軟件定義應(yīng)用于“星融網(wǎng)”的初步構(gòu)想

文|黎英 余杰 吳丹 王葉茵 張中陽

中國航天系統(tǒng)科學(xué)工程研究院

一、引言

黨的十九大明確提出“加快建設(shè)創(chuàng)新型國家”，并將“航天強(qiáng)國”、“網(wǎng)絡(luò)強(qiáng)國”共同作為創(chuàng)新型國家的重要內(nèi)容，需從更高起點(diǎn)進(jìn)行戰(zhàn)略布局和頂層謀劃，著力構(gòu)建自主、高速、安全、泛在、智能的新一代信息基礎(chǔ)設(shè)施。

“星融網(wǎng)”通過天、空、地、海的多網(wǎng)異構(gòu)融合，建立星間、星地、星船泛在連接，覆蓋天空地海多維全域空間，全面融合各類應(yīng)用終端和信息系統(tǒng)等天空地各類信息資源，滿足天、空、地、海用戶移動通信和網(wǎng)絡(luò)接入需求，為各種環(huán)境條件下的用戶提供安全可靠、高效傳輸、便捷通訊、泛在互聯(lián)的一體化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。

本文通過探討將軟件定義應(yīng)用于“星融網(wǎng)”網(wǎng)絡(luò)，分析如何解決“星融網(wǎng)”網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋭討B(tài)變化、路由計算復(fù)雜、空間資源難以調(diào)度、服務(wù)質(zhì)量難以保障等問題，從而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)可控、資源可調(diào)、信息可管，使“星融網(wǎng)”成為一個具備靈活性、兼容性的綜合信息網(wǎng)絡(luò)。

二、“星融網(wǎng)”的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和特征

“星融網(wǎng)”作為一個全網(wǎng)融合、全域覆蓋的信息感知通信網(wǎng)絡(luò)，由天基骨干網(wǎng)、天基接入網(wǎng)、空基網(wǎng)絡(luò)、?；W(wǎng)絡(luò)和地基綜合信息網(wǎng)組成，以天基網(wǎng)絡(luò)為核心，如圖1所示。天基骨干網(wǎng)包括高軌骨干衛(wèi)星、高軌骨干衛(wèi)星星座組成，是天基網(wǎng)絡(luò)的核心，為各類航天器提供運(yùn)行控制、路由控制、中繼轉(zhuǎn)發(fā)、深空接入等作用。天基接入網(wǎng)由高中低軌衛(wèi)星和星座組成，為空天地海多層次用戶提供天基接入的通道，起到承上啟下的作用，同時也可以為地面網(wǎng)絡(luò)提供通導(dǎo)遙等一體化服務(wù)?？栈W(wǎng)絡(luò)由高空平臺、飛行編隊(duì)和臨近空間浮空器等組成，接入到天基接入網(wǎng)，為空中和地面用戶提供寬帶通信、導(dǎo)航定位、遙感等服務(wù)。海基網(wǎng)絡(luò)由海上平臺、海上船只編隊(duì)和水下通信網(wǎng)絡(luò)等組成，接入到天基接入網(wǎng)，為海上用戶提供寬帶通信、導(dǎo)航定位、遙感等服務(wù)。地基綜合信息網(wǎng)由地面接收站網(wǎng)、地面測控站網(wǎng)、地面關(guān)口站、運(yùn)行控制平臺、網(wǎng)絡(luò)管理平臺、數(shù)據(jù)存儲轉(zhuǎn)發(fā)平臺以及運(yùn)行管理、運(yùn)行控制、數(shù)據(jù)服務(wù)三大中心組成，由地面光纖骨干網(wǎng)形成傳輸通道，將各子網(wǎng)、站點(diǎn)、平臺和中心聯(lián)通。地基綜合信息網(wǎng)的地面關(guān)口站與地面現(xiàn)有的寬帶互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)和地面廣播電視網(wǎng)進(jìn)行互連互通，從而實(shí)現(xiàn)多網(wǎng)融合。

