一种软件定义卫星网络南向接口控制方法技术

本发明专利技术公开了一种软件定义卫星网络南向接口控制方法，属于天地一体化网络通信技术领域。本发明专利技术对软件定义卫星网络（S

【技术实现步骤摘要】
一种软件定义卫星网络南向接口控制方法


[0001]本专利技术涉及天地一体化网络通信
，特别涉及一种软件定义卫星网络南向接口控制方法，特别适用于星上资源受限、链路资源受限的卫星网络。

技术介绍

[0002]卫星网络是由不同轨道、种类、特征的卫星、星座及相应地面基础设施所组成的信息网络，它们通过星间、星地链路连接在一起，实现全球无缝覆盖，延伸和扩展地面网络，提供全球化通信传输等功能。
[0003]在地面软件定义网络中，目前公认的南向接口协议标准主要为OPENFLOW协议。OPENFLOW协议用来描述SDN控制器与SDN交换机之间的交互信息标准以及接口标准，具体包括二者之间的消息交互流程以及消息内容定义，包括下发流表和控制命令，交换机上报PACKET事件和状态。流表由首部匹配字段、计数器、策略集合组成，首部字段进行数据包的匹配，计数器用来更新匹配数据包数目，策略集合用来对匹配数据包执行特定的操作。
[0004]OPENFLOW协议针对地面网络设计，主要解决的是数据中心、园区网等有线应用环境下的SDN组网控制问题，认为SDN控制器与SDN交换机之间的控制通道非常稳定，没有考虑卫星网络络中链路通信带宽有限、丢包率高、链路状态不稳定、传输时延大等特点，因此，OPENFLOW在设计时采用TCP协议承载，协议流程交互频繁、协议字段复杂和协议编码繁琐，这些在地面SDN网络中可能问题不大，但是如果将OPENFLOW协议直接应用于卫星网络，将面临传输性能下降、异常处理不完善、带宽开销过大、效率低下等问题。
[0005]卫星网络与地面网络相比具有带宽受限、延迟高和误码率高的特点，这就要求软件定义卫星网络（S
‑
SDN）控制器与星载SDN代理之间的南向接口协议具有较低的协议开销，尽量避免频繁的协议交互，采用可靠的传输层协议，以提高南向接口协议在卫星网络的适用性。
[0006]地面OPENFLOW协议没有考虑卫星无线链路信道的特点，采用TCP协议进行承载，非常容易受TCP拥塞处理机制的影响。由于TCP协议未针对高丢包、高时延、低带宽的无线通信环境进行优化，因此会造成控制通道性能下降，比如流表下发性能受到影响。另一方面，OPENFLOW协议由于底层采用TCP协议，因此应用层未设计消息的响应机制，这会导致底层传输通道由于异常丢包或失效后，OPENFLOW本身无法检测到丢包状态，导致网络控制异常。同时，标准OPENFLOW协议是在高带宽地面网络环境中设计，没有考虑窄带无线环境，因此在协议交互机制非常频繁，消息格式及消息内容设计非常复杂和繁琐，因此在卫星无线链路上会占用非常大的带宽。

