本發(fā)明涉及軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Satellite Network，SDSN)領(lǐng)域，特別是改善軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點(diǎn)資源發(fā)現(xiàn)的時(shí)效性問題。

背景技術(shù)：

資源發(fā)現(xiàn)包括鏈路發(fā)現(xiàn)和資源收集兩個(gè)過程。鏈路發(fā)現(xiàn)是網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械闹匾囊徊糠郑琴Y源發(fā)現(xiàn)的基礎(chǔ)，提供了最基本的網(wǎng)絡(luò)資源信息(鏈路通斷信息、節(jié)點(diǎn)信息等)。在鏈路發(fā)現(xiàn)層面上，軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)淇蓮娜齻€(gè)層次來(lái)描述：鏈路層拓?fù)洹⒕W(wǎng)絡(luò)層拓?fù)浜透采w層拓?fù)?，并從IP接口、路由器、自治系統(tǒng)和入網(wǎng)點(diǎn)(Point of Presence，POP)四個(gè)層次分析了網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)的機(jī)制。

鏈路發(fā)現(xiàn)的標(biāo)準(zhǔn)為鏈路發(fā)現(xiàn)協(xié)議(Link Layer Discovery Protocol，LLDP)。通過LLDP標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議，AP將本地LLDP信息通過標(biāo)準(zhǔn)LLDP TLV(type length value類型長(zhǎng)度值)定期向鄰居發(fā)送組播報(bào)文。如果鄰居AP也使用了LLDP功能，則對(duì)方建立鄰居關(guān)系，如果AP上行口連接的是交換機(jī)(具有LLDP功能的設(shè)備)，同時(shí)該交換機(jī)使能了LLDP功能，則交換機(jī)也將是AP的鄰居，AP將向交換機(jī)發(fā)送LLDP信息，同時(shí)接受交換機(jī)發(fā)送的LLDP組播報(bào)文。網(wǎng)管通過SNMP協(xié)議獲取AP的LLDP信息，維護(hù)拓?fù)湫畔ⅰ?/p>

鏈路發(fā)現(xiàn)不能提供衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中的計(jì)算能力，存儲(chǔ)能力等信息，需要其他的方法來(lái)獲取。在以前的研究中，主要使用如下的一些思想方法來(lái)解決資源收集的問題：

傳統(tǒng)逐跳路由軟件定義網(wǎng)中，控制器向所有已發(fā)現(xiàn)的節(jié)點(diǎn)下發(fā)資源收集packet-out包，同時(shí)向已激活的節(jié)點(diǎn)周期性的收集資源數(shù)據(jù)，這導(dǎo)致了控制器的網(wǎng)絡(luò)資源和計(jì)算資源的大量消耗，在猶豫衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)空間環(huán)境的特殊性，容易導(dǎo)致丟包，鏈路失效等問題，大量資源的packet-in包可能導(dǎo)致的排隊(duì)現(xiàn)象，導(dǎo)致了傳統(tǒng)軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的資源發(fā)現(xiàn)的延遲大，時(shí)效性不高。

使用分簇的方法在雙層衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，將低緯度地區(qū)的地軌衛(wèi)星作為簇頭節(jié)點(diǎn)，收集本簇內(nèi)所有節(jié)點(diǎn)的衛(wèi)星資源，以達(dá)到節(jié)省資源收集信息收斂時(shí)間。但是這種方法需要不定時(shí)的更換簇頭節(jié)點(diǎn)，對(duì)控制器右路選擇的要求和全局視圖的實(shí)時(shí)性要求比較高；使用一定代理的方法則是利用地面網(wǎng)中的移動(dòng)代理的概念，不受軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中集中控制器的控制，而是自發(fā)的在各個(gè)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)中自主移動(dòng)，收集節(jié)點(diǎn)的資源信息，實(shí)時(shí)發(fā)送至集中控制器。但是這種移動(dòng)代理的方式需要自主的在網(wǎng)絡(luò)中游走，而且比較占節(jié)點(diǎn)的計(jì)算和存儲(chǔ)資源，對(duì)節(jié)點(diǎn)的通信能力是一種很大的消耗，又因?yàn)橐苿?dòng)代理獨(dú)立于網(wǎng)絡(luò)中，對(duì)控制器的全局控制是一種很大的考驗(yàn)。