圖1 “星融網(wǎng)”網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

“星融網(wǎng)”作為一個規(guī)模龐大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜的空間信息網(wǎng)絡(luò)，存在以下特點(diǎn)：由多軌道構(gòu)成，節(jié)點(diǎn)種類繁多，相對速度變化快，網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涓邉討B(tài)變化；各類系統(tǒng)的通信機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議需要統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)性高，互聯(lián)互通困難；大時空尺度非對稱網(wǎng)絡(luò)，節(jié)點(diǎn)距離遠(yuǎn)，易受外界干擾，高動態(tài)變化下鏈路傳輸時延大、中斷概率高、質(zhì)量差，鏈路切換不可預(yù)知；能夠滿足業(yè)務(wù)擴(kuò)展需要，解決星上處理能力受限問題，網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸能力、快速組網(wǎng)重構(gòu)能力以及服務(wù)質(zhì)量（QoS）保障能力需不斷提高。

正是由于“星融網(wǎng)”涵蓋多層多域多節(jié)點(diǎn)，在天、空、地、海運(yùn)行的不同節(jié)點(diǎn)的功能、接入傳輸?shù)哪芰﹀漠?，使其成為一個高度異構(gòu)、動態(tài)復(fù)雜的巨系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)融合和全域覆蓋，在“星融網(wǎng)”網(wǎng)絡(luò)設(shè)計中應(yīng)充分基于星地多異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的各類特點(diǎn)，針對各網(wǎng)絡(luò)不同的體系結(jié)構(gòu)，通過對多網(wǎng)進(jìn)行有效融合，抽象出結(jié)構(gòu)清晰、功能簡潔、易于實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)體系架構(gòu)。

三、軟件定義網(wǎng)絡(luò)的特點(diǎn)

軟件定義思想隨著軟件定義網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和發(fā)展而受到廣泛關(guān)注，軟件定義的技術(shù)本質(zhì)是打破過去封閉的、一體化的硬件設(shè)備，通過軟件定義和控制設(shè)備功能，從而提供更開放、靈活、智能的服務(wù)?，F(xiàn)在從軟件定義網(wǎng)絡(luò)延伸出軟件定義存儲、軟件定義計算、軟件定義無線電、軟件定義芯片等各種技術(shù)和理念。如今軟件定義網(wǎng)絡(luò)已是業(yè)界較為認(rèn)可的一種新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，其通過應(yīng)用程序編程接口（API）對網(wǎng)絡(luò)設(shè)備進(jìn)行任意的編程從而實(shí)現(xiàn)新型的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、拓?fù)浼軜?gòu)，已在地面網(wǎng)絡(luò)中得到廣泛應(yīng)用。

軟件定義的網(wǎng)絡(luò)具有如下特點(diǎn)：

1.控制平面和數(shù)據(jù)平面分離，控制面集中

軟件定義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行控制平面和數(shù)據(jù)平面的分離，控制平面采用集中式的控制器進(jìn)行控制和運(yùn)算，數(shù)據(jù)平面由多個受控轉(zhuǎn)發(fā)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備組成，控制器和轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備之間建立可編程的開放接口，轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的轉(zhuǎn)發(fā)方式和業(yè)務(wù)邏輯由核心控制器通過開放接口下發(fā)。通過控制平面的集中化，使得控制器能夠獲得前所未有的全局視圖，控制平面可進(jìn)行全局拓?fù)涞挠嬎愫头治?，從而進(jìn)行路由優(yōu)化，為轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備確定合理的流量轉(zhuǎn)發(fā)路徑，提高網(wǎng)絡(luò)資源利用率。此外，軟件定義網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)面的轉(zhuǎn)發(fā)利用集中式控制面的設(shè)定和控制，將傳統(tǒng)分布式的控制面進(jìn)行集中化，在繼續(xù)發(fā)揮分布式轉(zhuǎn)發(fā)的集約高效的特點(diǎn)基礎(chǔ)上，減少了分布式控制面的不可控性和不安全性，實(shí)現(xiàn)集中化與分布式的融合與優(yōu)化。

