真实性与可靠性得到充足保证；3.分层系统架构使得试验平台层次清晰，易于维护与故障排查，定制化的南北向接口使得试验装置具备灵活性与可扩展性；4.设计的广播风暴避免与虚拟拓扑生成机制可在有线网中快速构建出动态时变的卫星网络。附图说明通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本专利技术的其他特征、目的和优点将会变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于SDN的卫星网络管控协议半实物试验装置，其特征在于，包括卫星网络模拟系统以及卫星网络管控系统；/n所述卫星网络模拟系统作为硬件部分，实现卫星环境的构建，包括场景控制器、动态链路模拟器以及卫星模拟节点；/n所述的卫星网络管控系统作为软件部分，面向用户侧，实现大规模用户需求的高效统一筹划，及网络计算/存储/通信资源的统一规划，实现网络状态的实时监测与分析并进行高效的网络流量部署，包括应用层、任务规划层、SDN控制层以及数据转发层；/n其中：/n所述场景控制器：包含于控制层的SDN控制器中，用于完成卫星类型定制及网络拓扑生成、通信带宽动态配置；所述动态链路模拟器：由彼此之间全连接的SDN交换机组成，用于实现星间/星地链路的控制与切换；/n所述卫星模拟节点：一台服务器与一台SDN交换机组成一个能被SDN网络管控的卫星节点，其中服务器用于模拟卫星节点的计算、存储资源并等效地模拟星上各类传感器资源，交换机用于完成卫星的通信传输、链路控制以及自定义路由策略的部署。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于SDN的卫星网络管控协议半实物试验装置，其特征在于，包括卫星网络模拟系统以及卫星网络管控系统；
所述卫星网络模拟系统作为硬件部分，实现卫星环境的构建，包括场景控制器、动态链路模拟器以及卫星模拟节点；
所述的卫星网络管控系统作为软件部分，面向用户侧，实现大规模用户需求的高效统一筹划，及网络计算/存储/通信资源的统一规划，实现网络状态的实时监测与分析并进行高效的网络流量部署，包括应用层、任务规划层、SDN控制层以及数据转发层；
其中：
所述场景控制器：包含于控制层的SDN控制器中，用于完成卫星类型定制及网络拓扑生成、通信带宽动态配置；所述动态链路模拟器：由彼此之间全连接的SDN交换机组成，用于实现星间/星地链路的控制与切换；
所述卫星模拟节点：一台服务器与一台SDN交换机组成一个能被SDN网络管控的卫星节点，其中服务器用于模拟卫星节点的计算、存储资源并等效地模拟星上各类传感器资源，交换机用于完成卫星的通信传输、链路控制以及自定义路由策略的部署。


2.根据权利要求1所述的一种基于SDN的卫星网络管控协议半实物试验装置，其特征在于，所述的卫星网络管控系统中，
所述的应用层，负责通过北向接口协议构建各种卫星应用；
所述的任务规划层，面向用户侧，实现大规模用户需求的高效统一筹划，实现网络计算/存储资源的统一管理，通过资源组合替换技术在应急突发场景下实现网络的鲁棒性以及对用户QoS的保障；
所述的SDN控制层，实现网络状态的实时监测与分析，实现网络流量部署、节点路由选择等网络性能的优化，一方面通过虚拟化技术向任务规划层屏蔽通信细节，另一方面通过定制化的南向接口实现异构网络的适配，同时负责网络场景的控制与生成；
所述的数据转发层，由从硬件交换机中抽象出的虚拟SDN交换机组成，负责网...

【专利技术属性】
技术研发人员：郎修璞，归琳，陈昊鹏，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：上海;31