基于sdn和nfv技術的天地一體化網(wǎng)絡架構及數(shù)據(jù)傳輸方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了基于軟件定義網(wǎng)絡和網(wǎng)絡功能虛擬化的天地一體化網(wǎng)絡架構。在該體系架構中，全網(wǎng)分為地面網(wǎng)部分和空間網(wǎng)部分，被統(tǒng)一的劃分為管理層、控制層和轉發(fā)層。其中，管理層負責天地一體化網(wǎng)絡中地面部分和空間部分的網(wǎng)絡狀態(tài)與網(wǎng)絡服務功能的注冊與查詢，和路由、安全、計費、服務調用，以及資源管理等策略的制定；控制層包括地面和空間兩部分，負責根據(jù)管理層的策略控制數(shù)據(jù)轉發(fā)并收集網(wǎng)絡鏈路以及網(wǎng)絡服務功能的信息；轉發(fā)層包括地面和空間兩部分，負責轉發(fā)數(shù)據(jù)并提供網(wǎng)絡服務功能。本架構采用了軟件定義網(wǎng)絡和網(wǎng)絡功能虛擬化的思想，在天地一體化網(wǎng)絡中實現(xiàn)了高效的信息傳輸管控以及衛(wèi)星服務的按需提供。
【專利說明】
基于SDN和NFV技術的天地一體化網(wǎng)絡架構及數(shù)據(jù)傳輸方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及互聯(lián)網(wǎng)技術領域，特別是涉及一種基于軟件定義網(wǎng)絡SDN技術和網(wǎng)絡功能虛擬化NFV技術的天地一體化網(wǎng)絡架構及數(shù)據(jù)傳輸方法。
【背景技術】
[0002]現(xiàn)有互聯(lián)網(wǎng)自面世以來，已經(jīng)滲透到包括政治、文化、教育、衛(wèi)生、體育甚至醫(yī)療等人類社會生活的方方面面，在人類社會的發(fā)展過程中發(fā)揮了巨大的推動作用。進入21世紀以來，隨著衛(wèi)星通信高速發(fā)展和空間應用需求逐漸增加，空間信息網(wǎng)絡在經(jīng)濟和國防領域，如航天測控、對地觀測及空間科學實驗等領域的作用日趨明顯，對空間與地面之間的信息傳輸提出了新的、更高的要求。衛(wèi)星通信有全球覆蓋、高移動性和高可擴展性等特點，可以提供覆蓋全球的語音、導航、遙感和電視轉播等服務。但是，衛(wèi)星通信有帶寬和頻率資源有限、可控可管性差、衛(wèi)星服務提供方式僵化以及與地面通信結合差等缺點。為此，近年來世界各國都積極開展了空間信息網(wǎng)絡的研究工作。但是應該看到，目前國內外對空間信息網(wǎng)絡相關研究工作還基本處在起步階段，急需突破已有的研究思路，以一種有效而靈活的方式來為天地一體化網(wǎng)絡提供可控可管的信息傳輸以及按需的衛(wèi)星服務，以整合和優(yōu)化空間資源，提高信息傳輸效率，提高衛(wèi)星服務質量，適應未來天地一體化網(wǎng)絡的多元化需求。
[0003]近年來，新興的網(wǎng)絡技術，比如軟件定義網(wǎng)絡(Software Defined Network,SDN),和網(wǎng)絡功能虛擬化(Network Funct1n Virtualizat1n,NFV)為我們提供了解決傳統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)絡問題的新方法。
[0004]SDN是一種新的網(wǎng)絡概念，為網(wǎng)絡管理和配置帶來了新的思路。它引入了把控制策略從轉發(fā)設備上分離出來的思想，把當前IP網(wǎng)絡互連節(jié)點中決定報文如何轉發(fā)的復雜控制邏輯從交換機/路由器等設備中分離出來，以便通過軟件編程實現(xiàn)對數(shù)據(jù)轉發(fā)規(guī)則的控制，最終達到對流量進行自由操控的目的。控制器南向接口是SDN的核心技術之一，控制器通過南向接口與底層交換機通信，實現(xiàn)了交換機/路由器的控制平面與轉發(fā)平面功能的解耦，由集中控制器下發(fā)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)轉發(fā)規(guī)則給交換設備，現(xiàn)在，南向接口大多采用OpenFlow協(xié)議。
[0005]NFV技術旨在利用標準的IT (Informat 1n Techno logy)虛擬化技術，把網(wǎng)絡功能從物理硬件中解耦出來，在一個通用的x86硬件平臺上，而不是定制的設備上，實現(xiàn)多種類型網(wǎng)絡設備的快速部署。NFV技術的突出優(yōu)點是可以頻繁快速的提供新的服務，提高了網(wǎng)絡服務功能部署的靈活性，并且降低了網(wǎng)絡服務功能部署的代價。
[0006]由于空間網(wǎng)絡環(huán)境具有衛(wèi)星鏈路時延大、鏈路狀況差以及不能保證端到端傳輸?shù)忍攸c，地面網(wǎng)絡中使用的傳輸控制協(xié)議(Transmiss1n Control Protocol ,TCP)不能繼續(xù)在空間網(wǎng)絡中使用。需要有一種合適的空間組網(wǎng)協(xié)議來滿足在空間鏈路中數(shù)據(jù)可靠傳輸?shù)男枨蟆?br>[0007]延遲容忍網(wǎng)絡(Delay Tolerant Network,DTN)是一種通信網(wǎng)絡技術，可以在高信號傳輸時延或者長時間鏈路不可用的環(huán)境中，保證通信實體之間的數(shù)據(jù)傳輸。DTN主要包括匯聚層協(xié)議LickIider傳輸協(xié)議(Licklider Transmiss1n Protocol,LTP)和包裹協(xié)議(Bundle Protocol ,BP) dDTN數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕締挝皇前?bundle)，采取存儲轉發(fā)的形式，逐跳地保障數(shù)據(jù)在受限網(wǎng)絡中的可靠傳輸?，F(xiàn)有的DTN部署方式中，比較常用的是使用1N(Interplanetary Overlay Network)。1N是一個以“覆蓋”(overlay)方式實現(xiàn)DTN在IP網(wǎng)絡中部署的軟件，采用連接圖路由(Contact Graph Routing,CGR)和自定義的節(jié)點標識方法。

【發(fā)明內容】

[0008]本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于軟件定義網(wǎng)絡SDN技術和網(wǎng)絡功能虛擬化NFV技術的天地一體化網(wǎng)絡架構及數(shù)據(jù)傳輸方法，以實現(xiàn)整合優(yōu)化空間資源，提高信息傳輸效率，滿足服務質量需求，適應未來天地一體化網(wǎng)絡的多元化需求。
[0009 ]為解決上述技術問題，本發(fā)明采用下述技術方案:
[0010]基于SDN和NFV技術的天地一體化網(wǎng)絡架構，所述天地一體化網(wǎng)絡架構包括:
[0011 ]管理層，用于進行網(wǎng)絡狀態(tài)與網(wǎng)絡服務功能的注冊于查詢，并根據(jù)控制層提供的網(wǎng)絡狀態(tài)信息，制定數(shù)據(jù)傳輸質量管理策略；
[0012]控制層，用于將預處理后的所述數(shù)據(jù)傳輸質量管理策略發(fā)送至轉發(fā)層，并將實時收集得到的網(wǎng)絡鏈路和網(wǎng)絡服務的網(wǎng)絡狀態(tài)信息發(fā)送至管理層；
[0013]轉發(fā)層，根據(jù)預處理后的所述數(shù)據(jù)傳輸質量管理策略進行數(shù)據(jù)轉發(fā)，并提供相應的網(wǎng)絡服務。