2.網(wǎng)絡(luò)虛擬化

軟件定義網(wǎng)絡(luò)打破封閉、固化的硬件框架，實(shí)現(xiàn)架構(gòu)開放，將網(wǎng)絡(luò)的各個層次和組件進(jìn)行了解耦，即將網(wǎng)絡(luò)服務(wù)與硬件解耦，基于網(wǎng)絡(luò)本身具備的分布式特性，利用軟件將物理分散的網(wǎng)絡(luò)資源、硬件資源，構(gòu)建成多個虛擬的硬件資源池、網(wǎng)絡(luò)資源池，實(shí)現(xiàn)根據(jù)業(yè)務(wù)需求進(jìn)行資源重構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)功能虛擬化，創(chuàng)建靈活的虛擬網(wǎng)絡(luò)。

3.提供開放的可編程接口

軟件定義網(wǎng)絡(luò)利用簡潔的、輕載的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，使得設(shè)備具備可編程性和可重構(gòu)性，減少傳統(tǒng)基于硬件設(shè)備的功能固化。一方面通過靈活的可編程性，構(gòu)建更具備動態(tài)的、可管理的、可適應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自動化、可視化，簡化運(yùn)維；另一方面可以引入更多的第三方服務(wù)者，利用API接口提供定制化的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，差異化定制網(wǎng)絡(luò)，促進(jìn)業(yè)務(wù)融合，快速完成業(yè)務(wù)部署，適應(yīng)業(yè)務(wù)需求。

“星融網(wǎng)”是多層次異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的融合，需要一種新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來解決拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)動態(tài)變化、信息互聯(lián)互通融合、網(wǎng)絡(luò)安全管控等問題?？梢钥闯觯凇靶侨诰W(wǎng)”網(wǎng)絡(luò)中引入軟件定義的思想，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)，在異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)下對全網(wǎng)資源統(tǒng)一管理，建立統(tǒng)一開放接口，有助于提高彈性組網(wǎng)能力，降低網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通難度，實(shí)現(xiàn)全網(wǎng)資源的優(yōu)化配置和高效利用，增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)安全的管控力度。

四、設(shè)計思路

將軟件定義應(yīng)用于“星融網(wǎng)”的設(shè)計和建設(shè)中，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星可重構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)可重構(gòu)，有利于實(shí)現(xiàn)“星融網(wǎng)”天基、空基、地基、?；亩嗑W(wǎng)一體，星間、星地、星船泛在互聯(lián)，天空地多維全域空間覆蓋。

1.軟件定義的星載平臺

隨著軟件定義無線電（SDR）的應(yīng)用，以及P4將軟件定義延伸至芯片，使得軟件定義更具靈活性，實(shí)現(xiàn)即時編程而非固件化，通過解除衛(wèi)星產(chǎn)品軟硬件之間的耦合關(guān)系，使得衛(wèi)星軟件可以獨(dú)立演化、按需加載、動態(tài)重構(gòu)，具有通用、標(biāo)準(zhǔn)和模塊化的特點(diǎn)，從而可以在不改變硬件的情況下實(shí)現(xiàn)更多的功能，完成更多的任務(wù)。通過建立高度自適應(yīng)的軟件定義星載平臺，從載荷能力、計算能力、軟件算法能力三個核心角度進(jìn)行探索，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一平臺上的多功能載荷的運(yùn)行和加載，實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)重構(gòu)、功能重構(gòu)以及業(yè)務(wù)重構(gòu)。利用軟件和算法，提升星載計算能力和有效載荷性能，在衛(wèi)星資源的調(diào)度和管理、有效載荷接入、載荷數(shù)據(jù)的預(yù)處理和智能信息處理、衛(wèi)星狀態(tài)信息分析和故障預(yù)判、自主任務(wù)規(guī)劃、星地通信、星間通信等方面發(fā)揮重要作用。軟件定義星載平臺遵循模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化、可擴(kuò)展的原則，能夠合理分配不同類型的處理任務(wù)，使通用軟件和固件軟件之間的協(xié)同工作，通過靈活配置實(shí)現(xiàn)不同任務(wù)和不同工作參數(shù)的快速重組，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)依據(jù)任務(wù)自適應(yīng)功能重構(gòu)和調(diào)整，提升衛(wèi)星能力和費(fèi)效比。

