【摘 要】
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近年来空天地一体化网络（Space-air-ground Integrated Network,SAGIN）受到了越来越多学术界和工业界学者的关注。空天地一体化网络具有显著优点:卫星网络覆盖范围广、空中网络灵活性强、地面网络资源丰富,SAGIN能有机结合不同层面网络优势,在地面监控测绘、导航制导、军事作战等各个领域发挥重大作用。针对上述问题,本文以软件定义网络（Software Defined N
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近年来空天地一体化网络（Space-air-ground Integrated Network,SAGIN）受到了越来越多学术界和工业界学者的关注。空天地一体化网络具有显著优点:卫星网络覆盖范围广、空中网络灵活性强、地面网络资源丰富,SAGIN能有机结合不同层面网络优势,在地面监控测绘、导航制导、军事作战等各个领域发挥重大作用。针对上述问题,本文以软件定义网络（Software Defined Network,SDN）与天地一体化网络架构相结合为出发点,以优化地-星全局网络性能为研究目标,旨在为空天地一体化网络的通信架构设计、网络融合、路由规划等关键问题提供科学理论与技术支撑。本文的主要工作包括:研究了空天地一体化网络和SDN架构的基础模块和系统组成,将SDN技术具有的集中控制、数据和转发平面分离、开放底层网络配置编程接口等特点运用于天地一体化网络架构。详细分析和设计了面向SDN的天地一体化网络分层通信框架。研究和分析了SDN星载交换机,SDN卫星网关等核心模块与功能,对SDN架构在一体化网络中应用的可行性和实用性给出了有力证明。针对地-星SDN控制链路进行数学建模,以最小化网络维护时延为目标设计和优化了LEO卫星星座构型。研究了空天地一体化网络中卫星网络SDN控制器部署问题,以卫星覆盖率和切换重数为研究点,在保证地-星通信链路质量的基础上,设计了基于地星覆盖值的SDN控制器部署算法。该动态控制器部署算法与传统基于地面静态节点拓扑完成控制器部署相比,能够保障卫星运行周期内地-星链路最小切换,显著改善“空白覆盖”问题。研究了在LEO/MEO分布式SDN网络场景下,满足地面用户不同优先级网络业务服务路由规划的问题。论文提出了一种基于服务质量的动态优先级蚁群路由算法。该算法基于分布式SDN网络Qo S约束模型,首先利用卫星时序图的概念将卫星网络模型拓扑动态离散化,通过自定义网络代价函数调整蚁群寻路参数,合理保障了SDN天地一体化网络不同指标间的均衡,满足了用户多样的Qo S需求。仿真结果表明,该算法有力结合了SDN优势以克服一体化网络的缺陷,保证了不同优先级业务的服务质量要求,端到端时延相较与OSPF协议与RIP协议分别提高了15.3%以及16.7%。
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