[0014]優(yōu)選地，所述管理層采用衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC;
[0015]所述衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心包括:
[0016]注冊單元，根據(jù)用戶的注冊信息進行網(wǎng)絡狀態(tài)與網(wǎng)絡服務功能的注冊認證；
[0017]查詢單元，根據(jù)用戶的查詢需求進行網(wǎng)絡狀態(tài)與網(wǎng)絡服務功能的查詢；
[0018]策略制定單元，根據(jù)控制層提供的網(wǎng)絡狀態(tài)信息，制定數(shù)據(jù)傳輸質量管理策略。
[0019]優(yōu)選地，
[0020]所述網(wǎng)絡狀態(tài)包括帶寬、丟包率和時延；
[0021]所述網(wǎng)絡服務功能包括防火墻、入侵檢測服務、計費器、網(wǎng)絡地址轉換器和性能增強代理；
[0022]所述管理策略包括路由策略、安全策略、計費策略、服務調用策略和資源管理策略。
[0023]優(yōu)選地，所述控制層包括:
[0024]地面控制器，收集維護本域網(wǎng)絡服務功能注冊信息并發(fā)送至管理層，并根據(jù)管理層制定的數(shù)據(jù)傳輸策略控制數(shù)據(jù)的轉發(fā)；
[0025]空間控制器，實時收集空間網(wǎng)絡鏈路網(wǎng)絡狀態(tài)信息，并發(fā)送至管理層。
[0026]優(yōu)選地，所述地面控制器包括:
[0027]衛(wèi)星網(wǎng)關控制器，收集并在數(shù)據(jù)庫中維護衛(wèi)星網(wǎng)關中的網(wǎng)絡服務功能注冊信息，并將此信息轉發(fā)給衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SWC，同時，根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SWC制定的服務調用策略，控制數(shù)據(jù)流通過衛(wèi)星網(wǎng)關中衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC指定的網(wǎng)絡服務功能；
[0028]數(shù)據(jù)中心控制器，收集并在數(shù)據(jù)庫中維護數(shù)據(jù)中心交換機/路由器上的網(wǎng)絡服務功能的注冊信息，并將此信息轉發(fā)給衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C，同時，根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC制定的服務調用策略以及路由策略，控制數(shù)據(jù)流通過數(shù)據(jù)中心中衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC指定的網(wǎng)絡服務功能。
[0029]優(yōu)選地，所述空間控制器為GEO衛(wèi)星，所述GEO衛(wèi)星收集來自中軌MEO衛(wèi)星以及低軌LEO衛(wèi)星的鏈路狀態(tài)信息，并發(fā)送給衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC;將從衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SWC收到的路由策略以及資源管理策略轉換成OpenFlow流表形式下發(fā)到中軌衛(wèi)星ΜΕ0。
[0030]優(yōu)選地，所述空間控制器GEO衛(wèi)星的控制鏈路實現(xiàn)方式為:
[0031 ] 使用bundle隧道方式在GEO衛(wèi)星與MEO衛(wèi)星之間傳輸控制信令，S卩bundle數(shù)據(jù)包中封裝OpenF I ow信令數(shù)據(jù)。
[0032]優(yōu)選地，所述轉發(fā)層包括:
[0033]地面轉發(fā)系統(tǒng)，根據(jù)本域控制器的指令轉發(fā)數(shù)據(jù)和承載衛(wèi)星網(wǎng)絡服務功能；
[0034]空間轉發(fā)系統(tǒng)，按照控制層的控制規(guī)則轉發(fā)用戶數(shù)據(jù)。
[0035]優(yōu)選地，所述地面轉發(fā)系統(tǒng)包括路由器、交換機和衛(wèi)星網(wǎng)關。
[0036]優(yōu)選地，所述空間轉發(fā)系統(tǒng)包括中軌衛(wèi)星MEO和低軌衛(wèi)星LEO。
[0037]優(yōu)選地，在中軌衛(wèi)星MEO上部署OVS，在GEO衛(wèi)星節(jié)點上布置POX控制器;在POX控制器的控制下，中軌衛(wèi)星MEO按照流表規(guī)則轉發(fā)數(shù)據(jù)。
[0038]基于SDN和NFV技術的天地一體化網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸方法，該方法的步驟包括:
[0039]衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C收集數(shù)據(jù)中心和衛(wèi)星網(wǎng)關中的網(wǎng)絡服務功能注冊信息和衛(wèi)星網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡狀態(tài)信息，制定路由策略、服務調用策略和資源管理策略等；
[0040]用戶請求的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)中心的服務器發(fā)出，在地面網(wǎng)絡中經(jīng)過衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C指定的網(wǎng)絡服務功能的處理，然后在空間網(wǎng)中，根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC下發(fā)的策略，實現(xiàn)在衛(wèi)星節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸以及資源管理。
[0041 ]優(yōu)選地，所述信息收集和策略制定的步驟包括:
[0042]步驟1、數(shù)據(jù)中心DC中的網(wǎng)絡服務功能首先向數(shù)據(jù)中心DC的控制器進行注冊;注冊的網(wǎng)絡服務功能信息存儲在本地控制器的數(shù)據(jù)庫中；然后數(shù)據(jù)中心DC中的控制器把已經(jīng)注冊的網(wǎng)絡服務功能信息轉發(fā)給衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC;
[0043]步驟2、在接收到來自數(shù)據(jù)中心DC中控制器的網(wǎng)絡服務功能注冊信息之后，衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC向數(shù)據(jù)中心控制器發(fā)送注冊確認信息；
[0044]步驟3、衛(wèi)星網(wǎng)關SG中的網(wǎng)絡服務功能首先向衛(wèi)星網(wǎng)關SG中的控制器進行注冊;注冊的網(wǎng)絡服務功能信息存儲在本地控制器的數(shù)據(jù)庫中；然后衛(wèi)星網(wǎng)關SG中的控制器把已經(jīng)注冊的網(wǎng)絡服務功能信息轉發(fā)給衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC;