對于星融網(wǎng)天基太空大腦中的各平臺，可以基于軟件定義的星載平臺完成在軌的實(shí)時數(shù)據(jù)處理任務(wù)，在軌的智能信息數(shù)據(jù)任務(wù)，在軌的數(shù)據(jù)存儲任務(wù)等，支持空間接入與組網(wǎng)、路由交換與信息分發(fā)、高效計算與處理、信息云存儲、空間感知、資源管理、自主導(dǎo)航與時間基準(zhǔn)、信息安全與防護(hù)等全功能或多功能組合的能力。

2.軟件定義的融合網(wǎng)絡(luò)

基于軟件定義思想，進(jìn)行具有分層、開放、可擴(kuò)展的架構(gòu)設(shè)計，進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的優(yōu)化配置，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)多種信息的融合設(shè)計，基于軟件定義構(gòu)建以核心控制器（集群）+分布式轉(zhuǎn)發(fā)器為主的多層次天地一體化融合網(wǎng)絡(luò)。定義統(tǒng)一開放標(biāo)準(zhǔn)的網(wǎng)絡(luò)能力接口，在星間、星地之間建立簡化的對接關(guān)系，屏蔽網(wǎng)絡(luò)底層的物理硬件設(shè)備，從應(yīng)用上兼容和融合多種異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)，建立面向服務(wù)的虛擬化網(wǎng)絡(luò)。

在軟件定義的“星融網(wǎng)”網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)當(dāng)在網(wǎng)絡(luò)路由、網(wǎng)絡(luò)控制、業(yè)務(wù)部署等方面進(jìn)行優(yōu)化：控制平面上組合動態(tài)和靜態(tài)路由，對于相對長期固定的路由關(guān)系可采用靜態(tài)路由，對于頻繁發(fā)生位置變動路由關(guān)系采用靈活的動態(tài)路由，同時引入多路徑轉(zhuǎn)發(fā)機(jī)制，為業(yè)務(wù)和用戶提供按需的負(fù)載均衡，應(yīng)對空間網(wǎng)絡(luò)中傳輸不可靠的問題；由統(tǒng)一的控制平面來獲得網(wǎng)絡(luò)全局視圖，利用全局化的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜土髁靠梢暬瘍?yōu)化，實(shí)現(xiàn)集中控制，達(dá)到全局最優(yōu)，提供網(wǎng)絡(luò)端到端的部署、保障、檢測等手段，實(shí)現(xiàn)星間、星地端到端的操作管理維護(hù)（OAM)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)性能 、網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量、差錯管理的監(jiān)控，解決空間網(wǎng)絡(luò)難以進(jìn)行安全管控的問題，提升網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量；利用軟件定義實(shí)現(xiàn)星座虛擬化，多星之間能夠靈活組網(wǎng)和進(jìn)行業(yè)務(wù)部署，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)能力按需分配，從而解決資源靈活調(diào)度的問題，同時實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)虛擬化，業(yè)務(wù)具備可遷移性，保證業(yè)務(wù)連續(xù)性。

在軟件定義的“星融網(wǎng)”天基網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)結(jié)合軟件定義星載平臺作為可編程的網(wǎng)絡(luò)物理承載，使得衛(wèi)星可重構(gòu)充當(dāng)網(wǎng)絡(luò)控制器或轉(zhuǎn)發(fā)器。