衛(wèi)星鏈路延時(shí)長(zhǎng)、帶寬受限、誤碼高及網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓l繁等特點(diǎn)，使得SDN控制面獲取全網(wǎng)信息更加困難。在軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中資源發(fā)現(xiàn)問題的挑戰(zhàn)與鏈路發(fā)現(xiàn)的問題相類似，主要是空間網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，鏈路通斷和丟包的判斷；鏈路時(shí)延長(zhǎng)，資源信息收斂慢，導(dǎo)致資源收集的時(shí)效性降低，使SDN控制面獲得準(zhǔn)確有效的全網(wǎng)資源信息更加困難，影響路由選擇和軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)的控制器資源分配控制。

根據(jù)種種資源發(fā)現(xiàn)的方法的特點(diǎn)和軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的特性，本申請(qǐng)利用源路由的思想，并對(duì)源路由進(jìn)行軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化，來(lái)適應(yīng)空間新希望中的延遲，時(shí)效性的問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)延遲大，動(dòng)態(tài)拓?fù)涞奶匦?，本發(fā)明提出一種面向軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的資源發(fā)現(xiàn)優(yōu)化方法，適應(yīng)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，能夠在SDN的控制框架下，優(yōu)化資源發(fā)現(xiàn)的時(shí)效性問題。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的技術(shù)方案為：軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中基于LLDP的鏈路發(fā)現(xiàn)優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟1：各交換機(jī)分別與控制器建立連接后，與控制器進(jìn)行信息交互；所述的信息交互為：控制器向各交換機(jī)發(fā)送特性獲取請(qǐng)求消息，各交換機(jī)隨后分別向控制器發(fā)送特性回復(fù)消息；特性回復(fù)消息包含該交換機(jī)的所有端口號(hào)和端口MAC地址；

步驟2：控制器給所有的交換機(jī)安裝流表；所述的流表用于告訴該交換機(jī)當(dāng)收到控制器發(fā)送的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)消息后，將該數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)消息中的LLDP數(shù)據(jù)包向本交換機(jī)的所有端口發(fā)送出去，并將LLDP數(shù)據(jù)包的源MAC字段設(shè)置為發(fā)出端口的MAC地址；

步驟3：控制器向所有交換機(jī)均發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)消息，將接收數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)消息的交換機(jī)作為源交換機(jī)；所述的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)消息包括LLDP數(shù)據(jù)包，LLDP數(shù)據(jù)包包括源交換機(jī)、源MAC地址和源端口號(hào)；

步驟4：各源交換機(jī)接收到數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)消息后，將LLDP數(shù)據(jù)包復(fù)制并向其所有端口發(fā)出，并將LLDP數(shù)據(jù)包中的源MAC地址設(shè)置為發(fā)出端口的MAC地址；

步驟5：其他交換機(jī)收到源交換機(jī)發(fā)送的LLDP數(shù)據(jù)包后，將鏈路信息保存至LLDP數(shù)據(jù)包后發(fā)送數(shù)據(jù)包接收消息至控制器；所述的數(shù)據(jù)包接收消息包括帶有鏈路信息的LLDP數(shù)據(jù)包、目的交換機(jī)和目的端口號(hào)；

步驟6：控制器解析LLDP數(shù)據(jù)包接收消息中的源MAC地址并查詢?cè)撛碝AC地址對(duì)應(yīng)的端口號(hào)，獲取該鏈路的源交換機(jī)和源端口號(hào)；

完成軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的一次鏈路發(fā)現(xiàn)過程，獲取軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

其中，計(jì)算衛(wèi)星場(chǎng)景的周期性，找出軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓淖钚r(shí)間間隔，將該最小時(shí)間間隔作為鏈路發(fā)現(xiàn)周期。