[0045]步驟4、在接收到來自衛(wèi)星網(wǎng)關SG中控制器的網(wǎng)絡服務功能注冊信息之后，衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC向衛(wèi)星網(wǎng)關SG控制器發(fā)送注冊確認信息；
[0046]步驟5、ΜΕ0衛(wèi)星和LEO衛(wèi)星首先周期性地向GEO衛(wèi)星發(fā)送網(wǎng)絡狀態(tài)信息;然后GEO衛(wèi)星把收集到的網(wǎng)絡狀態(tài)信息轉發(fā)給衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC;
[0047]步驟6、在接收到來自GEO衛(wèi)星的網(wǎng)絡狀態(tài)信息之后，衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC向GEO衛(wèi)星發(fā)送確認信息；
[0048]步驟7、用戶向衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C發(fā)出請求，想要通過衛(wèi)星網(wǎng)絡從數(shù)據(jù)中心獲取數(shù)據(jù)，并且申請網(wǎng)絡服務功能來處理這些數(shù)據(jù)；
[0049]步驟8、在接收到來自用戶的請求之后，衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C向用戶發(fā)送確認信息;
[0050]步驟9、衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C根據(jù)用戶的請求和已經(jīng)注冊的網(wǎng)絡服務功能信息，制定路由策略以及服務調用策略等，并下發(fā)給數(shù)據(jù)中心DC和衛(wèi)星網(wǎng)關SG中的控制器，指導控制器下發(fā)控制指令來控制數(shù)據(jù)在承載衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC指定的網(wǎng)絡服務功能的節(jié)點上轉發(fā)，并得到相應網(wǎng)絡服務功能的處理;衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C根據(jù)用戶的請求和已經(jīng)收集的衛(wèi)星網(wǎng)絡狀態(tài)信息，制定路由策略以及資源管理策略，并下發(fā)給GEO衛(wèi)星，指導GEO衛(wèi)星下發(fā)控制指令來控制數(shù)據(jù)在衛(wèi)星間的轉發(fā)以及管理空間網(wǎng)絡資源。
[0051]優(yōu)選地，所述數(shù)據(jù)傳輸以及資源管理的步驟包括:
[0052]步驟10、用戶請求的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)中心的服務器發(fā)出，在數(shù)據(jù)中心控制器的控制下，在承載衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC指定的網(wǎng)絡服務功能的節(jié)點上轉發(fā)，并得到相應的網(wǎng)絡服務功能的處理；
[0053]步驟11、用戶請求的數(shù)據(jù)通過地面骨干網(wǎng)傳輸?shù)叫l(wèi)星網(wǎng)關SGl，并且根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C下發(fā)的策略，在衛(wèi)星網(wǎng)關SGl控制器的控制下，得到衛(wèi)星網(wǎng)關SGl中網(wǎng)絡服務功能的處理；
[0054]步驟12、用戶請求的數(shù)據(jù)經(jīng)過衛(wèi)星網(wǎng)關SGl的處理，從TCP/IP協(xié)議棧轉換為DTN協(xié)議棧，向LEO衛(wèi)星發(fā)送;根據(jù)SNMC制定的路由策略，GEO衛(wèi)星控制數(shù)據(jù)在ME0/LE0衛(wèi)星中轉發(fā)，同時，根據(jù)SNMC制定的資源管理策略，GEO衛(wèi)星下發(fā)控制指令為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分配合適的衛(wèi)星網(wǎng)絡資源;然后，用戶申請的數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶側的衛(wèi)星網(wǎng)關SG2;
[0055]步驟13、衛(wèi)星網(wǎng)關SG2收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉換后，從DTN協(xié)議棧轉換為TCP/IP協(xié)議棧；然后根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC下發(fā)的策略，在衛(wèi)星網(wǎng)關SG2控制器的控制下，得到衛(wèi)星網(wǎng)關SG2中網(wǎng)絡服務功能的處理；最后，用戶請求的數(shù)據(jù)通過地面骨干網(wǎng)到達用戶，完成整個傳輸過程。
[0056]本發(fā)明的有益效果如下:
[0057]本發(fā)明所述技術方案在保證空間網(wǎng)絡高利用率的同時，實現(xiàn)天地一體化網(wǎng)絡的按需服務、合理的整合優(yōu)化空間資源、提高信息傳輸效率，從而滿足服務質量需求，適應未來天地一體化網(wǎng)絡的多元化需求。
【附圖說明】
[0058]下面結合附圖對本發(fā)明的【具體實施方式】作進一步詳細的說明；
[0059]圖1示出本方案所述天地一體化網(wǎng)絡架構的網(wǎng)絡模型示意圖；
[0000]圖2示出本方案所述天地一體化網(wǎng)絡架構的網(wǎng)絡拓撲示意圖；
[0061]圖3示出本方案所述天地一體化網(wǎng)絡的衛(wèi)星網(wǎng)關協(xié)議棧的示意圖；
[0062]圖4示出本方案所述天地一體化網(wǎng)絡的空間控制鏈路隧道方式的封裝示意圖；
[0063]圖5示出本方案所述天地一體化網(wǎng)絡架構的信令及數(shù)據(jù)傳輸流程圖；
[0064I圖6示出實施例1的示意圖；
[0065]圖7示出實施例2的示意圖。
【具體實施方式】
[0066]為了更清楚地說明本發(fā)明，下面結合優(yōu)選實施例和附圖對本發(fā)明做進一步的說明。附圖中相似的部件以相同的附圖標記進行表示。本領域技術人員應當理解，下面所具體描述的內容是說明性的而非限制性的，不應以此限制本發(fā)明的保護范圍。
[0067]如圖1所示，本發(fā)明公開了一種基于軟件定義網(wǎng)絡SDN技術和網(wǎng)絡功能虛擬化NFV技術的天地一體化網(wǎng)絡架構。在該體系架構中，全網(wǎng)分為地面網(wǎng)部分和空間網(wǎng)部分，被統(tǒng)一的劃分為管理層，控制層，和轉發(fā)層。其中，管理層負責天地一體化網(wǎng)絡中地面部分和空間部分的路由、安全、計費，服務調用，以及資源管理等策略的制定;控制層包括地面和空間兩部分，負責根據(jù)管理層的策略控制數(shù)據(jù)轉發(fā)并收集網(wǎng)絡鏈路以及網(wǎng)絡服務功能的信息;轉發(fā)層包括地面和空間兩部分，負責轉發(fā)數(shù)據(jù)并提供網(wǎng)絡服務功能。通過采用SDN和NFV技術，在天地一體化網(wǎng)絡中實現(xiàn)了高效的信息傳輸管控以及衛(wèi)星服務的按需提供。在下文中，本發(fā)明所提出的基于軟件定義網(wǎng)絡和網(wǎng)絡功能虛擬化的天地一體化的網(wǎng)絡體系架構簡稱為“天地一體化網(wǎng)絡”。
