一种空间信息网络架构制造技术

本发明专利技术提供空间信息网络架构包括地面信息港，与数据转发层相连，通过数据转发层与天基骨干网相连接，用于根据接收到的流表执行用户任务请求；数据转发层，由中地球轨道卫星和低地球轨道卫星中的至少一种构成，用于接收流表，调用资源执行用户任务请求，根据流表进行数据传输和转发；天基骨干网，至少包含一个地球静止轨道空间卫星，所述地球静止轨道空间卫星内的控制器为所述任务请求分配资源，并下发流表。所述地面信息港和天基骨干网共同组成双骨干控制系统。本发明专利技术通过高效地结合GEO卫星的全球覆盖特性和地面基站的计算能力，空间信息网络可以实时的获取路由转发策略，同时可以根据任务合理分配资源和节点，提高资源利用率和节点协作能力。

【技术实现步骤摘要】
一种空间信息网络架构
本专利技术涉及通信
，更具体地，涉及一种空间信息网络架构。
技术介绍
空间信息网络SIN(SpatialInformationNetworks)是由不同高度的地球卫星、空间站、无人/有人飞船、飞艇、飞机等节点通过星地、星间链路将各类航天器和地面通信网等异构网络互联互通起来，按照信息资源的最大有效综合利用原则构成的天地协同的信息网络。空间信息网络由大量专用系统、专用网络构成，各自长期发展过程中缺乏统一标准，彼此间相互独立，网络的管理实体应用需求和习惯也大相径庭，不同管理域异构网络互联互通困难，节点资源协同困难。天基网络相对于地面网络的一些特殊性影响着网络性能：卫星上受限等原因使得卫星上处理能力弱；拓扑动态变化使得路由不稳定；节点的通信技术与协议不一致使得节点间协同能力弱；任务需求多样性，目前缺乏有效的方法来根据不同的任务需求来灵活调度不同类型的节点资源协同完成复杂的空间任务；天基网络的特性，决定了传统的以固定拓扑为基础的地面网络架构理论并不能完全移植到空间网络中，尤其是在动态路由算法、接入负载均衡等方面。软件定义网络(SoftwareDefinedNetwork,简称SDN)是一种新型的网络创新架构，其通过将网络设备控制面与数据面进行解耦，从而实现了对网络流量的灵活控制。在现有SDN网络中,存在一种分布-集中式的控制架构模型，即设置大量控制器用以对各网络硬件设备进行数据转发等操作，并通过一个与各控制器连接的主控制器对各控制器进行统筹，从而实现多个控制器的协同运行。到目前为止，研究者们提出一些基于SDN(SoftwareDefinedNetworking，软件定义网络)的应用框架：包括软件定义蜂窝网络，软件定义无线接入网，在卫星网络领域，SDN、网络虚拟化和网络功能虚拟化(NetworkFunctionVirtualization,NFV)技术对卫星网络具有极大的意义和重要性，并通过真实用例来说明了用SDN来设计空间信息网络架构是一种可行方案，是SDN应用于空间信息网络的理论基础。但该架构并不适用于我国地面站受限的情况，本专利技术针对我国国情，提出了基于天地多控制器协作的空间信息网络架构。
技术实现思路
本专利技术提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的网络架构和通信方法。根据本专利技术的一个方面，提供一种空间信息网络架构，所述网络架构包括：地面信息港，通过数据转发层与天基骨干网相连接，用于根据接收到的流表执行用户任务请求、与天基骨干网同步全局信息、对网络进行全局控制；数据转发层，由中地球轨道卫星和低地球轨道卫星中的至少一种构成，用于接收流表，调用资源执行用户任务请求，根据流表进行数据传输和转发；天基骨干网，至少包含一个地球静止轨道空间卫星，所述地球静止轨道空间卫星内的控制器为所述任务请求分配资源，并下发流表，和地面信息港同步控制信息、全局信息；所述地面信息港和天基骨干网共同组成双骨干控制系统。本申请提出空间信息网络架构，通过分离每一颗卫星的数据与控制平面，卫星只需要实现最简单的转发与硬件配置功能，另外，地球静止轨道(GeostationaryOrbit,GEO)卫星的全球覆盖特性适合用于发现全局视图；因此，除了全局视图发现功能的其它复杂的控制和计算功能全部配置在地面基站上。通过高效地结合GEO卫星控制器的全球覆盖特性和地面站控制器的计算能力，空间信息网络可以实时的获取路由转发策略，同时可以根据任务合理分配资源和节点，提高资源利用率和节点协作能力。进一步，本专利技术有益效果包括以下三点。一、异构网络融合。SDN控制和转发分离的思想使得网络设备转发平面的能力要求趋于简化和统一，硬件组件趋于通用化，而且便于不同设备的互联互通，有利于降低设备的复杂度以及硬件成本，实现星载通信设备的归一化和标准化，可在异构网络的情况下对全网设备进行统一管理；另外，软件定义无线电技术在卫星载荷上的应用使得无需更换硬件就能适应新的应用和服务；再者，SDN对二层转发表、三层路由表进行了抽象处理，整合了各个层次的网络配置信息，能够同时处理与相应空间网络中并存的各种协议，从而很好的解决了网络协议异构性的问题。因此，未来的空间信息网络能够解决异构网络互联互通的问题。二、灵活的资源调度。