五、基于軟件定義的“星融網(wǎng)”網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

軟件定義“星融網(wǎng)”網(wǎng)絡(luò)整體上是以天基網(wǎng)絡(luò)為核心，空基、海基網(wǎng)絡(luò)為接入，地面網(wǎng)絡(luò)為支撐，基于軟件定義構(gòu)建的以核心控制器（集群）+分布式轉(zhuǎn)發(fā)器為主的多層次網(wǎng)絡(luò)。

控制器上運(yùn)行各種管理配置應(yīng)用程序，多控制器內(nèi)部形成集群，集群內(nèi)任意控制器間通過東西向接口通信，實(shí)現(xiàn)集群內(nèi)信息共享，保證網(wǎng)絡(luò)的連通性和抗毀性。同域控制器形成分布式虛擬集群共同處理網(wǎng)絡(luò)計算和控制信號，跨域控制器之間進(jìn)行信息同步和冗余備份。控制器之間的互通根據(jù)實(shí)際部署情況可以選擇走帶內(nèi)通道或帶外通道。

轉(zhuǎn)發(fā)器采用分布式部署，控制器和各類轉(zhuǎn)發(fā)器之間，通過南北向接口通信，基于統(tǒng)一的開放協(xié)議控制不同的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，控制器可以與轉(zhuǎn)發(fā)器之間建立多路的冗余控制通道，進(jìn)行實(shí)時信息的傳輸。

“星融網(wǎng)”覆蓋天空地海全網(wǎng)全域，可分別在各層次建立多級中心控制器，其中核心控制器應(yīng)分別部署在天基網(wǎng)絡(luò)和地基網(wǎng)絡(luò)。核心控制器負(fù)責(zé)全局路徑規(guī)劃、管理策略、全局資源分配，安全策略下發(fā)等核心控制，如圖2所示。

圖2 網(wǎng)絡(luò)控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面示意圖

對于天基網(wǎng)絡(luò)，以星載平臺為支撐，搭建天基核心控制器，作為天基各類衛(wèi)星、星座的控制器，利用集群技術(shù)實(shí)現(xiàn)多控制器的虛擬集中化、物理分布化。對于天基網(wǎng)絡(luò)，可以利用高軌、高通量衛(wèi)星作為核心控制器，進(jìn)行全球組網(wǎng)部署，實(shí)現(xiàn)全球可控。各衛(wèi)星、星座的網(wǎng)絡(luò)接入、交換、路由和安全策略均由控制器下發(fā)，減少衛(wèi)星獨(dú)立進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)拓?fù)溥\(yùn)算的開銷，避免了分散控制不能獲得全網(wǎng)拓?fù)溥M(jìn)而進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化的問題。通過控制器快速下發(fā)配置完成部署，不需要在單顆衛(wèi)星上記錄所有的衛(wèi)星信息，而是通過控制器完成策略下發(fā)。新發(fā)衛(wèi)星與核心控制器之間通過建立控制通道，能夠自動獲取所有需要建立連接的衛(wèi)星資源路徑和地面接收站信息。利用軟件定義的虛擬化，天基網(wǎng)絡(luò)可以建立虛擬星載控制器集群，實(shí)現(xiàn)多星的虛擬平臺搭建，不僅可以靈活進(jìn)行資源調(diào)配，同時能夠減少單星的載荷和計算負(fù)擔(dān)，實(shí)現(xiàn)多個星載控制器之間的負(fù)載分擔(dān)。

地基網(wǎng)絡(luò)建立核心控制器，可以將核心控制器統(tǒng)一部署，對地面站網(wǎng)進(jìn)行統(tǒng)一控制和調(diào)度。多個地面站子網(wǎng)通過控制器的控制策略，與天基網(wǎng)絡(luò)建立多個數(shù)據(jù)傳輸和測控通道。與傳統(tǒng)方式的區(qū)別在于，星地連接仍然是地面站本地完成，控制和路徑分發(fā)由地面控制器下發(fā)到地面站網(wǎng)，各個地面站不再是孤立的，實(shí)現(xiàn)資源的統(tǒng)一調(diào)度和分配。

