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《北京交通大学》 2018年
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面向复杂空天地一体化网络的SDN控制器的研究

杨虹  
【摘要】:空天地一体化网络由天基网、空基网和地基网组成。研究空天地一体化网络的发展对一个国家的民用、军事、空间探索起到了非常重要的作用。然而,空天网络存在着链路切换频繁、资源受限、网络协议异构和拓扑易变等问题,使得空天网络很难进行控制,给网络的扩展性,兼容性和可靠性带来了更多的挑战。软件定义网络(SDN)具有将控制平面与数据平面解耦、提供了开放的编程接口以及集中控制的特点使得异构网络环境下的网络设备能够被灵活高效的管理和配置。本文将SDN的分层思想和多层空天网络相结合。根据空天网络的特征和SDN技术相结合研究了一种空天地SDN网络架构,并研究了基于该架构的分布式控制器系统。该网络架构实现了灵活布网,提高了网络的可扩展性和资源利用率。使得空地能够得到更好地管控。本论文主要工作和创新包括:(1)基于SDN技术,本文研究了一种天地SDN网络架构模型,其中地面和GEO卫星层为控制平面,LEO和MEO卫星层为数据平面。针对空天网络设备之间开销大,卫星节点负载受限的问题,提出了 GEO控制层采用层次型的架构。主控制器具有网络的全局信息,局部控制器只需要管理本区域内的交换机,减少了与主控制器的频繁交互。地面控制层可作为GEO层主控制器的备份,实现对全局网络的信息共享,同时避免了 GEO层主控制器失效或链路失效带来的无法通信的问题。该模型方便了对天地网络的控制和管理,增强了网络的可靠性、可用性和可扩展性。(2)基于GEO层次型的控制器部署方式,提出了一种负载均衡机制。通过对系统功能和需求的分析,本文重点研究并设计实现了天地SDN网络分布式控制器系统的功能模块。使用了适合科研的SDN控制器Floodlight,主要设计的功能模块包括通信模块、数据库读写模块、负载测量模块、负载请求模块、负载收集模块、负载决策模块和交换机迁移模块。通过各个模块的交互实现了层次型多控制器的通信和负载均衡。(3)本文采用mininet仿真环境进行仿真和测试。通过使用测试OpenFlow控制器性能的工具Cbench验证了所提架构的合理性;并通过模拟不同的负载,统计分析控制器的资源利用率、吞吐量、响应时间因素对本文提出的基于GEO的层次型架构的负载均衡机制进行了实验验证。并通过对比ECSM算法,PASMM算法和本文算法对整个系统吞吐量和响应时间的影响,验证了本文算法的优越性。
【学位授予单位】:北京交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TN927.2

【参考文献】
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