软件定义天地一体化网络：架构、技术及挑战

许方敏 仝宗健 赵成林 秦智超

摘要：提出了一种基于软件定义网络（SDN）的天地一体化网络架构，将控制平面和数据平面分离。该架构下，地面信息港和地球静止轨道卫星组成了多控制器结构的控制平面，将中轨、近地轨道卫星作为简单的转发设备，提供了更灵活的路由策略，更方便的网络配置以及更好的兼容性。同时，考虑到目前在卫星节点上部署网络设备的难度，提出了初期在地面部署控制器，之后逐步向静止轨道卫星扩展控制平面的演进思路。此外，还分析了这种架构面临的挑战。

关键词： 天地一体化网络；SDN；多控制器；演进式

Abstract： A space-terrestrial integrated network architecture based on software defined network（SDN） is proposed in this paper. In this architecture， （1） control plane and data plane are separated； （2） the terrestrial information station and geostationary orbit（GEO） satellites are combined as the control plane； and （3） medium earth orbit（MEO） & low earth orbit（LEO） satellites are regarded as simple forwarding devices. This architecture could provide more flexible routing strategies， more convenient network configuration and better compatibility. Meanwhile， considering the difficulty of deploying network devices on satellites， an evolutionary strategy is proposed， in which controllers are deployed in terrestrial stations at the present stage and extended to GEO satellites gradually. Moreover， the challenge of this space-terrestrial integrated network architecture is analyzed.

Key words： integrated space and terrestrial network； SDN； multiple controllers； evolutionary

基于互联网协议（IP）的宽带空间网络已成为研究的主要趋势[1]，思科公司在CLEO[2]和IRIS[3]项目中分别将地面网络路由器部署到了近地轨道（LEO）卫星和地球同步轨道（GEO）卫星上，但基于IP的地面网络本身存在的问题，以及空间网络本身的特殊性，天地一体化网络还面临着一些挑战：网络拓扑的动态性；空间网络资源限制；天地一体化网络的异构性。

软件定义网络（SDN）是一种新型的网络架构，不同于传统网络中控制平面和数据平面紧密耦合的设计，SDN架构将控制平面和数据平面分离，控制平面可以通过南向接口对数据平面中的网络设备进行集中式控制[4]，并提供灵活的可编程能力。在空间网络的情景中，SDN的结构意味着卫星节点可以仅完成简单的转发和硬件配置功能，将路由策略和具体路由的计算交给控制器节点来实现，从而实现灵活的路由策略、方便的网络配置、更好的兼容性，以及更低的部署、升级成本。……