SDN在卫星通信应用.docx

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1、软件定义网络（SDN）在卫星组网中的发展与应用一、摘要近年来，新技术的引入，推动了通信领域的发展，许多传统通信领域正在引入新技术以提高服务能力，例如，把软件定义网络技术（SDN）、网络虚拟化和网络功能虚拟化技术（NFV）引入卫星通信与地面网络融合领域，可有效提高组网的灵活性、可扩展性，解决与地面网络无缝集成的问题，并进一步降低成本，进而为用户提供更多更好的服务。本文将重点讲述SDN技术在卫星通信中的应用。二、简介近年来，卫星网络在通信领域的潜在优势得到更广泛关注，在网络技术方面，天地一体化网络已经提出并成为发展趋势。然而，下一代卫星网络技术的发展仍面临许多困难，

2、一方面，分布式路由算法收敛速度慢，网络配置复杂、模糊，缺乏灵活的路由技术支持。另一方面，卫星网络的特点对网络性能提出了挑战，例如，动态拓扑属性导致路由算法不稳定，星地间的远距离通信导致网络更新更耗时。此外，卫星系统使用的各种通信技术和协议使跨系统互联难上加难。SDN技术的应用将有效解决这些问题。三、背景SDN起源于2006年斯坦福大学的CleanSlate研究课题。2009年，Mckeown教授正式提出了SDN概念。利用分层的思想，SDN将数据与控制相分离。在控制层，包括具有逻辑中心化和可编程的控制器，可掌握全局网络信息，方便运营商和科研人员管理配置网络和部署新

3、协议等。在数据层，包括哑的（dumb）交换机（与传统的二层交换机不同，专指用于转发数据的设备）。交换机仅提供简单的数据转发功能，可以快速处理匹配的数据包，适应流量日益增长的需求。两层之间采用开放的统一接口（如OpenFlow等）进行交互。控制器通过标准接口向交换机下发统一标准规则，交换机仅需按照这些规则执行相应的动作即可。因此，SDN技术能够有效降低设备负载，协助网络运营商更好地控制基础设施，降低整体运营成本，成为最具前途的网络技术之一。因此，SDN被MIT列为“改变世界的十大创新技术之一”。SDN相关技术研究迅速开展起来，成为近年来的研究热点。2013年，SI

4、GCOMM会议收录了多篇相关文章，甚至将SDN列为专题来研讨，带动了SDN相关研究的蓬勃发展。从广义上讲，SDN指的是可利用上层开放的应用资源接口实现，软件编程控制的各类基础网络；从狭义上讲SDN就是基于标准OpenFlow(转发面开放协议)实现的软件定义网络。SDN的核心思想：通过将网络设备的控制面和数据面分离，实现对网络流量的灵活控制。与传统网络的最大不同是，SDN中包含两种关键设备：Open—Flow交换机和控制器。其中控制器负责汇总各个OpenFlow交换机上的数据，根据规则转发每一条数据流。OpenFlow交换机除了向控制器提供数据以外，还根据控制器的

5、指令，将数据流转发到相应的端口。SDN的核心理念是通过将网络设备的控制面和数据面分离，实现对网络流量的灵活控制。SDN将原有以硬件配置为核心的网络转变软件化的网络，可以实现网络管理的灵活、便捷。传统的网络以路由器、交换机等硬件设备为主使用TCP／IP协议簇来实现网络的控制和管理。传统的网络结构是分布式的，每个路由器根据自己所获取的路由信息进行数据包的转发，多个路由器的故障不会对网络产生较大影响。这种网络模式可以最大限度地保持网络的稳定性，但是网络的利用率较低、扩展性较差、管理难度大。与之相反的是，SDN网络致力于建立一个集中式的网络管理结构，网络控制器负责网络内

6、所有数据流的管理，每一条数据流都有一条数据通道。因此这种结构下，网络的利用率较高，网络传输效率也较高，但是同时也导致网络的复杂度巨大。SDN的另一个重要特点是可以灵活管理互联网应用的部署，网络优化策略更易实现。传统的网络结构中，不能实现针对某个应用的网络控制策略，对于所有的数据流一视同仁。而SDN可以通过网络控制器根据业务的优先级，为不同业务的数据流建立数据转发通道。四、优点SDN在卫星网络应用的优点：一是灵活、可控的动态路由算法：目前大多数卫星系统采用静态路由方法，以保证卫星网络的可靠性和可控性，例如铱系统，而传统的控制结构是不灵活的。近几年，动态路由算法、分

7、布式链路状态收集和路由计算方法被大量使用。虽然它们能适应网络流量变化的特点，但是分布式算法降低了卫星网络的可控性。每颗卫星都很难得到全球网络视野，导致在很多情况下不能够产生最优化的路由和配置策略。将SDN技术引入控制结构，就可以解决效率问题。软件定义网络技术分离数据平面和控制平面，并采用集中控制结构与全球网络，以计算全局路由路径和配置策略。同时，可以根据交通状况和客户的要求调整这些策略，改进传统的灵活性卫星网络的静态路由算法。二是迅速部署和更新卫星网络配置：随着空间应用的增加，卫星的数量和载荷的复杂性都在增加，相比地面网络，改变整个卫星网络的配置是非常困难的。S

8、DN的中央控制特性简化和