基于时延的LEO卫星网络SDN控制器动态放置方法

doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2020054

通信学报 ›› 2020, Vol. 41 ›› Issue (3): 126-135.doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2020054

基于时延的LEO卫星网络SDN控制器动态放置方法

韩珍珍,赵国锋,徐川,周文涛,周洋洋

重庆邮电大学通信与信息工程学院，重庆 400065

修回日期:2020-02-26 出版日期:2020-03-25 发布日期:2020-03-31
作者简介:韩珍珍（1989- ），女，河南商丘人，重庆邮电大学博士生，主要研究方向为天地一体化网络、软件定义网络、无线网络测量和无线网络路由|赵国锋（1972- ），男，重庆人，博士，重庆邮电大学教授、博士生导师，主要研究方向为天地一体化网络、工业物联网和网络测量|徐川（1980- ），男，重庆人，博士，重庆邮电大学教授、硕士生导师，主要研究方向为天地一体化网络、工业互联网、软件定义网络和网络测量|周文涛（1996- ），男，安徽合肥人，重庆邮电大学硕士生，主要研究方向为天地一体化网络和密码学安全|周洋洋（1994- ），男，河南信阳人，重庆邮电大学硕士生，主要研究方向为天地一体化网络路由协议设计
基金资助:
四川省重大科技专项基金资助项目(2018GZDZX0014);重庆市研究生科研创新基金资助项目(CYB18175);重庆市研究生科研创新基金资助项目(BYJS201803)

Dynamic SDN controller placement based on latency in LEO satellite network

Zhenzhen HAN,Guofeng ZHAO,Chuan XU,Wentao ZHOU,Yangyang ZHOU

School of Communication and Information Engineering,Chongqing University of Posts and Telecommunications,Chongqing 400065,China

Revised:2020-02-26 Online:2020-03-25 Published:2020-03-31
Supported by:
Sichuan Province Major Science and Technology Projects(2018GZDZX0014)

摘要/Abstract

摘要：

针对控制器进行信息同步维护全局网络视图时网络时延大的问题，基于对网络时延的分析提出了一种能够满足动态组网覆盖需求的 SDN 控制器放置方法。首先，根据卫星与终端的相对速度设计基于冗余覆盖的卫星子网划分机制；然后，对卫星网络分布式控制网络时延的进行研究，建立基于时延的控制器放置模型；最后，将控制器放置问题转化为基于软容量限制的设备放置问题，设计近似算法对模型进行求解。实验结果表明，所提方法能够在满足网络覆盖需求的同时优化网络时延。

关键词: 天地一体化信息网络, 软件定义网络, 控制器放置, 卫星子网划分, 网络时延, 近似算法

Abstract:

In view of the problem of large network latency when the controller synchronized information to maintain the global network view,the latency-based SDN controller on-demand placement scheme was proposed.Firstly,the satellite subnet division method based on redundant coverage was designed according to the relative velocity of satellite and terminal.Then,the controller placement model was established by analyzing the response latency of the satellite distributed control.Finally,the controller placement problem was transformed into the soft capacitated facility location problem,and the approximation algorithm was designed to solve the model.The experimental results show that the proposed scheme can optimize network latency while meeting networking coverage demands.

Key words: space-ground integrated information network, SDN, controller placement, satellite subnet division, network latency, approximation algorithm

中图分类号:

TP393

韩珍珍,赵国锋,徐川,周文涛,周洋洋. 基于时延的LEO卫星网络SDN控制器动态放置方法[J]. 通信学报, 2020, 41(3): 126-135.

Zhenzhen HAN,Guofeng ZHAO,Chuan XU,Wentao ZHOU,Yangyang ZHOU. Dynamic SDN controller placement based on latency in LEO satellite network[J]. Journal on Communications, 2020, 41(3): 126-135.

图/表 12

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参考文献 22

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控制器放置方案	控制器部署位置	覆盖范围	网络时延	控制节点计算能力	网络动态性
	地面站	局部	低	强	低
单层部署方案	GEO	全球	高	受限	一般
	LEO	全球	高	受限	高
	地面站+GEO/LEO	全球	高	强	高
多层部署方案	GEO+MEO+LEO	全球	高	受限	高

参数符号	定义
V	子网卫星节点集合
C	控制器集合
p	控制域内交换机关联矩阵
p’	现有控制域内交换机关联矩阵
T_re	网络维护间隔
T_s	网络集群同步间隔
d_ij	节点i到节点j的距离
F	交换机向控制器请求路由条目
r	链路传输速率
r_s	设备端口收发速率
I_m	网络维护信息数据量
I_p	packet_in信息数据量
I_f	流表下发信息量
I_s	控制器同步全局网络信息数据量
I_h	交换机迁移请求信息数据量
I_a	迁移请求ACK信息数据量

仿真参数	参数设置
星座构型	Iridium星座
轨道高度/km	780
仿真步长/s	10
网络维护间隔T_re/s	0.9
网络集群同步间隔T_s	1
无线电磁波传播速率r/(m·s^-1)	3×10⁸
维护信息数据量I_m/B	26
packet_in数据量I_p/B	32
流表下发数据量I_f/B	56
控制器同步网络数据量I_s/B	12+24 e_ij
交换机迁移请求数据量I_h/B	18
迁移请求ACK信息数据量I_a/B	13

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