對于空基、?；W(wǎng)絡(luò)，可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)規(guī)模和部署區(qū)域決定是否建立分層的子控制器，空基和?；淖涌刂破骺梢愿鶕?jù)空間傳輸距離、信道質(zhì)量、帶寬資源等因素，選擇與天基主控制器或地基主控制器進(jìn)行互聯(lián)互通。子控制器對空基網(wǎng)絡(luò)、?；W(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備進(jìn)行控制管理。

“星融網(wǎng)”網(wǎng)絡(luò)中的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備與多控制器建立連接關(guān)系，與多個控制器保持心跳，可選擇某個控制器作為主控制器，其他控制器作為從控制器，當(dāng)與主控制器之間出現(xiàn)故障或鏈路中斷，可以將控制通道切換到備用的從控制器。當(dāng)主控制器出現(xiàn)故障預(yù)警時，也可以提前告知轉(zhuǎn)發(fā)器，通知轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備由其他控制器接管。以空基網(wǎng)絡(luò)的轉(zhuǎn)發(fā)器為例，轉(zhuǎn)發(fā)器優(yōu)先與空基控制器建立控制通道，當(dāng)空基控制器出現(xiàn)故障時或空間通信鏈路不穩(wěn)定導(dǎo)致心跳丟失時，可以將主控制器切換為天基控制器或地基控制器，如果空基對應(yīng)的地面難以與控制器建立連接，則與天基控制器建立控制通道。

轉(zhuǎn)發(fā)器由于根據(jù)控制器下發(fā)的路由進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)，而非傳統(tǒng)的自學(xué)習(xí)計算方式，極大的簡化了轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備的計算負(fù)擔(dān)。當(dāng)路由不可達(dá)時，傳統(tǒng)方式需要等待路由失效再進(jìn)行路由重計算，路由收斂時間過長，而采用控制器方式可以快速上報，也可以根據(jù)控制器下發(fā)的多負(fù)載分擔(dān)路由進(jìn)行重新選路，保證故障情況下能夠進(jìn)行路由的快速切換。對于空間信息傳輸本身安全不確定性，由于路由和轉(zhuǎn)發(fā)變得更加靈活，可以動態(tài)添加和調(diào)整加密傳輸通道，從而增加網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)陌踩?，有效避免網(wǎng)絡(luò)攻擊。

利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)，使得采用統(tǒng)一的控制機(jī)制，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間采用統(tǒng)一的協(xié)議接口，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間能夠通過控制器進(jìn)行配置完成數(shù)據(jù)交互，從而實(shí)現(xiàn)異構(gòu)的天基、空基、地基、?；W(wǎng)絡(luò)之間的互連互通。

六、網(wǎng)絡(luò)部署模式

1.全局組網(wǎng)模式

全網(wǎng)按照軟件定義思路進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署，天地一體均采用控制器+轉(zhuǎn)發(fā)器模式，天基+地基雙核心控制器，空基、?；W(wǎng)絡(luò)設(shè)立各自的子控制器，子控制器從屬于核心控制器。天基、空基、?；?、地基的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備均作為轉(zhuǎn)發(fā)平面進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。組網(wǎng)模式如圖3所示。

2.混合組網(wǎng)模式

圖3 全局組網(wǎng)模式

新建網(wǎng)絡(luò)采用軟件定義思路進(jìn)行設(shè)計，在天基和地基分別設(shè)置網(wǎng)關(guān)，網(wǎng)關(guān)上進(jìn)行雙棧融合，兼容多種轉(zhuǎn)發(fā)控制機(jī)制，支持多種協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，即支持軟件定義化的網(wǎng)絡(luò)，也可以平滑兼容傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。組網(wǎng)模式如圖4所示。

