【摘要】：空間信息網(wǎng)絡通過信息載體(空間平臺)來實時獲取、傳輸和處理空間信息,其中空間平臺是一種大范疇,包含有衛(wèi)星、飛艇以及航空器等等。然而傳統(tǒng)的衛(wèi)星網(wǎng)絡存在配置慢,業(yè)務調(diào)度低效以及不靈活的服務交付等問題,這些都對當前的空間信息網(wǎng)絡的發(fā)展形成桎梏,而這些問題產(chǎn)生的根源在于傳統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設計。新興的網(wǎng)絡技術SDN(Software Defined Network,軟件定義網(wǎng)絡)的發(fā)展,給國內(nèi)外的研究學者提供了解決的新方法:軟件定義空間信息網(wǎng)絡。本文對軟件定義空間信息網(wǎng)絡及其關鍵技術進行了研究,具體包括以下幾個方面:首先,由于目前國內(nèi)外對于軟件定義空間信息網(wǎng)絡的研究都只是進行了總體框架的研究,對實現(xiàn)軟件定義空間信息網(wǎng)絡的關鍵技術研究較為匱乏。為了進行軟件定義空間信息網(wǎng)絡的相關技術研究的測試實驗,本文根據(jù)現(xiàn)有的軟件定義空間信息網(wǎng)絡架構研究,以及衛(wèi)星網(wǎng)絡的特點(拓撲動態(tài)性、鏈路特性等),以SDN和虛擬化技術為主要技術支撐,搭建了面向SDN的軟件定義空間信息網(wǎng)絡的半物理仿真平臺,部署了 OpenFlow網(wǎng)絡設備,在功能上實現(xiàn)了衛(wèi)星網(wǎng)絡拓撲創(chuàng)建、鏈路參數(shù)動態(tài)配置、軌跡模擬等模塊,初步構建了軟件定義空間信息網(wǎng)絡實驗平臺,可以為開展軟件定義空間信息網(wǎng)絡研究提供了分析工具、測試手段。其次,由于饋線鏈路會受到影響而導致中斷,所以需要在控制器上部署一個網(wǎng)關切換應用來解決鏈路中斷而導致的業(yè)務重路由難題。本文在RYU控制器上開發(fā)了網(wǎng)關切換應用,將網(wǎng)關切換應用分為兩個模塊來實現(xiàn):鏈路中斷檢測和網(wǎng)關切換機制。其中鏈路中斷檢測是在鏈路拓撲發(fā)現(xiàn)協(xié)議模塊的基礎上開發(fā)的,在實時檢測拓撲的同時,對必要的信息進行存儲和處理。網(wǎng)關切換機制是在恢復機制的基礎上開發(fā)的,當有饋線鏈路中斷事件發(fā)生時,OpenFlow設備通知控制器,控制器則刪除受故障影響的流表,并且重新計算工作路徑,更新或者下發(fā)新的流表規(guī)則。通過兩個模塊的組合來實現(xiàn)快速檢測到鏈路中斷,并且迅速切換業(yè)務到合適的衛(wèi)星網(wǎng)關,來解決連路中斷導致的業(yè)務中斷問題,保障網(wǎng)絡服務。最后,使用本文搭建的軟件定義空間信息網(wǎng)絡半物理仿真平臺對開發(fā)的網(wǎng)關切換應用進行測試,并在相同的空間通信環(huán)境下,出現(xiàn)饋線鏈路中斷時,獲取重路由到可用的衛(wèi)星網(wǎng)關上所需要的時間。測試結果證明了基于RYU開發(fā)的網(wǎng)關切換應用的有效性。并且,在相同的空間信息網(wǎng)絡場景下,軟件定義空間信息網(wǎng)絡對比傳統(tǒng)空間信息網(wǎng)絡,基于RYU上開發(fā)的網(wǎng)關切換應用對比傳統(tǒng)路由,在鏈路中斷時,業(yè)務恢復速率優(yōu)勢明顯,網(wǎng)絡可靠性更高。
[Abstract]:Spatial information network can acquire, transmit and process space information in real time through information carrier (space platform). Space platform is a kind of large category, including satellite, airship, aircraft and so on. However, the traditional satellite network has some problems, such as slow configuration, inefficient service scheduling and inflexible service delivery, which all form shackles to the development of the current spatial information network. The root of these problems lies in the design of traditional satellite communication system. The development of new network technology (SDN (Software Defined Network, software defines network) provides a new method to solve the problem: software defined spatial information network (SDN) at home and abroad. This paper studies the software definition spatial information network and its key technologies, including the following aspects: firstly, because the research of software definition spatial information network at home and abroad has only carried on the overall framework research. The research on the key technology of software defining spatial information network is scarce. In order to test and test the related technologies of software defined spatial information network, this paper studies the architecture of the existing software defined spatial information network and the characteristics of satellite network. Based on SDN and virtualization technology, a semi-physical simulation platform for SDN oriented software defining spatial information network is built, OpenFlow network equipment is deployed, and satellite network topology is created functionally. The dynamic configuration of link parameters, trajectory simulation and other modules, a preliminary software definition spatial information network experimental platform is constructed, which can provide an analysis tool and test means for the research of software defined spatial information network. Secondly, because the feeder link will be affected, it is necessary to deploy a gateway switch on the controller to solve the traffic rerouting problem caused by the link interruption. In this paper, the gateway switch application is developed on the RYU controller. The gateway switch application is divided into two modules: link interrupt detection and gateway handover mechanism. Link interrupt detection is developed on the basis of link topology discovery protocol module. The necessary information is stored and processed while the topology is detected in real time. The gateway handover mechanism is developed on the basis of the recovery mechanism. The OpenFlow device notifies the controller when a feeder link interrupt event occurs, and the controller deletes the flow table affected by the fault and recalculates the work path. Update or issue new stream table rules. Through the combination of the two modules, the link interrupt can be detected quickly, and the service can be switched to the appropriate satellite gateway quickly to solve the problem of the service interruption caused by the connection interrupt and to ensure the network service. Finally, the semi-physical simulation platform of spatial information network is used to test the gateway switching application, and the feeder link is interrupted in the same space communication environment. Gets the time required to reroute to the available satellite gateway. The test results show the effectiveness of gateway switching application based on RYU. Moreover, under the same spatial information network scenario, the software defined spatial information network pair is better than the traditional spatial information network, and the gateway switching application based on RYU is better than the traditional route. When the link is interrupted, the advantage of service recovery rate is obvious. The network is more reliable.
【學位授予單位】：武漢大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：TN927;TP391.9

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