基于分層分域控制的空間信息網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)研究

談明 葉淑君 徐園

摘 要：當(dāng)前在空間信息網(wǎng)絡(luò)實際使用的過程當(dāng)中，隨著相關(guān)技術(shù)不斷發(fā)展其具體結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜，同時產(chǎn)生了一些動態(tài)性的變化。為了更好的對其進(jìn)行有效的控制，本文提出了一種基于分層分域控制的空間信息網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。架構(gòu)在實際使用的過程當(dāng)中，從分層這一角度進(jìn)行出發(fā)，把空間信息網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)根據(jù)其各個部位特點的區(qū)別分為空間層、平流層以及地面這三大部分;而從分域這一角度進(jìn)行出發(fā)，把地面、平流層以及空間層根據(jù)其具體區(qū)域的差別將其劃分為多個域，每個域當(dāng)中都安排了一個網(wǎng)絡(luò)控制器對其進(jìn)行強而有力的控制。后續(xù)根據(jù)軟件定義網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)，把空間信息網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)分為應(yīng)用層、控制層以及基礎(chǔ)設(shè)施層這三個層次，并且進(jìn)一步給出了一個典型的應(yīng)用場景。

關(guān)鍵詞：分層;分域;控制;空間信息網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

1空間信息網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

為了使得空間信息網(wǎng)絡(luò)的作用能夠更加充分的發(fā)揮出來，人們在空間部分安排了各種類型具有不同空間軌道的衛(wèi)星，從近到遠(yuǎn)可以將其劃分為同步軌道衛(wèi)星、中軌道衛(wèi)星以及低軌道衛(wèi)星這三大種類。而平流層的具體組成部分則是由平流層飛艇、氣球以及有人或者是無人駕駛飛機等等一系列內(nèi)容所組成的;對于地面部分來說，主要是由網(wǎng)關(guān)基站以及空間網(wǎng)絡(luò)控制等一系列控制器所組成的;從分域的角度出發(fā)，可以進(jìn)一步把地面平流層以及空間根據(jù)區(qū)域的區(qū)別將其劃分為多個域，每個域有一個網(wǎng)絡(luò)控制器對其進(jìn)行控制。

2空間信息網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)

基于分層。分域控制的空間信息網(wǎng)絡(luò)控制結(jié)構(gòu)具體如圖1所示。在這一控制架構(gòu)當(dāng)中，北向以及南向協(xié)議對于整個控制架構(gòu)作用的正常發(fā)揮起到了不可替代的重要作用。北向協(xié)議實際上指的就是位于應(yīng)用層以及控制層之間的各種類型接口。這些接口的協(xié)議就當(dāng)前而言并沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。為此，為了使得各類人群的實際需求得到最大程度的滿足，技術(shù)人員給應(yīng)用層的不同用戶提供了各種類型的可擴展API接口。而在每一個API接口當(dāng)中，都對應(yīng)了一個應(yīng)用程序。由于這種結(jié)構(gòu)，該控制架構(gòu)在實際應(yīng)用的過程當(dāng)中可以滿足人們多種需求;而南向協(xié)議中最為典型的一個類型就是OpenFlow。該協(xié)議在實際使用的過程當(dāng)中重點負(fù)責(zé)控制層和一些其他的基礎(chǔ)設(shè)施實施交換機的交互活動，從而進(jìn)一步完成基礎(chǔ)設(shè)施層數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)活動。

通過空間信息網(wǎng)絡(luò)控制架構(gòu)的具體過程不難發(fā)現(xiàn)，在該架構(gòu)應(yīng)用的過程當(dāng)中最為重要的部分就是空間信息網(wǎng)絡(luò)資源管理及調(diào)度中心。而資源管理與調(diào)度中心的具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。

3典型應(yīng)用場景

空間信息網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)在實際工作的過程當(dāng)中有著以下的基本工作流程：首先由應(yīng)用層的各種類型用戶所發(fā)出的各種類型的任務(wù)通過北向協(xié)議作用的正常發(fā)揮，向網(wǎng)絡(luò)控制器發(fā)送一些相關(guān)任務(wù)的請求活動，后續(xù)由空間信息網(wǎng)絡(luò)資源管理以及調(diào)度中心對整個網(wǎng)絡(luò)所擁有的資源進(jìn)行相應(yīng)的控制以及調(diào)度工作，并且采用網(wǎng)絡(luò)動畫技術(shù)以及動態(tài)資源調(diào)度技術(shù)把一些指令通過南向協(xié)議接口發(fā)送到一些基礎(chǔ)設(shè)施層當(dāng)中，由各種類型的基礎(chǔ)設(shè)施完成這些任務(wù)。

該系統(tǒng)在實際應(yīng)用過程當(dāng)中有以下的典型的應(yīng)用場景：兩個熱點地區(qū)通過一定的方式方法進(jìn)行相應(yīng)的信息獲取處理以及傳輸工作，并且假設(shè)距離十分遙遠(yuǎn)。A區(qū)需要向同距該地區(qū)遙遠(yuǎn)的B進(jìn)行通信。

步驟一：由A點提出一些有關(guān)于通信任務(wù)方面的需求，并且向一些通信質(zhì)量相對來說比較好的低軌衛(wèi)星發(fā)送出一系列任務(wù)請求。如果說該低軌衛(wèi)星在運行的過程當(dāng)中所產(chǎn)生的轉(zhuǎn)發(fā)流表和目的地地址十分匹配的話，那么對該信息直接進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，整個流程結(jié)束，否則的話將繼續(xù)執(zhí)行步驟2。

步驟二：首先需要把相應(yīng)的任務(wù)移交到空間網(wǎng)絡(luò)控制器A當(dāng)中，根據(jù)控制器內(nèi)部所產(chǎn)生的一系列信息查詢本區(qū)域內(nèi)是否有衛(wèi)星能夠接受該轉(zhuǎn)發(fā)活動。如果能的話，那么由該控件網(wǎng)絡(luò)控制器轉(zhuǎn)發(fā)給滿足條件的衛(wèi)星。如果不能的話，繼續(xù)執(zhí)行步驟3進(jìn)行跨域通信。

步驟三：向空間信息網(wǎng)絡(luò)資源中心和調(diào)度中心上報相應(yīng)的任務(wù)，資源調(diào)度以及管理中心進(jìn)行跨越的路徑統(tǒng)計，并且計算出最佳的路徑。將一些最新的流表項發(fā)送到空間網(wǎng)絡(luò)控制器A、B以及地面網(wǎng)絡(luò)控制器當(dāng)中。在這個過程當(dāng)中，暫時不對平流層的網(wǎng)絡(luò)控制器進(jìn)行相應(yīng)的考慮。

步驟四：衛(wèi)星節(jié)點根據(jù)實際所收到的流表協(xié)議安裝相應(yīng)的流表項，并且將其數(shù)據(jù)包進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)活動?？臻g網(wǎng)絡(luò)器根據(jù)具體情況的區(qū)別建立起一條從A到B的通道。

步驟五：如果空間信息網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)溆捎诟鞣N因素的影響發(fā)生一些周期性的變化的時候。那么在這個過程當(dāng)中，資源管理以及調(diào)度中心需要及時對拓?fù)湫畔⑦M(jìn)行更新，并且根據(jù)新的拓?fù)溆嬎阈碌穆酚僧a(chǎn)生一系列流表協(xié)議包，將其發(fā)送給一些新的路徑上的相關(guān)節(jié)點。

4結(jié)束語

本文提出了基于分層分域控制的空間信息網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。希望通過本文可以為相關(guān)工作提供一些參考。

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