空间任务种类多，不同任务的需求差异大，传统卫星网络中低效的控制结构和相对固定的路由策略不能支撑细粒度的管理以及快速变化的用户需求。新架构利用网络资源虚拟化方法，根据具体的任务目标和需求，抽象出底层设施多维度(如天线、功率、频率、计算、存储等)资源，构建多维空间资源池，从而可以方便实现对有限空间资源最大限度的综合利用；另外，控制与转发分离的思想使得数据平面专注于转发，控制平面对网络资源拥有全局视图，并能够实现可编程化控制，从而可以根据上层用户的不同业务需求，灵活高效地分配调度基础网络资源，最终实现对整个网络可控可管可测可调，快速部署新业务、提升网络资源利用率、保障业务服务质量的目标。三、灵活、可扩展的网络控制。SDN的集中控制特性使卫星节点的处理功能简化和标准化，卫星和地面站各司其职，复杂的网络控制和计算功能都部署在地面控制器中，这样的架构能够快速部署和更新网络配置，通过GEO卫星来转发流表能进一步提高整个配置更新流程的速度；另外，GEO控制器可以根据全局网络视图生成全局路由和配置策略，然后结合卫星网络拓扑的规律性和可预测性，控制器能够提前部署全局路由和配置策略，灵活地适应空间网络的拓扑时变性。因此，相对于传统网络而言，新架构在网络控制方面更灵活且扩展性较高。附图说明图1为根据本专利技术实施例一种空间信息网络的物理架构图示意图；图2为根据本专利技术实施例一种空间信息网络架构中扁平多控制器结构的示意图；图3为根据本专利技术实施例另一种空间信息网络的逻辑架构示意图。具体实施方式下面结合附图和实施例，对本专利技术的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本专利技术，但不用来限制本专利技术的范围。如图1所示，本专利技术的一个实施例中，示出了一种空间信息网络架构示意图。总体来说，包括：地面信息港，通过数据转发层与天基骨干网相连接，用于根据接收到的流表执行用户任务请求、与天基骨干网同步全局信息、对网络进行全局控制；数据转发层，由中地球轨道卫星和低地球轨道卫星中的至少一种构成，用于接收流表，调用资源执行用户任务请求，根据流表进行数据传输和转发；天基骨干网，至少包含一个地球静止轨道空间卫星，所述地球静止轨道空间卫星内的控制器为所述任务请求分配资源，并下发流表，和地面信息港同步控制信息、全局信息；所述地面信息港和天基骨干网共同组成双骨干控制系统。本发另一个具体实施例中，所述信息网络架构包含多个控制器。本具体实施例没有单独采用地面控制器或者单独采用GEO(Geosynchronousorbit地球同步轨道)空间控制器，而是在地面和空间同时布置控制器，使GEO卫星和地面信息港共同承担控制器的职能。同时，虽然单控制器管控范围大，当跨域建立流表或者通信时均会产生额外的时延；控制能力的集中化，也使控制器具有了更大的责任，一旦控制器在性能或者安全性上不能得到有效保障，随着而来的就是整个SDN(SoftwareDefinedNetworking软件定义网络)网络的服务能力降级甚至全网瘫痪本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种空间信息网络架构，其特征在于，包括：地面信息港，通过数据转发层与天基骨干网相连接，用于根据接收到的流表执行用户任务请求、与天基骨干网同步全局信息、对网络进行全局控制；数据转发层，由中地球轨道卫星和低地球轨道卫星中的至少一种构成，用于接收流表，调用资源执行用户任务请求，根据流表进行数据传输和转发；天基骨干网，至少包含一个地球静止轨道空间卫星，所述地球静止轨道空间卫星内的控制器为所述任务请求分配资源，并下发流表，和地面信息港同步控制信息、全局信息；所述地面信息港和天基骨干网共同组成双骨干控制系统。

【技术特征摘要】
1.一种空间信息网络架构，其特征在于，包括：地面信息港，通过数据转发层与天基骨干网相连接，用于根据接收到的流表执行用户任务请求、与天基骨干网同步全局信息、对网络进行全局控制；数据转发层，由中地球轨道卫星和低地球轨道卫星中的至少一种构成，用于接收流表，调用资源执行用户任务请求，根据流表进行数据传输和转发；天基骨干网，至少包含一个地球静止轨道空间卫星，所述地球静止轨道空间卫星内的控制器为所述任务请求分配资源，并下发流表，和地面信息港同步控制信息、全局信息；所述地面信息港和天基骨干网共同组成双骨干控制系统。2.如权利要求1所述的网络架构，其特征在于所述网络架构包含多个控制器，所述控制器采用扁平控制方式。3.如权利要求1所述的网络架构，其特征在于所述网络架构在逻辑上包括：空间任务系统，与控制平面系统相连，提供开放性接口用于各类任务的接入，并用于任务整合和重组，向控制平面申请所需的资源；控制平面系统，与数据平面系统相连，根据任务进行资源映射，将离线流表发送给数据平面系统...

【专利技术属性】
技术研发人员：许方敏，赵成林，仇超，章扬，陈高岭，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：北京,11