[0068]—、天地一體化網(wǎng)絡體系架構的具有構架包括:
[0069]如圖2所示，為天地一體化網(wǎng)絡架構拓撲示意圖。在天地一體化網(wǎng)絡中，管理層的實體為衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心(Satellite Network Management Center，SNMC)。考慮到衛(wèi)星上處理能力有限，將SNMC放置在地面骨干網(wǎng)，負責天地一體化網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡狀態(tài)與網(wǎng)絡服務功能的注冊與查詢，以及數(shù)據(jù)傳輸策略的制定。本方案中，所述網(wǎng)絡狀態(tài)指可用帶寬、丟包率和時延等;所述網(wǎng)絡服務功能指防火墻、入侵檢測服務、計費器、網(wǎng)絡地址轉換器和性能增強代理(Performance Enhancing Proxy，PEP)等;所述數(shù)據(jù)傳輸策略包括路由策略計算、安全策略制定、計費策略制定、服務調用策略，以及資源管理策略制定。這里需要注意的是，本方案服務調用策略特指由SNMC在已經(jīng)注冊的網(wǎng)絡服務功能中指定使用哪些網(wǎng)絡服務功會K。
[0070]如圖2所示，在天地一體化網(wǎng)絡中，控制層的實體分為兩部分。一部分是地面控制器，包括衛(wèi)星網(wǎng)關承載的衛(wèi)星網(wǎng)關控制器(Controller-Satellite Gateway，C_SG)，以及數(shù)據(jù)中心控制器(ControlIer-Data Center1C-DC);另一部分是空間控制器，這里由地球同步軌道(Geosynchronous Earth Orbit，GE0)衛(wèi)星承載?？刂破髫撠煾鶕?jù)管理層的策略控制數(shù)據(jù)轉發(fā)并收集網(wǎng)絡鏈路以及網(wǎng)絡服務功能的信息。地面控制器有兩個作用:(I)收集并在數(shù)據(jù)庫中維護本域的網(wǎng)絡服務功能注冊信息，將此信息轉發(fā)給SWC; (2)根據(jù)SNMC制定的服務調用策略以及路由策略，控制數(shù)據(jù)流通過本域中SNMC指定的網(wǎng)絡服務功能?？臻g網(wǎng)控制器有兩個作用:(I)收集來自中軌(Medium Earth Orbit，ΜΕ0)衛(wèi)星以及低軌(Low EarthOrbit,LEO)衛(wèi)星的鏈路狀態(tài)信息，并發(fā)送給SNMC; (2)將從S^C收到的路由策略以及資源管理策略轉換成OpenFlow流表形式下發(fā)到ΜΕ0。
[0071]如圖2所示，在天地一體化網(wǎng)絡中，轉發(fā)層的實體分為兩部分。一部分是地面上的轉發(fā)實體，包括路由器、交換機和衛(wèi)星網(wǎng)關(Satellite Gateway,SG)；另一部分是空間中的轉發(fā)實體，包括MEO衛(wèi)星和LEO衛(wèi)星。地面上的轉發(fā)實體有兩個作用:(I)根據(jù)本域控制器的指令轉發(fā)數(shù)據(jù)；(2)承載衛(wèi)星網(wǎng)絡服務功能，如防火墻、計費器、入侵檢測服務以及PEP等?？臻g中的轉發(fā)實體負責在GEO衛(wèi)星的控制下轉發(fā)用戶數(shù)據(jù)。LEO衛(wèi)星負責接收用戶數(shù)據(jù)，并把用戶數(shù)據(jù)向覆蓋自己的MEO衛(wèi)星轉發(fā);MEO衛(wèi)星負責接收LEO衛(wèi)星發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并通過MEO衛(wèi)星的星間鏈路向用戶轉發(fā)。
[0072]本方案在天地一體化網(wǎng)絡中，運用了SDN的控制與轉發(fā)分離的思想。在地面網(wǎng)部分，應用SDN思想來控制數(shù)據(jù)的轉發(fā)，使用一種軟件定義網(wǎng)絡控制器POX作為C-DC和C-SGjf發(fā)設備上安裝OVS(高質量的、多層虛擬交換機OpenvSwitch’OVS)。在空間網(wǎng)部分，由于GEO衛(wèi)星具有覆蓋面積大，與地面連接持續(xù)穩(wěn)定，處理能力強等特點，所以將空間網(wǎng)控制器放置在GEO衛(wèi)星上。具體的方法是把控制器POX，部署在GEO衛(wèi)星節(jié)點上，南向接口采用OpenFlow協(xié)議。該部署的優(yōu)點是能夠實現(xiàn)對空間網(wǎng)中衛(wèi)星的全局性控制，能夠更加快速的部署細粒度的控制策略。同時，在MEO衛(wèi)星上部署OVS，在POX控制器的控制下，按照流表規(guī)則轉發(fā)數(shù)據(jù)。
[0073]本方案在天地一體化網(wǎng)絡中，利用NFV技術來部署衛(wèi)星網(wǎng)絡服務功能。在這里，我們把與衛(wèi)星數(shù)據(jù)相關的網(wǎng)絡服務功能，如防火墻、計費器、入侵檢測服務以及PEP等，部署在輕量級的虛擬機中，這些虛擬機運行位置可以是衛(wèi)星網(wǎng)關，數(shù)據(jù)源網(wǎng)絡域，或者終端網(wǎng)絡域。這種方式可以靈活地簡化諸如添加/刪除/打開/關閉服務之類的配置操作。我們只需要操作虛擬機，就可以配置基于不同代碼平臺的網(wǎng)絡服務功能。本架構的地面網(wǎng)部分支持復雜的集成服務，即把多個網(wǎng)絡服務功能以一定的順序連成一個服務功能鏈。其設計思想可以總結為網(wǎng)絡功能分散化，轉發(fā)設備功能化，即網(wǎng)絡服務功能可以部署在轉發(fā)層各處的設備上。通過控制器下發(fā)指令實現(xiàn)在數(shù)據(jù)轉發(fā)的過程中，指引數(shù)據(jù)流通過SNMC指定的網(wǎng)絡服務功能。
[0074]本方案在天地一體化網(wǎng)絡中，采用延遲容忍網(wǎng)絡和TCP/IP混合協(xié)議棧。在空間網(wǎng)部分，由于衛(wèi)星鏈路時延大，而且鏈路狀況差，不能保證端到端傳輸，所以采用DTN協(xié)議，用bundle數(shù)據(jù)包進行數(shù)據(jù)傳輸，使用1N作為DTN的部署方式。而地面協(xié)議棧是TCP/IP，所以本架構將協(xié)議轉換功能放置在SG上。如圖3所示為SG上的協(xié)議棧示意圖。本發(fā)明不涉及到物理層和數(shù)據(jù)鏈路層，因此在協(xié)議棧示意圖中省略這兩層。通過采用層次化、模塊化、多進程的協(xié)議轉換功能，在SG處實現(xiàn)屬于TCP/IP協(xié)議棧的IP數(shù)據(jù)包和屬于DTN協(xié)議棧的bundle數(shù)據(jù)包的雙向轉換。
[0075]本方案在天地一體化網(wǎng)絡的空間部分，使用隧道方式在GEO衛(wèi)星與MEO衛(wèi)星之間傳輸控制信令。這是一種在DTN的基礎上部署OpenFlow的方法，使用bundle隧道的方式，即在bundle數(shù)據(jù)包中封裝OpenFlow信令數(shù)據(jù)。如圖4所示為天地一體化網(wǎng)絡空間控制鏈路隧道方式封裝圖。隧道頭部為標準的bundle數(shù)據(jù)包頭部，隧道數(shù)據(jù)為OpenFlow的信令數(shù)據(jù)。隧道程序采用雙進程方式，一個進程負責接收bundle數(shù)據(jù)包并解封裝發(fā)送到TCP/IP協(xié)議棧處理進程;一個進程負責接收TCP/IP協(xié)議棧的數(shù)據(jù)包并封裝進bundle。
