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SDN在卫星通信应用

软件定义网络（SDN）

在卫星组网中的发展与应用

一、摘要

近年来，新技术的引入，推动了通信领域的发展，许多传统

通信领域正在引入新技术以提高服务能力，例如，把软件定义网

络技术（SDN）、网络虚拟化和网络功能虚拟化技术（NFV）引入

卫星通信与地面网络融合领域，可有效提高组网的灵活性、可扩

展性，解决与地面网络无缝集成的问题，并进一步降低成本，进

而为用户提供更多更好的服务。

本文将重点讲述SDN技术在卫星通信中的应用。

二、简介

近年来，卫星网络在通信领域的潜在优势得到更广泛关注，

在网络技术方面，天地一体化网络已经提出并成为发展趋势。然

而，下一代卫星网络技术的发展仍面临许多困难，一方面，分布

式路由算法收敛速度慢，网络配置复杂、模糊，缺乏灵活的路由

技术支持。另一方面，卫星网络的特点对网络性能提出了挑战，

例如，动态拓扑属性导致路由算法不稳定，星地间的远距离通信

导致网络更新更耗时。此外，卫星系统使用的各种通信技术和协

议使跨系统互联难上加难。SDN技术的应用将有效解决这些问

题。

三、背景

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OpenFlow交换机上的数据，根据规则转发每一条数据流。

OpenFlow交换机除了向控制器提供数据以外，还根据控制器的

指令，将数据流转发到相应的端口。SDN的核心理念是通过将网

络设备的控制面和数据面分离，实现对网络流量的灵活控制。SDN

将原有以硬件配置为核心的网络转变软件化的网络，可以实现网

络管理的灵活、便捷。传统的网络以路由器、交换机等硬件设备

为主使用TCP／IP协议簇来实现网络的控制和管理。传统的网络

结构是分布式的，每个路由器根据自己所获取的路由信息进行数

据包的转发，多个路由器的故障不会对网络产生较大影响。这种

网络模式可以最大限度地保持网络的稳定性，但是网络的利用率

较低、扩展性较差、管理难度大。与之相反的是，SDN网络致力

于建立一个集中式的网络管理结构，网络控制器负责网络内所有

数据流的管理，每一条数据流都有一条数据通道。因此这种结构

下，网络的利用率较高，网络传输效率也较高，但是同时也导致

网络的复杂度巨大。SDN的另一个重要特点是可以灵活管理互联

网应用的部署，网络优化策略更易实现。传统的网络结构中，不

能实现针对某个应用的网络控制策略，对于所有的数据流一视同

仁。而SDN可以通过网络控制器根据业务的优先级，为不同业务

的数据流建立数据转发通道。

四、优点

SDN在卫星网络应用的优点：

一是灵活、可控的动态路由算法：目前大多数卫星系统采用

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静态路由方法，以保证卫星网络的可靠性和可控性，例如铱系统，

而传统的控制结构是不灵活的。近几年，动态路由算法、分布式

链路状态收集和路由计算方法被大量使用。虽然它们能适应网络

流量变化的特点，但是分布式算法降低了卫星网络的可控性。每

颗卫星都很难得到全球网络视野，导致在很多情况下不能够产生

最优化的路由和配置策略。将SDN技术引入控制结构，就可以解

决效率问题。软件定义网络技术分离数据平面和控制平面，并采

用集中控制结构与全球网络，以计算全局路由路径和配置策略。

同时，可以根据交通状况和客户的要求调整这些策略，改进传统

的灵活性卫星网络的静态路由算法。

二是迅速部署和更新卫星网络配置：随着空间应用的增加，

卫星的数量和载荷的复杂性都在增加，相比地面网络，改变整个

卫星网络的配置是非常困难的。SDN的中央控制特性简化和标准

化了卫星节点的处理功能，并且所有复杂的网络控制和计算功能

都设置在地面站和NOCC。所有接受新的配置信息的卫星都可以

自动更新无需额外的人工干预。此外，在星间链路或GEO卫星广

播单层间转发新的路由表和配置策略还可以加快全球配置的更

新过程。

三是提供灵活的，细致的，可扩展的网络控制：SDN在卫星

组网架构中，路由计算和全球网络视图可以更灵活地适应时变网

络状态，