七、基于軟件定義“星融網(wǎng)”網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢

1.降低硬件異構(gòu)帶來網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)，提升了互聯(lián)互通性

傳統(tǒng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)等空間網(wǎng)絡(luò)采用固化的硬件結(jié)構(gòu)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，使得網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備之間難以進(jìn)行兼容對接，通過軟件定義將硬件和軟件解耦，固件和功能解耦，能夠有效降低因?yàn)橛布悩?gòu)帶來的功能異構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)異構(gòu)，利用開放的可編程接口，使得硬件和軟件都能跟隨業(yè)務(wù)需要進(jìn)行重構(gòu)，整個網(wǎng)絡(luò)因此具備靈活性和可編程性，從而提升網(wǎng)絡(luò)之間的互聯(lián)互通性。

2.完成網(wǎng)絡(luò)快速部署，降低網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本

由于將控制和轉(zhuǎn)發(fā)分離，復(fù)雜的控制面計算放到少數(shù)的控制器上，從而降低了大量空間網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的設(shè)計復(fù)雜度，尤其是衛(wèi)星的星載負(fù)荷，簡化衛(wèi)星處理復(fù)雜度，減輕單星負(fù)載和性能要求，降低了生產(chǎn)成本。此外，網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備只需要從控制器上獲得網(wǎng)絡(luò)配置和策略，減少網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之間的控制信息交互，可以迅速完成新設(shè)備的配置，靈活便捷的完成入網(wǎng)和升級更新等操作，相對于傳統(tǒng)天基網(wǎng)絡(luò)有效降低了部署成本。

3.靈活的分布式虛擬組網(wǎng)，提升了網(wǎng)絡(luò)安全和效率

圖4 混合組網(wǎng)模式

無論控制平面還是轉(zhuǎn)發(fā)平面，網(wǎng)絡(luò)均采用分布式設(shè)備形成虛擬設(shè)備池，一定程度上減少了單一設(shè)備物理集中帶來的故障風(fēng)險，物理的分布式使得局部風(fēng)險不會成為全局風(fēng)險，當(dāng)某個物理設(shè)備出現(xiàn)故障或受到網(wǎng)絡(luò)攻擊時，可以及時的改變轉(zhuǎn)發(fā)通道。通過分布式的虛擬組網(wǎng)，對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行負(fù)載分擔(dān)，也能夠充分的利用網(wǎng)絡(luò)資源，提升網(wǎng)絡(luò)利用率。

4.精確細(xì)粒度的網(wǎng)絡(luò)控制，提升服務(wù)質(zhì)量

空間信息網(wǎng)絡(luò)的開放性、使得網(wǎng)絡(luò)管理難以部署，而軟件定義的“星融網(wǎng)”網(wǎng)絡(luò)通過集中控制從而獲得全局網(wǎng)絡(luò)視圖，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備可以隨時上報網(wǎng)絡(luò)狀況，了解路由數(shù)量、用戶接入、網(wǎng)絡(luò)擁塞、鏈路延遲、節(jié)點(diǎn)故障等情況，控制平面能夠及時進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，進(jìn)行細(xì)粒度的網(wǎng)絡(luò)管控，從而提升全網(wǎng)的管理能力和服務(wù)質(zhì)量。

八、結(jié)束語

“星融網(wǎng)”網(wǎng)絡(luò)融合是關(guān)鍵也是基礎(chǔ)，通過對軟件定義如何應(yīng)用于“星融網(wǎng)”進(jìn)行探討，從軟件定義星載平臺和軟件定義“星融網(wǎng)”絡(luò)出發(fā)，在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、部署模式等方面進(jìn)行研究，提出一種簡單明晰、易于實(shí)現(xiàn)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計思路和構(gòu)建方式，在跨空間、跨網(wǎng)絡(luò)、跨設(shè)備層面都可進(jìn)行融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)天地協(xié)同，為打造的實(shí)時化、集成化、智能化的空間信息網(wǎng)絡(luò)提供借鑒。