技术实现思路

[0007]本专利技术提供了一种软件定义卫星网络南向接口控制方法，旨在实现S
‑
SDN控制器对星载路由交换设备的高效可靠轻量化南向控制。
[0008]为了实现上述专利技术目的，本专利技术所采取的技术方案为：
一种软件定义卫星网络南向接口控制方法，基于部署在卫星上的分布式路由、SDN代理，以及部署在地面的软件定义卫星网络控制器实现，包括以下步骤：（1）软件定义卫星网络控制器通过馈电链路或用户链路向卫星周期性发送控制器位置广播消息；控制器位置广播消息中至少包含软件定义卫星网络控制器的IP地址、软件定义卫星网络控制器的站地址以及所在卫星号和端口号，卫星上的SDN代理收到控制器位置广播消息后，在本地添加去往软件定义卫星网络控制器的路由信息和位置映射信息；（2）当卫星接收到控制器位置广播消息后，判断该控制器位置广播消息为首次收到还是控制器位置需要更新，并通过卫星上的分布式路由向当前的邻居洪泛该控制器位置广播消息；（3）当卫星通过控制器位置广播消息获取到控制器的最新位置信息时，卫星上的SDN代理向软件定义卫星网络控制器发送握手消息，建立与软件定义卫星网络控制器的双向可达性，并相互周期性发送心跳消息以保持双向可达的有效性；（4）软件定义卫星网络控制器向SDN代理发送端口查询消息，SDN代理向软件定义卫星网络控制器响应端口描述消息；软件定义卫星网络控制器收到端口描述消息后，提取并记录当前所有连接的节点属性和节点端口信息，维护当前所有连接的节点状态；SDN代理向软件定义卫星网络控制器发送的端口描述消息中包含节点的卫星号、端口数量、端口索引值以及端口状态，端口状态包含端口是否可用、端口的发送字节数和接收字节数以及端口的接口带宽、剩余可用带宽；（5）软件定义卫星网络控制器向SDN代理发送邻接拓扑查询消息，SDN代理从分布式路由处获取邻接拓扑信息，并向软件定义卫星网络控制器响应邻接拓扑消息，软件定义卫星网络控制器根据当前所有连接的节点及节点间的邻接拓扑信息生成全网节点的拓扑连接关系以及连接链路的代价，用于路由计算与流表生成；SDN代理向软件定义卫星网络控制器发送的邻接拓扑消息中包含节点的卫星号、相邻节点的卫星号、本节点与相邻节点连接使用的端口以及端口代价、相邻节点与本节点连接使用的端口以及端口代价和邻接关系的数量。
[0009]进一步地，步骤（5）之后还包括：（6）软件定义卫星网络控制器在路径计算完成后，与SDN代理交互流表添加或删除消息，实现对星载路由交互设备的流表配置，在需要获取流表状态时，软件定义卫星网络控制器向SDN代理进行流表查询，获取当前星载路由交换设备中的流表状态，流表状态包括当前的流表项以及该流表的流量统计信息；在节点端口状态发生变化后，SDN代理主动向软件定义卫星网络控制器发送端口描述更新消息，软件定义卫星网络控制器根据当前的端口描述信息更新当前网络拓扑连接关系；在节点邻接拓扑发生变化后，SDN代理主动向软件定义卫星网络控制器发送邻接拓扑更新消息，软件定义卫星网络控制器根据当前的邻接拓扑更新消息更新当前网络拓扑连接关系。
[0010]进一步地，软件定义卫星网络控制器与卫星上的SDN代理之间的南向接口交互采用的传输层协议为UDP协议或QUIC协议。
[0011]进一步地，步骤（3）中软件定义卫星网络控制器与SDN代理建立双向可达性的方法为：SDN代理首先向软件定义卫星网络控制器发送握手消息，握手消息中携带自身的
ID，软件定义卫星网络控制器ID为空；软件定义卫星网络控制器收到握手消息后向SDN代理发送握手消息，握手消息携带自身ID和SDN代理的ID；SDN代理再次向软件定义卫星网络控制器发送握手消息，消息中携带自身ID和软件定义卫星网络控制器的ID，此时双向可达性建立成功；其中，SDN代理和软件定义卫星网络控制器之间发送的握手消息中携带着自身的保活超时时间，在保活超时时间内，若收不到对方发送的握手消息，则认为对方超时失效，双向可达性建立失败。
[0012]进一步地， SDN代理从分布式路由处获取邻接拓扑信息的方式为：SDN代理启动时，向分布式路由请求当前的分布式路由邻居信息，分布式路由邻居信息包括本节点的卫星号、与邻居连接使用的端口号、邻居的节点号信息以及邻居连接使用的端口号；在分布式路由邻居信息发生变化后，分布式路由主动向SDN代理通告分布式路由邻居变化信息，SDN代本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种软件定义卫星网络南向接口控制方法，其特征在于，基于部署在卫星上的分布式路由、SDN代理，以及部署在地面的软件定义卫星网络控制器实现，包括以下步骤：（1）软件定义卫星网络控制器通过馈电链路或用户链路向卫星周期性发送控制器位置广播消息；控制器位置广播消息中至少包含软件定义卫星网络控制器的IP地址、软件定义卫星网络控制器的站地址以及所在卫星号和端口号，卫星上的SDN代理收到控制器位置广播消息后，在本地添加去往软件定义卫星网络控制器的路由信息和位置映射信息；（2）当卫星接收到控制器位置广播消息后，判断该控制器位置广播消息为首次收到还是控制器位置需要更新，并通过卫星上的分布式路由向当前的邻居洪泛该控制器位置广播消息；（3）当卫星通过控制器位置广播消息获取到控制器的最新位置信息时，卫星上的SDN代理向软件定义卫星网络控制器发送握手消息，建立与软件定义卫星网络控制器的双向可达性，并相互周期性发送心跳消息以保持双向可达的有效性；（4）软件定义卫星网络控制器向SDN代理发送端口查询消息，SDN代理向软件定义卫星网络控制器响应端口描述消息；软件定义卫星网络控制器收到端口描述消息后，提取并记录当前所有连接的节点属性和节点端口信息，维护当前所有连接的节点状态；SDN代理向软件定义卫星网络控制器发送的端口描述消息中包含节点的卫星号、端口数量、端口索引值以及端口状态，端口状态包含端口是否可用、端口的发送字节数和接收字节数以及端口的接口带宽、剩余可用带宽；（5）软件定义卫星网络控制器向SDN代理发送邻接拓扑查询消息，SDN代理从分布式路由处获取邻接拓扑信息，并向软件定义卫星网络控制器响应邻接拓扑消息，软件定义卫星网络控制器根据当前所有连接的节点及节点间的邻接拓扑信息生成全网节点的拓扑连接关系以及连接链路的代价，用于路由计算与流表生成；SDN代理向软件定义卫星网络控制器发送的邻接拓扑消息中包含节点的卫星号、相邻节点的卫星号、本节点与相邻节点连接使用的端口以及端口代价、相邻节点与本节点连接使用的端口以及端口代价和邻接关系的数量。2.根据权利要求1所述的一种软件定义卫星网络南向接口控制方法，其特征在于，步骤（5）之后还包括：（6）软件定义卫星网络控制器在路径计算完成后，...

【专利技术属性】
技术研发人员：肖永伟，孙晨华，董飞虎，王旭阳，张亚生，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第五十四研究所，
类型：发明
国别省市：