论文研究-基于SDN的空天网络控制器的模型设计 .pdf

所需积分/C币:5 2019-08-14 17:28:04 577KB .PDF
收藏 收藏
举报

基于SDN的空天网络控制器的模型设计,任容玮,刘凯明,随着全球网络的高速发展,地面网络通信越来越不能满足全球通信需求,人们越来越倾向于天基移动卫星网络的发展。由于空天网络在协
山到花论文在丝 http:/www.paper.edu.cn 高轧道卫星 中轨道卫星 低轨道卫星 地面总控制器 域控制器 集群 图1空天网终架构 Fig. I The architecture of space network 如图1所示,此空天网络架构分为四层。根据空天网络的三层卫星星座分层, LEO/MEOGEO,将空天网络的天基网终分为三层架构,分为高轨道卫星,中轨道卩星,低 轨道卩星三层网终。山于高轨道卂星可以覆盖中轨道卫星的通信范围,中轧道卩星可以覆盖 90到低轨道卫星的覆盖范围,所以在设计玊星控制器连接式,中轨道卫星连接除了需要连接本 轨道的卫星外,还需连接低轨道卫星的控制器链路,以此类推,高轨道卫星除∫连接本轨道 星外,还需连接中轨道卫星的控制器集群。 对应丁地面网络中的全局控制器层,在该空天网络拓扑结构中,将全局控制器放置在地 面上,易丁对整个空天网终的整体控制。 952基于SDN的空天网络控制器模型设计 21控制器流表项设计 针对空天网络当前的无线接入技术,设计出空天网络控制器的流衣项,如图2所示: MAC层协议 P协议中 ATM协议4 以以以源目P| P Vlan Vlan VPI VClPTI|rcP|rcP 太太太|P的协|Tos优虚虚|负|UDp|UDP 网网网地|P议位 先路通载源端目的 源目类址地 级径|道类口端口 地的型 标|标型 址叫地 识识 图2空天网络流表项设计 Fig. 2 The design of space network flow table 由图2可知,设计的空天网络流表项主要针对MAC协议,IP协议与ATM协议。在空 天络中,也拥有大量的传感器节点,而MAC协议对于传感器节点最为合适在空天网络中, 山到花论文在丝 http:/www.paper.edu.cn 大多针对空天网络设计的流表包头域,对于空天网络而言,网络链路的传输大多依赖与数据 105链路层与网络层,所以摒除了 openflow现有的关于传输层与应用层的办议,也就是去除了 TCP/UD, TCP/UD目的端口等匹配域。另外,添加了空天网络中常用的ATM协议的包 头域,如AIM的虚拟路径标识,类似于MPLS标签,标识数据包下一跳。VCI,虚拟通道 标识,与PI共同使用,标识数据包下一跳。PT,即 Payload type,负载类型,第1bit用来标 识用户数据或控制数据,若是用户数据,则继续査看第2bit标识,第2bit标志为用来标识 110网络是否有拥塞,接下来的第3bit标识位标识此数据包是否是最后一个数据包。 22空天网络控制器功能模块设计 由前文分析,将空天网络拓扑设计为三层的网络拓扑,分别为地球同步轨道层,中轨道 卫星层以及低轨道卫星层。每一层相当于一个局域网,层内的节点相对位置变化不大,在设 计控制器转发时,默认每一层层内的卫星运行速度相同,拓扑变化缓慢;层间相对速度比较 115大,层间的链路不稳定,变化较大,链路切换周期短,设计层间网终节点通信是,认为是拓 扑易变的网络架构。 综上分析,在设计空天网络拓扑架构时,采用分层式结构,将处在同一轨道运行的卫星 视为同一层的网络结构,不同层之间也建立通信连接。对于设定的树络,需要对每一层进 行标号,对于当前现存的內络,将LEO编号为0号,MEO编号为1号,GEO层编号为3 120号 对同一·层的控制器建立控制器集群,由于同层中的控制器,地位相同,目前各层卫星 数目也相对固定,并且控制器各自拥有独立的存储空间,因此选用主-主型的方式进行连接。 这种集群方式最大的优势是能够提供很高的系统资源利用率,各控器节点地位一致,各自 对自己的所直接连接的交换机负责。对应空天网络中,每个控制器都有自己对的存储空间, 125因此采用全部复制式的资源共享方式最为适用。这种方式是各节点之间进行信息同步,实现 链路信息的共享。每个控制器标志位中需要有所处层的层号以及自身的控制器编号。每个控 制器对应一个控制组,每个控制器直接控制控制组內的交换机的流表项。