[0076]二、天地一體化網(wǎng)絡中信令以及數(shù)據(jù)的傳輸流程:
[0077]如圖5所示，為天地一體化網(wǎng)絡中信令以及數(shù)據(jù)的傳輸流程。用戶想要通過衛(wèi)星網(wǎng)絡從數(shù)據(jù)中心獲取數(shù)據(jù)，并且申請了網(wǎng)絡服務功能來處理這些數(shù)據(jù)。全部過程可以分為兩個部分:步驟I到步驟9是數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理的準備階段，步驟10到步驟13是數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理階段。詳細過程描述如下:
[0078]1、步驟I到步驟9是數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理的準備階段，數(shù)據(jù)中心和衛(wèi)星網(wǎng)關中的網(wǎng)絡服務功能(比如防火墻、入侵檢測服務和PEP)向SNMC注冊，并且SNMC收集衛(wèi)星的狀態(tài)信息(比如衛(wèi)星鏈路可用帶寬、時延和丟包率)。這個階段詳細描述如下:
[0079]步驟1、數(shù)據(jù)中心DC中的網(wǎng)絡服務功能首先向DC的控制器進行注冊。注冊的網(wǎng)絡服務功能信息(包括服務名字、功能描述、版本和大小)存儲在本地控制器的數(shù)據(jù)庫中。然后DC中的控制器把已經(jīng)注冊的網(wǎng)絡服務功能信息轉發(fā)給SNMC，在步驟9中，可以使用這些信息，針對用戶對網(wǎng)絡服務功能的請求進行匹配查找，并制定服務調用策略。
[0080]步驟2、在接收到來自DC中控制器的網(wǎng)絡服務功能注冊信息之后，SWC向數(shù)據(jù)中心控制器發(fā)送注冊確認信息。
[0081]步驟3、衛(wèi)星網(wǎng)關SG中的網(wǎng)絡服務功能首先向SG中的控制器進行注冊。注冊的網(wǎng)絡服務功能信息(內容同步驟I)存儲在本地控制器的數(shù)據(jù)庫中。然后SG中的控制器把已經(jīng)注冊的網(wǎng)絡服務功能信息轉發(fā)給S匪C，在步驟9中，可以使用這些信息，針對用戶對網(wǎng)絡服務功能的請求進行匹配查找，并制定服務調用策略。
[0082]步驟4、在接收到來自SG中控制器的網(wǎng)絡服務功能注冊信息之后，SNMC向SG控制器發(fā)送注冊確認信息。
[0083]步驟5、ME0衛(wèi)星和LEO衛(wèi)星首先周期性地向GEO衛(wèi)星發(fā)送網(wǎng)絡狀態(tài)信息，包括可用帶寬、丟包率和時延等。然后GEO衛(wèi)星把收集到的網(wǎng)絡狀態(tài)信息轉發(fā)給S匪C。在步驟9中，SNMC需要使用這些信息制定路由策略以及資源管理策略等。
[0084]步驟6、在接收到來自GEO衛(wèi)星的網(wǎng)絡狀態(tài)信息之后，S匪C向GEO衛(wèi)星發(fā)送確認信息。
[0085]步驟7、用戶向SNMC發(fā)出請求，想要通過衛(wèi)星網(wǎng)絡從數(shù)據(jù)中心獲取數(shù)據(jù)，并且申請網(wǎng)絡服務功能來處理這些數(shù)據(jù)。
[0086]步驟8、在接收到來自用戶的請求之后，SNMC向用戶發(fā)送確認信息。
[0087]步驟9、S匪C根據(jù)用戶的請求和已經(jīng)注冊的網(wǎng)絡服務功能信息，制定路由策略、月艮務調用策略以及安全策略等，下發(fā)給DC和SG中的控制器，指導控制器下發(fā)控制指令來控制數(shù)據(jù)在承載SNMC指定的網(wǎng)絡服務功能的節(jié)點上轉發(fā)，并得到相應網(wǎng)絡服務功能的處理；SNMC根據(jù)用戶的請求和已經(jīng)收集的衛(wèi)星網(wǎng)絡狀態(tài)信息，制定路由策略以及資源管理策略等，下發(fā)給GEO衛(wèi)星，指導GEO衛(wèi)星下發(fā)控制指令來控制數(shù)據(jù)在衛(wèi)星間的轉發(fā)以及管理空間網(wǎng)絡資源。
[0088]2、步驟10到步驟13是數(shù)據(jù)傳輸和數(shù)據(jù)處理階段。用戶請求的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)中心的服務器發(fā)出，在地面網(wǎng)絡中經(jīng)過SNMC指定的網(wǎng)絡服務功能的處理。然后在空間網(wǎng)中，根據(jù)S匪C下發(fā)的策略，實現(xiàn)在衛(wèi)星節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳遞以及資源管理。
[0089]這個階段詳細描述如下:
[0090]步驟10、用戶請求的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)中心的服務器發(fā)出，在數(shù)據(jù)中心控制器的控制下，在承載SNMC指定的網(wǎng)絡服務功能的節(jié)點上轉發(fā)，并得到相應的網(wǎng)絡服務功能的處理。
[0091]步驟11、用戶請求的數(shù)據(jù)通過地面骨干網(wǎng)傳輸?shù)絊G1。并且根據(jù)S匪C下發(fā)的策略，在SGl控制器的控制下，得到SGl中網(wǎng)絡服務功能(如計費以及分類等)的處理。
[0092]步驟12、用戶請求的數(shù)據(jù)經(jīng)過SGl的處理，從TCP/IP協(xié)議棧轉換為DTN協(xié)議棧，向LEO衛(wèi)星發(fā)送。根據(jù)SNMC制定的路由策略，GEO衛(wèi)星控制數(shù)據(jù)在ME0/LE0衛(wèi)星中轉發(fā)。同時，根據(jù)S匪C制定的資源管理策略，GEO衛(wèi)星下發(fā)控制指令為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分配合適的衛(wèi)星網(wǎng)絡資源。然后，用戶申請的數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶側的SG2。
[0093]步驟13、SG2收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉換后，從DTN協(xié)議棧轉換為TCP/IP協(xié)議棧。然后根據(jù)S匪C下發(fā)的策略，在SG2控制器的控制下，得到SG2中網(wǎng)絡服務功能(如PEP以及NAT)的處理。最后，用戶請求的數(shù)據(jù)通過地面骨干網(wǎng)到達用戶，整個傳輸過程結束。
[0094]下面通過實施例對本發(fā)明做進一步說明:
[0095]實施例1:空間網(wǎng)絡控制鏈路的隧道實現(xiàn)方式
[0096]本實施例主要涉及在空間網(wǎng)中，是一種以bundle隧道的方式實現(xiàn)SDN控制器與OVS之間的OpenFlow信令交互的方法。如圖6所示為實施例1的示意圖，使用了bundle隧道的方式，即在bundle數(shù)據(jù)包中封裝OpenFlow信令數(shù)據(jù)。隧道程序采用雙進程方式，一個進程負責接收bundle數(shù)據(jù)包并解封裝發(fā)送到TCP/IP協(xié)議棧處理進程;一個進程負責接收TCP/IP協(xié)議棧的數(shù)據(jù)包并封裝進bundle數(shù)據(jù)包。具體實現(xiàn)方式為:
