基于分层分域控制的空间信息网络体系结构研究

谈明 叶淑君 徐园

摘 要：当前在空间信息网络实际使用的过程当中，随着相关技术不断发展其具体结构变得越来越复杂，同时产生了一些动态性的变化。为了更好的对其进行有效的控制，本文提出了一种基于分层分域控制的空间信息网络体系架构。架构在实际使用的过程当中，从分层这一角度进行出发，把空间信息网络体系结构根据其各个部位特点的区别分为空间层、平流层以及地面这三大部分;而从分域这一角度进行出发，把地面、平流层以及空间层根据其具体区域的差别将其划分为多个域，每个域当中都安排了一个网络控制器对其进行强而有力的控制。后续根据软件定义网络的结构，把空间信息网络控制架构分为应用层、控制层以及基础设施层这三个层次，并且进一步给出了一个典型的应用场景。

关键词：分层;分域;控制;空间信息网络体系结构

1空间信息网络体系结构

为了使得空间信息网络的作用能够更加充分的发挥出来，人们在空间部分安排了各种类型具有不同空间轨道的卫星，从近到远可以将其划分为同步轨道卫星、中轨道卫星以及低轨道卫星这三大种类。而平流层的具体组成部分则是由平流层飞艇、气球以及有人或者是无人驾驶飞机等等一系列内容所组成的;对于地面部分来说，主要是由网关基站以及空间网络控制等一系列控制器所组成的;从分域的角度出发，可以进一步把地面平流层以及空间根据区域的区别将其划分为多个域，每个域有一个网络控制器对其进行控制。

2空间信息网络控制架构

基于分层。分域控制的空间信息网络控制结构具体如图1所示。在这一控制架构当中，北向以及南向协议对于整个控制架构作用的正常发挥起到了不可替代的重要作用。北向协议实际上指的就是位于应用层以及控制层之间的各种类型接口。这些接口的协议就当前而言并没有统一的标准。为此，为了使得各类人群的实际需求得到最大程度的满足，技术人员给应用层的不同用户提供了各种类型的可扩展API接口。而在每一个API接口当中，都对应了一个应用程序。由于这种结构，该控制架构在实际应用的过程当中可以满足人们多种需求;而南向协议中最为典型的一个类型就是OpenFlow。该协议在实际使用的过程当中重点负责控制层和一些其他的基础设施实施交换机的交互活动，从而进一步完成基础设施层数据的轉发活动。

通过空间信息网络控制架构的具体过程不难发现，在该架构应用的过程当中最为重要的部分就是空间信息网络资源管理及调度中心。而资源管理与调度中心的具体结构如图2所示。

3典型应用场景

空间信息网络架构在实际工作的过程当中有着以下的基本工作流程：首先由应用层的各种类型用户所发出的各种类型的任务通过北向协议作用的正常发挥，向网络控制器发送一些相关任务的请求活动，后续由空间信息网络资源管理以及调度中心对整个网络所拥有的资源进行相应的控制以及调度工作，并且采用网络动画技术以及动态资源调度技术把一些指令通过南向协议接口发送到一些基础设施层当中，由各种类型的基础设施完成这些任务。

该系统在实际应用过程当中有以下的典型的应用场景：两个热点地区通过一定的方式方法进行相应的信息获取处理以及传输工作，并且假设距离十分遥远。A区需要向同距该地区遥远的B进行通信。

步骤一：由A点提出一些有关于通信任务方面的需求，并且向一些通信质量相对来说比较好的低轨卫星发送出一系列任务请求。如果说该低轨卫星在运行的过程当中所产生的转发流表和目的地地址十分匹配的话，那么对该信息直接进行转发，整个流程结束，否则的话将继续执行步骤2。

步骤二：首先需要把相应的任务移交到空间网络控制器A当中，根据控制器内部所产生的一系列信息查询本区域内是否有卫星能够接受该转发活动。如果能的话，那么由该控件网络控制器转发给满足条件的卫星。如果不能的话，继续执行步骤3进行跨域通信。

步骤三：向空间信息网络资源中心和调度中心上报相应的任务，资源调度以及管理中心进行跨越的路径统计，并且计算出最佳的路径。将一些最新的流表项发送到空间网络控制器A、B以及地面网络控制器当中。在这个过程当中，暂时不对平流层的网络控制器进行相应的考虑。

步骤四：卫星节点根据实际所收到的流表协议安装相应的流表项，并且将其数据包进行转发活动。空间网络器根据具体情况的区别建立起一条从A到B的通道。

步骤五：如果空间信息网络的拓扑由于各种因素的影响发生一些周期性的变化的时候。那么在这个过程当中，资源管理以及调度中心需要及时对拓扑信息进行更新，并且根据新的拓扑计算新的路由产生一系列流表协议包，将其发送给一些新的路径上的相关节点。

4结束语

本文提出了基于分层分域控制的空间信息网络体系结构。希望通过本文可以为相关工作提供一些参考。

参考文献：

[1]于少波，吴玲达，陈晓燕，李超，姚中华.面向任务的空间信息网络体系结构可重组设计[J].中国空间科学技术，2019，39（02）：65-72.

[2]杨芫，徐明伟，李贺武.天地一体化信息网络统一编址与路由研究[J].电信科学，2017，33（12）：10-17.

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