针对以上设定的分 层式的集群控制器,设计空天网络控制器,图3为控制器模型 缓存存储拓扑结构 应用管理策略← 邻间控制 器发现模设 模块管理 应用层 集群控制器选择 块 管 发 线程池 理 应 略)用 Openflow协议 拓扒 管理→链 web接口 态匹配域 发 现 拓扑服务 SDN交换机 130 图3空天网络控制器设计 Fig 3 The design of the space network controller 4 山到花论文在丝 http:/www.paper.edu.cn SDN控制器需要实堄发现链路、控尙设备通信、管理进程、提供用户调试界面等控制 功能。对于空天网络中,除了要是实现控制器与交换机的设备识别、设备通信,还需要实现 控制器与控制器之问的设备识别、设备痛惜、资源共享 135 链路发现模块: 对于空天网络控,链路发现模块不仅要发现邻接的交换机的拓扑位置,还要发现相邻 控制器的拓扑位置的。因此,在没计 Packed-in回执包时,需要添加一个控制器的标志位, 并对控制器设备进行分别处理。 2.设备管理: 140 当链路发现完毕后,设备管理器发送请求包,学习所连接设备特征,并根据实体分类器 进行分类。一般米用mac地址和vlan地址定义一个设备。但在空人网络中,为∫使得网络 设备管理能够更好得进行,还要读取标志位,判断设备类型,是交换机还是控制器,然后再 进行下一步的判断 3.邻间控制器发现 145 由于层间控制器的相对位置比较固定,拓扑变动不大,但不同层间的相对位置会发生类 型周期性的变化。因此邻间控制器发现辶要是针对不同层间的控制器。每个控制器需要持续 保持对不同层的控制器的连接状态,即使由于不同层相对位置变化快,乜要持续保持能够跟 不同层的一个控制器保持连接状态。 4.集群控制 150 这个模块完成控制器集群的协议栈仼务,完成层内控制器之间的信息共亨,这个模块主 要根据 Jgroups进行设计。 3仿真测试 1.测试时,使用4台主机,其硬件指标如下 (1)CPU: AMD A10-5800K Radeon 155(2)内存:8GB (3)系统类型:32位操作系统 2.测试环境,选用的软件坯境为: (1) Linux操作系统: Ubuntu12.04.5LTS (2) Linux内核版本: linux kernel3.8.0-29- generic 160(3) Python版本号: python273 (4) Wininet 2.1.0 (5) Floodlight控制器: Floodlight09 3.采用的拓扑结构如图4 基于SDN的空天网终控制器仿真拓扑图,选用两个控制器,分为控制器A,B,控制器 165为改进后的 Floodlight控制器,使用OS虚拟SDN交换机,让其按照图形所示进行连接。 测试项如下 山到花论文在丝 http:/www.paper.edu.cn Controller B ith A-1 Swich\A-2 Switch\B 主机2 主机3 主机4 主机5 图4测试网终拓扑 170 Fig 4 The topology of test network (1)两个控制器能够ping通。说明分布式的控制器能够相互通信 (2)在控制器1中更改网终连接,针对改进前的 Floodlight控制器与原本的控制器,判断 链路发现时延长短 在判断链路发现长短时,在一定时间内对拓扑进行更改,查看ping时延长短。对时延 的变化如图5所示 (1)初始值,如上图的拓扑图进行连接,记录主机5向其他控制器ping所用的总时间 (2)对控制器A的拓扑图进行仼意的一次更改,每次都需记承主机5向其他控制器ping 所用的总时间。例如变化如图5所示: Controller B Controller a 主机 主机4 图5测试网络拓扑2 Fig. 5 The topology of test network-2 在这个变化的过栏中ping所用的时间,每过一分钟,切换一次,对两种控制器ping时 185向进行记录。 表1控制器参数比较 Tab 1 The delay of different controllers 时间点 0(初始化 min 时延/ms Floodlight 108 119 105 120 改进控制器 l00 l02 105 1O 106s 山到花论文在丝 http:/www.paper.edu.cn 4结论 本文针对空天网络环境,设计了基于SDN的空天网络控制器。