[0097]分別在GEO衛(wèi)星節(jié)點和MEO衛(wèi)星節(jié)點上創(chuàng)建虛擬網(wǎng)口 tunO，并且運行隧道程序。(I)OVS向POX控制器發(fā)送信令:建立默認路由將OVS發(fā)出的信令包傳輸給虛擬網(wǎng)口 tunO。隧道程序監(jiān)聽tunO，若有數(shù)據(jù)包進入，則截獲該數(shù)據(jù)包(即為OpenFlow信令包)，取出OpenFlow信令數(shù)據(jù)，將其作為bundle數(shù)據(jù)包的負載發(fā)向承載POX控制器的GEO衛(wèi)星節(jié)點。GEO衛(wèi)星節(jié)點接收到bundle隧道數(shù)據(jù)包之后，調用隧道程序將其解封裝，通過原始套接字發(fā)送到本地的回環(huán)地址I ο，POX控制器就可以收到OVS發(fā)過來的信令。(2) POX控制器向OVS發(fā)送信令:建立默認路由將POX控制器發(fā)出的信令包傳輸給虛擬網(wǎng)口 tunO ο隧道程序監(jiān)聽tunO，若有數(shù)據(jù)包進入，則截獲該數(shù)據(jù)包(即為OpenFlow信令包)，取出OpenFlow信令數(shù)據(jù)，將其作為bundle數(shù)據(jù)包的負載發(fā)向承載OVS的MEO衛(wèi)星節(jié)點。MEO衛(wèi)星節(jié)點接收到bundle隧道數(shù)據(jù)包之后，隧道程序將其解封裝，通過原始套接字發(fā)送到本地的回環(huán)地址lo，0VS就可以收到POX控制器發(fā)過來的信令。
[0098]在實際部署中，本發(fā)明在空間網(wǎng)部分采用1N來部署DTN，其網(wǎng)絡拓撲配置方式是讀取描述節(jié)點間連接情況的配置腳本。本發(fā)明在部署空間網(wǎng)絡控制鏈路隧道時，為了實現(xiàn)空間網(wǎng)絡中的控制層與轉發(fā)層分離，采取控制鏈路和數(shù)據(jù)鏈路分別運行獨立的1N進程的方式，具體說明如下:
[0099]如圖6所示，一顆GEO衛(wèi)星要與五顆MEO衛(wèi)星建立控制鏈路并控制MEO衛(wèi)星的數(shù)據(jù)轉發(fā)。分別在GEO衛(wèi)星和五顆MEO衛(wèi)星上運行1N進程，讀取的拓撲連接性腳本內容是從一顆GEO衛(wèi)星到五顆MEO衛(wèi)星的連接。然后在MEO衛(wèi)星上開啟新的1N進程，讀取的拓撲連接性腳本內容為五顆MEO衛(wèi)星之間的連接。即在MEO衛(wèi)星上運行兩個獨立的1N進程，從而實現(xiàn)控制鏈路與數(shù)據(jù)鏈路的分離，體現(xiàn)SDN的數(shù)據(jù)與轉發(fā)分離的思想。
[0100]實施例2:天地一體化網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸和按需服務實現(xiàn)方法
[0101]數(shù)據(jù)中心I中的服務器與數(shù)據(jù)中心2中的服務器通過衛(wèi)星網(wǎng)絡進行數(shù)據(jù)交互。數(shù)據(jù)交互的服務需求是要保證數(shù)據(jù)安全，所以申請數(shù)據(jù)中心里安全相關的網(wǎng)絡服務功能，并且，在SG處申請計費服務和性能增強服務。由于數(shù)據(jù)中心之間的交互的數(shù)據(jù)量很大，需要較大的帶寬，所以在衛(wèi)星網(wǎng)絡中，需要分配帶寬較大的鏈路。如圖7所示，為實施例2的示意圖。
[0102]首先，數(shù)據(jù)中心里的網(wǎng)絡服務功能向數(shù)據(jù)中心控制器進行注冊，在本實施例中，數(shù)據(jù)中心I和數(shù)據(jù)中心2里安全相關的網(wǎng)絡服務功能一一防火墻和入侵檢測服務，向本域的控制器C-DCl和控制器C-DC2注冊服務名字、功能描述、版本和大小等信息。C-DCl和C-DC2分別將注冊的網(wǎng)絡服務功能信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，然后轉發(fā)給SNMC。
[0103]在接收到來自C-DCl和C-DC2的網(wǎng)絡服務功能注冊信息之后，S匪C分別向C-DCl和C-DC2發(fā)送注冊確認信息。
[0104]衛(wèi)星網(wǎng)關SGl和SG2中的網(wǎng)絡服務功能向SG控制器進行注冊，在本實施例中，SGl和SG2中的計費服務和性能增強服務向分別向本域的控制器C-SGl和C-SG2注冊服務名字、功能描述、版本和大小等信息。C-SGl和C-SG2分別將注冊的網(wǎng)絡服務功能信息存儲在數(shù)據(jù)庫中，然后轉發(fā)給SNMC。
[0105]在接收到來自C-SGl和C-SG2的網(wǎng)絡服務功能注冊信息之后，S匪C分別向C-SGl和C-SG2發(fā)送注冊確認信息。
[0106]MEO衛(wèi)星和LEO衛(wèi)星周期性地向GEO衛(wèi)星發(fā)送網(wǎng)絡狀態(tài)信息，包括可用帶寬、丟包率和時延等。然后GEO衛(wèi)星把收集到的網(wǎng)絡狀態(tài)信息轉發(fā)給SNMC。
[0107]在接收到來自GEO衛(wèi)星的網(wǎng)絡狀態(tài)信息之后，SNMC向GEO衛(wèi)星發(fā)送確認信息。
[0108]數(shù)據(jù)中心I中的服務器開始向數(shù)據(jù)中心2中的服務器發(fā)送數(shù)據(jù)，提出的需求是要保證數(shù)據(jù)安全，并且提供較大的鏈路帶寬。
[0109]S匪C根據(jù)本次任務的需求和已經(jīng)注冊的網(wǎng)絡服務功能信息，制定的安全策略是，調用數(shù)據(jù)中心I和數(shù)據(jù)中心2中的入侵檢測服務和防火墻服務。制定的地面網(wǎng)部分的路由策略如圖7中帶箭頭的虛線所示，在數(shù)據(jù)中心I中，數(shù)據(jù)從服務器發(fā)出后，要先后經(jīng)過承載著入侵檢測服務和防火墻功能的交換機，通過核心網(wǎng)到達SGl中運行著計費功能的設備；當數(shù)據(jù)從空間網(wǎng)到達SG2之后，要先經(jīng)過SG2中運行著性能增強代理的設備，然后通過核心網(wǎng)到達數(shù)據(jù)中心2并先后經(jīng)過承載著防火墻功能和入侵檢測服務的交換機，最后到達數(shù)據(jù)中心2中的服務器。SNMC根據(jù)本次任務的需求和收集的衛(wèi)星網(wǎng)絡狀態(tài)信息，制定的空間網(wǎng)部分的路由策略如圖7中帶箭頭的虛線所示。SNMC計算出可用帶寬最大的一條路徑，即圖7中的路徑①-②-③-④-⑤-⑥-⑦-⑧。
[0110]這些策略下發(fā)到數(shù)據(jù)中心、SG以及GEO衛(wèi)星中的POX控制器之后，轉換為OpenFlow流表的形式，下發(fā)到轉發(fā)層設備的OVS上。在地面網(wǎng)中，流表直接通過有線鏈路下發(fā)到OVS上;在空間網(wǎng)中，流表通過bundle隧道下發(fā)到MEO衛(wèi)星的OVS上。
[0111]數(shù)據(jù)中心I中的服務器發(fā)出數(shù)據(jù)，按照交換機中的流表轉發(fā)，先后經(jīng)過數(shù)據(jù)中心I中承載入侵檢測服務的交換機和承載防火墻的交換機，并得到這兩個網(wǎng)絡服務功能的處理。
[0112]數(shù)據(jù)通過地面骨干網(wǎng)傳輸?shù)絊Gl，按照流表轉發(fā)，經(jīng)過承載計費功能的設備，并得到計費功能的處理。
[0113]數(shù)據(jù)經(jīng)過SGl的協(xié)議轉換功能處理，從TCP/IP協(xié)議棧轉換為DTN協(xié)議棧，以bundle數(shù)據(jù)包的形式向LEO衛(wèi)星發(fā)送。在空間網(wǎng)中，根據(jù)MEO衛(wèi)星中的流表轉發(fā)，轉發(fā)路徑如圖7中的①-②-③-④-⑤-⑥-⑦-⑧，然后數(shù)據(jù)到達SG2。