其中，當(dāng)有交換機(jī)的端口發(fā)生改變時(shí)，交換機(jī)向控制器發(fā)送端口變化消息；控制器收到端口變化消息后立即對(duì)該端口發(fā)起單獨(dú)的鏈路發(fā)現(xiàn)；所述的端口改變包括端口修改、端口增加和端口刪除；所述的單獨(dú)的鏈路發(fā)現(xiàn)為控制器向該端口單獨(dú)連續(xù)發(fā)送LLDP數(shù)據(jù)包。

其中，步驟4之后還包括步驟：

步驟41：每個(gè)交換機(jī)維護(hù)一個(gè)端口集合，將已發(fā)送LLDP數(shù)據(jù)包的端口添加到端口集合中，并記錄每個(gè)端口的發(fā)包次數(shù)；

步驟42：經(jīng)鏈路檢測(cè)時(shí)間間隔后，檢查端口集合中的端口的發(fā)包次數(shù)；如果發(fā)包次數(shù)大于0且小于等于預(yù)設(shè)次數(shù)，則對(duì)該端口重新發(fā)送LLDP數(shù)據(jù)包，并將該端口的發(fā)包次數(shù)加1；如果發(fā)包次數(shù)大于預(yù)設(shè)次數(shù)，則說明以該端口為源端的鏈路已經(jīng)失效，將該鏈路從軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中刪除；所述的端口集合用于記錄已發(fā)送LLDP數(shù)據(jù)包的端口以及每個(gè)端口的發(fā)包次數(shù)。

一種針對(duì)軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)資源發(fā)現(xiàn)策略優(yōu)化方法，其特征在于，包括鏈路發(fā)現(xiàn)優(yōu)化方法和資源收集優(yōu)化方法。

其中，所述的資源收集優(yōu)化方法基于支持源路由的OpenFlow交換機(jī)和軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的集中控制，通過源路由來(lái)減小或者消除路由狀態(tài)更新帶來(lái)的延遲和網(wǎng)絡(luò)資源消耗。

其中，所述的資源收集優(yōu)化方法具體包括以下步驟：

步驟1：控制器利用路由深度算法，在全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D中選擇一條路徑，所述的路徑能盡可能多的遍歷網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械男l(wèi)星節(jié)點(diǎn)；

步驟2：控制器向起始交換機(jī)發(fā)送添加有資源收集匹配域的流表；所述的流表用于告訴起始交換機(jī)，當(dāng)收到控制器發(fā)送的專門用于資源發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)信息后，將該衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的計(jì)算存儲(chǔ)信息收集到數(shù)據(jù)包中，并將添加有計(jì)算存儲(chǔ)信息的數(shù)據(jù)包從路徑信息中下一跳的端口發(fā)送出去；

步驟3：控制器向起始衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)發(fā)送專門用于資源發(fā)現(xiàn)的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)信息；所述的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)信息的包頭中包含路徑信息；所述的路徑信息包括該條路徑中所有衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的計(jì)算資源信息、存儲(chǔ)資源信息、網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)信息、交換機(jī)的端口號(hào)和端口MAC地址；

步驟4：起始衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)信息后，將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)信息與添加有資源收集匹配域的流表進(jìn)行匹配，如果相匹配，則收集該衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的計(jì)算資源信息和存儲(chǔ)資源信息，收集完成后節(jié)點(diǎn)跳數(shù)加1并根據(jù)路徑信息將數(shù)據(jù)收集后的數(shù)據(jù)包在該衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的指定端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；

步驟5：起始節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)收集后的數(shù)據(jù)包到中間節(jié)點(diǎn)；

步驟6：中間節(jié)點(diǎn)收集該衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的計(jì)算資源信息和存儲(chǔ)資源信息，收集完成后節(jié)點(diǎn)跳數(shù)加1并根據(jù)路徑信息將數(shù)據(jù)收集后的數(shù)據(jù)包在該衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)的指定端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；

步驟7：重復(fù)步驟6直至路徑信息的最后一個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)執(zhí)行完畢，最后一個(gè)衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)向控制器返回該路徑信息的全部數(shù)據(jù)收集完成后的數(shù)據(jù)包。