根据空天网络的三层物 理结构,设计使用空天网终控制器的网络架构。然后根据此网络架构没计基于SDN的空天 网络控制器。修改现有的SDN冽终架构的南向接口协议 openflow协议使其能够更好的适应 空天內络环境。对ω pellow协议,修改」它的流表项,使它能够支持空天网络中协议。另 外,对于SDN控制器现有的控制模块进行修改,使得控制器模块能够不仅能够识别交换机, 195还能够识别相邻控制器,使得空天网络能够成为个整体。通过仿真测试,修改后的控制器 更能够适应空天网络中,变化的拓扑结构,在时延等各方面的网络性能,都有一定的优势。 |参考文献]( References [I]张铖,曹振,邓辉SDN控制器系统部署方案分析和没计初探[Δ].中国通信学会信息通信网络技术委员 会年会会议文集[C]北京:2013.68-72 200 [2]K. Nguyen, Q. Tran Minh, and S. Yamada. A Software-Defined Networking approach for Disaster- Resilient WANSLA]. 22nd International Conference on Computer Communications and Networks [C]. Nassau, Bahamas IEEE,2013.1 3Y.Jim'enez, C. Cervello-Pastor Garc la Defining a Network Management Architecture[A], the 2lst TEEF International Conference on Network Protocols proceedings[C], Germany: IEEE, 2013. 1-3 205 [4]S. SchInid, J. Suomela. Exploiting Locality in Distributed SDN Control[A]. ACM SIGCOMM Workshop on Hot Topics in Software Defined Networking(HotsDN[C]. Hong Kong: IEEE 2013. 1-6 [5]郭欣张军,张涛.移动卫星网络仿真验证系统研究[J.遥测遥控,2010,31(1):4148 [6 D Levin. A Wundsam, B Heller, N. Handigol Logically centralized state distribution trade-offs in software defined networks[A]: Proceedings of the first workshop on Ilot topics in sottware detined networks ( lotsiN 210 '12)[C]. New York, USA:IEEE. 2012.1-6 7] Yury Jim enez, Cristina Cervello-Pastor, and Aurelio J Garc la, On the controller placement for designing a distributed SDN control layer[A], Networking Conference[C], IFIP, 2014, 1-9 [8]肖永集群化软件架枃的研究与设计[D]西安:西北人学,2013.

...展开详情
试读 7P 论文研究-基于SDN的空天网络控制器的模型设计 .pdf
立即下载 低至0.43元/次 身份认证VIP会员低至7折
抢沙发
一个资源只可评论一次,评论内容不能少于5个字
  • 至尊王者

    成功上传501个资源即可获取
关注 私信 TA的资源
上传资源赚积分,得勋章
最新推荐
论文研究-基于SDN的空天网络控制器的模型设计 .pdf 5积分/C币 立即下载
1/7
论文研究-基于SDN的空天网络控制器的模型设计 .pdf第1页
论文研究-基于SDN的空天网络控制器的模型设计 .pdf第2页

试读结束, 可继续读1页

5积分/C币 立即下载 >