[0114]SG2收到數(shù)據(jù)后，經(jīng)過SG2的協(xié)議轉換功能處理，從DTN協(xié)議棧轉換為TCP/IP協(xié)議棧，以IP數(shù)據(jù)包的形式傳輸。數(shù)據(jù)按照SG2中設備上的流表轉發(fā)，經(jīng)過承載性能增強代理功能的設備，并得到性能增強處理。
[0115]數(shù)據(jù)通過地面骨干網(wǎng)到達數(shù)據(jù)中心2。按照交換機中的流表轉發(fā)，先后經(jīng)過數(shù)據(jù)中心2中承載防火墻和入侵檢測服務的交換機，并得到這兩個網(wǎng)絡服務功能的處理。最后，數(shù)據(jù)到達數(shù)據(jù)中心2中的服務器，整個傳輸過程結束。
[0116]顯然，本發(fā)明的上述實施例僅僅是為清楚地說明本發(fā)明所作的舉例，而并非是對本發(fā)明的實施方式的限定，對于所屬領域的普通技術人員來說，在上述說明的基礎上還可以做出其它不同形式的變化或變動，這里無法對所有的實施方式予以窮舉，凡是屬于本發(fā)明的技術方案所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護范圍之列。
【主權項】
1.基于SDN和NFV技術的天地一體化網(wǎng)絡架構，其特征在于，所述天地一體化網(wǎng)絡架構包括: 管理層，用于進行網(wǎng)絡狀態(tài)與網(wǎng)絡服務功能的注冊于查詢，并根據(jù)控制層提供的網(wǎng)絡狀態(tài)信息，制定數(shù)據(jù)傳輸質量管理策略； 控制層，用于將預處理后的所述數(shù)據(jù)傳輸質量管理策略發(fā)送至轉發(fā)層，并將實時收集得到的網(wǎng)絡鏈路和網(wǎng)絡服務的網(wǎng)絡狀態(tài)信息發(fā)送至管理層； 轉發(fā)層，根據(jù)預處理后的所述數(shù)據(jù)傳輸質量管理策略進行數(shù)據(jù)轉發(fā)，并提供相應的網(wǎng)絡服務。2.根據(jù)權利要求1所述的天地一體化網(wǎng)絡架構，其特征在于，所述管理層采用衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC; 所述衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心包括: 注冊單元，根據(jù)用戶的注冊信息進行網(wǎng)絡狀態(tài)與網(wǎng)絡服務功能的注冊認證； 查詢單元，根據(jù)用戶的查詢需求進行網(wǎng)絡狀態(tài)與網(wǎng)絡服務功能的查詢； 策略制定單元，根據(jù)控制層提供的網(wǎng)絡狀態(tài)信息，制定數(shù)據(jù)傳輸質量管理策略。3.根據(jù)權利要求2所述的天地一體化網(wǎng)絡架構，其特征在于， 所述網(wǎng)絡狀態(tài)包括帶寬、丟包率和時延； 所述網(wǎng)絡服務功能包括防火墻、入侵檢測服務、計費器、網(wǎng)絡地址轉換器和性能增強代理； 所述管理策略包括路由策略、安全策略、計費策略、服務調用策略和資源管理策略。4.根據(jù)權利要求1所述的天地一體化網(wǎng)絡架構，其特征在于，所述控制層包括: 地面控制器，收集維護本域網(wǎng)絡服務功能注冊信息并發(fā)送至管理層，并根據(jù)管理層制定的數(shù)據(jù)傳輸策略控制數(shù)據(jù)的轉發(fā)； 空間控制器，實時收集空間網(wǎng)絡鏈路網(wǎng)絡狀態(tài)信息，并發(fā)送至管理層。5.根據(jù)權利要求4所述的天地一體化網(wǎng)絡架構，其特征在于，所述地面控制器包括: 衛(wèi)星網(wǎng)關控制器，收集并在數(shù)據(jù)庫中維護衛(wèi)星網(wǎng)關中的網(wǎng)絡服務功能注冊信息，并將此信息轉發(fā)給衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C，同時，根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C制定的服務調用策略，控制數(shù)據(jù)流通過衛(wèi)星網(wǎng)關中衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC指定的網(wǎng)絡服務功能； 數(shù)據(jù)中心控制器，收集并在數(shù)據(jù)庫中維護數(shù)據(jù)中心交換機/路由器上的網(wǎng)絡服務功能的注冊信息，并將此信息轉發(fā)給衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SWC，同時，根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SWC制定的服務調用策略以及路由策略，控制數(shù)據(jù)流通過數(shù)據(jù)中心中衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC指定的網(wǎng)絡服務功能。6.根據(jù)權利要求4所述的天地一體化網(wǎng)絡架構，其特征在于，所述空間控制器為GEO衛(wèi)星，所述GEO衛(wèi)星收集來自中軌MEO衛(wèi)星以及低軌LEO衛(wèi)星的鏈路狀態(tài)信息，并發(fā)送給衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C;將從衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC收到的路由策略以及資源管理策略轉換成OpenFlow流表形式下發(fā)到中軌衛(wèi)星MEO。7.根據(jù)權利要求4所述的天地一體化網(wǎng)絡架構，其特征在于，所述空間控制器GEO衛(wèi)星的控制鏈路實現(xiàn)方式為: 使用bundle隧道方式在GEO衛(wèi)星與MEO衛(wèi)星之間傳輸控制信令，S卩bundle數(shù)據(jù)包中封裝OpenF I ow信令數(shù)據(jù)。8.根據(jù)權利要求1所述的天地一體化網(wǎng)絡架構，其特征在于，所述轉發(fā)層包括: 地面轉發(fā)系統(tǒng)，根據(jù)本域控制器的指令轉發(fā)數(shù)據(jù)和承載衛(wèi)星網(wǎng)絡服務功能； 空間轉發(fā)系統(tǒng)，按照控制層的控制規(guī)則轉發(fā)用戶數(shù)據(jù)。9.根據(jù)權利要求7所述的天地一體化網(wǎng)絡架構，其特征在于，所述地面轉發(fā)系統(tǒng)包括路由器、交換機和衛(wèi)星網(wǎng)關。10.根據(jù)權利要求7所述的天地一體化網(wǎng)絡架構，其特征在于，所述空間轉發(fā)系統(tǒng)包括中軌衛(wèi)星MEO和低軌衛(wèi)星LEO。11.根據(jù)權利要求6所述的天地一體化網(wǎng)絡架構，其特征在于，在中軌衛(wèi)星MEO上部署OVS，在GEO衛(wèi)星節(jié)點上布置POX控制器;在POX控制器的控制下，中軌衛(wèi)星MEO按照流表規(guī)則轉發(fā)數(shù)據(jù)。12.基于SDN和NFV技術的天地一體化網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，該方法的步驟包括: 衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C收集數(shù)據(jù)中心和衛(wèi)星網(wǎng)關中的網(wǎng)絡服務功能注冊信息和衛(wèi)星網(wǎng)絡中的網(wǎng)絡狀態(tài)信息，制定路由策略、服務調用策略和資源管理策略等； 用戶請求的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)中心的服務器發(fā)出，在地面網(wǎng)絡中經(jīng)過衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC指定的網(wǎng)絡服務功能的處理，然后在空間網(wǎng)中，根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C下發(fā)的策略，實現(xiàn)在衛(wèi)星節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸以及資源管理。13.根據(jù)權利要求12所述的天地一體化網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述信息收集和策略制定的步驟包括: 步驟1、數(shù)據(jù)中心DC中的網(wǎng)絡服務功能首先向數(shù)據(jù)中心DC的控制器進行注冊;注冊的網(wǎng)絡服務功能信息存儲在本地控制器的數(shù)據(jù)庫中；然后數(shù)據(jù)中心DC中的控制器把已經(jīng)注冊的網(wǎng)絡服務功能信息轉發(fā)給衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC; 步驟2、在接收到來自數(shù)據(jù)中心DC中控制器的網(wǎng)絡服務功能注冊信息之后，衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC向數(shù)據(jù)中心控制器發(fā)送注冊確認信息； 步驟3、衛(wèi)星網(wǎng)關SG中的網(wǎng)絡服務功能首先向衛(wèi)星網(wǎng)關SG中的控制器進行注冊;注冊的網(wǎng)絡服務功能信息存儲在本地控制器的數(shù)據(jù)庫中；然后衛(wèi)星網(wǎng)關SG中的控制器把已經(jīng)注冊的網(wǎng)絡服務功能信息轉發(fā)給衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC; 步驟4、在接收到來自衛(wèi)星網(wǎng)關SG中控制器的網(wǎng)絡服務功能注冊信息之后，衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC向衛(wèi)星網(wǎng)關SG控制器發(fā)送注冊確認信息； 步驟5、ΜΕ0衛(wèi)星和LEO衛(wèi)星首先周期性地向GEO衛(wèi)星發(fā)送網(wǎng)絡狀態(tài)信息；然后GEO衛(wèi)星把收集到的網(wǎng)絡狀態(tài)信息轉發(fā)給衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC; 步驟6、在接收到來自GEO衛(wèi)星的網(wǎng)絡狀態(tài)信息之后，衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SWC向GEO衛(wèi)星發(fā)送確認信息； 步驟7、用戶向衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC發(fā)出請求，想要通過衛(wèi)星網(wǎng)絡從數(shù)據(jù)中心獲取數(shù)據(jù)，并且申請網(wǎng)絡服務功能來處理這些數(shù)據(jù)；步驟8、在接收到來自用戶的請求之后，衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC向用戶發(fā)送確認信息；步驟9、衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC根據(jù)用戶的請求和已經(jīng)注冊的網(wǎng)絡服務功能信息，制定路由策略以及服務調用策略等，并下發(fā)給數(shù)據(jù)中心DC和衛(wèi)星網(wǎng)關SG中的控制器，指導控制器下發(fā)控制指令來控制數(shù)據(jù)在承載衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC指定的網(wǎng)絡服務功能的節(jié)點上轉發(fā)，并得到相應網(wǎng)絡服務功能的處理;衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C根據(jù)用戶的請求和已經(jīng)收集的衛(wèi)星網(wǎng)絡狀態(tài)信息，制定路由策略以及資源管理策略，并下發(fā)給GEO衛(wèi)星，指導GEO衛(wèi)星下發(fā)控制指令來控制數(shù)據(jù)在衛(wèi)星間的轉發(fā)以及管理空間網(wǎng)絡資源。14.根據(jù)權利要求12所述的天地一體化網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸方法，其特征在于，所述數(shù)據(jù)傳輸以及資源管理的步驟包括: 步驟10、用戶請求的數(shù)據(jù)從數(shù)據(jù)中心的服務器發(fā)出，在數(shù)據(jù)中心控制器的控制下，在承載衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心SNMC指定的網(wǎng)絡服務功能的節(jié)點上轉發(fā)，并得到相應的網(wǎng)絡服務功能的處理； 步驟11、用戶請求的數(shù)據(jù)通過地面骨干網(wǎng)傳輸?shù)叫l(wèi)星網(wǎng)關SGl，并且根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C下發(fā)的策略，在衛(wèi)星網(wǎng)關SGl控制器的控制下，得到衛(wèi)星網(wǎng)關SGl中網(wǎng)絡服務功能的處理； 步驟12、用戶請求的數(shù)據(jù)經(jīng)過衛(wèi)星網(wǎng)關SGl的處理，從TCP/IP協(xié)議棧轉換為DTN協(xié)議棧，向LEO衛(wèi)星發(fā)送;根據(jù)SNMC制定的路由策略，GEO衛(wèi)星控制數(shù)據(jù)在ME0/LE0衛(wèi)星中轉發(fā)，同時，根據(jù)SNMC制定的資源管理策略，GEO衛(wèi)星下發(fā)控制指令為傳輸?shù)臄?shù)據(jù)分配合適的衛(wèi)星網(wǎng)絡資源;然后，用戶申請的數(shù)據(jù)發(fā)送到用戶側的衛(wèi)星網(wǎng)關SG2; 步驟13、衛(wèi)星網(wǎng)關SG2收到的數(shù)據(jù)經(jīng)過轉換后，從DTN協(xié)議棧轉換為TCP/IP協(xié)議棧;然后根據(jù)衛(wèi)星網(wǎng)絡管理中心S匪C下發(fā)的策略，在衛(wèi)星網(wǎng)關SG2控制器的控制下，得到衛(wèi)星網(wǎng)關SG2中網(wǎng)絡服務功能的處理；最后，用戶請求的數(shù)據(jù)通過地面骨干網(wǎng)到達用戶，完成整個傳輸過程。
【文檔編號】H04L12/24GK106059650SQ201610349055
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年5月24日
【發(fā)明人】周華春, 李泰新, 葉玥, 李觀文, 徐琪, 李光磊, 張宏科
【申請人】北京交通大學