本發(fā)明相比背景技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)在于：

(1)優(yōu)化LLDP協(xié)議，減少Packet-out消息、加大鏈路發(fā)現(xiàn)周期、優(yōu)化鏈路丟包和鏈路失效的應(yīng)對(duì)策略，提高軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)湫畔⒏碌膶?shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性。在軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，拓?fù)鋭?dòng)態(tài)改變，鏈路發(fā)生切換時(shí)，減小控制器判斷丟包，鏈路時(shí)效的延遲。

(2)利用源路由的思想，添加OpenFlow的匹配域，減少網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置流表的收斂時(shí)間，減少資源收集packet-out信息的個(gè)數(shù)，減輕網(wǎng)絡(luò)資源和控制器的負(fù)載。

附圖說明

圖1為本發(fā)明基于雙層軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)鋱D；

圖2為本發(fā)明的基于LLDP鏈路發(fā)現(xiàn)示意圖；

圖3為本發(fā)明的鏈路發(fā)現(xiàn)過程信息交互圖；

圖4為本發(fā)明的鏈路失效丟包策略流程圖；

圖5為本發(fā)明軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)物理拓?fù)鋱D；

圖6為本發(fā)明資源收集優(yōu)化流程圖。

具體實(shí)施方案

為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。

本發(fā)明的技術(shù)方案包括兩部分。第一部分，為衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)，通過優(yōu)化LLDP協(xié)議，減少Packet-out消息、加大鏈路發(fā)現(xiàn)周期、優(yōu)化鏈路丟包和鏈路失效的應(yīng)對(duì)策略，進(jìn)而提高軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)湫畔⒏碌膶?shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性。若在軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中，拓?fù)鋭?dòng)態(tài)改變，鏈路發(fā)生切換時(shí)，利用改進(jìn)后的協(xié)議，減小控制器判斷丟包，鏈路時(shí)效的延遲。

第二部分，利用第一部分的鏈路發(fā)現(xiàn)的優(yōu)化和源路由的思想，在獲得了實(shí)時(shí)性較高的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)之后，在OpenFlow流表的匹配域中添加新域來(lái)實(shí)現(xiàn)源路由思想的路由轉(zhuǎn)發(fā)方法，轉(zhuǎn)發(fā)資源收集packet-out包，匹配之后執(zhí)行相應(yīng)的action，實(shí)現(xiàn)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的計(jì)算、存儲(chǔ)資源的收集，和優(yōu)化的源路由轉(zhuǎn)發(fā)策略。使控制器只用下發(fā)一個(gè)packet-out信息到初始節(jié)點(diǎn)就可能最大程度的收集網(wǎng)絡(luò)中的節(jié)點(diǎn)資源信息，在擁有時(shí)效性強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)全局視圖之下，減小下發(fā)的周期和網(wǎng)絡(luò)資源的消耗，保持資源數(shù)據(jù)的時(shí)效性。

源路由是一種基于源地址進(jìn)行路由選擇的策略，可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)多個(gè)不同子網(wǎng)或內(nèi)網(wǎng)地址，有選擇性地將數(shù)據(jù)包發(fā)往不同目的地址的功能。源路由可以分為兩類，一類是嚴(yán)格源路由選項(xiàng)(Strict Source Route)，一類是松散源路由選項(xiàng)(Loose Source Route)。

嚴(yán)格源路由選項(xiàng)：規(guī)定IP數(shù)據(jù)報(bào)要經(jīng)過路徑上的每一個(gè)路由器，相鄰路由器之間不得有中間路由器，并且所經(jīng)過的路由器的順序不可更改。松散源路由選項(xiàng)：只是給出IP數(shù)據(jù)報(bào)必須經(jīng)過的一些“要點(diǎn)”，并不給出一條完備的路徑，無(wú)直接連接的路由器之間的路由尚需IP軟件的尋址功能補(bǔ)充。

先從源路由如何向連接在外地鏈路上的移動(dòng)節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)包開始。IP版本4在IP報(bào)頭中定義了一個(gè)可選項(xiàng)：Loose Source and Record Route Option。這個(gè)可選項(xiàng)列出了一個(gè)或多個(gè)中間目的地址，要求數(shù)據(jù)包在到達(dá)最終的目的地址前必須經(jīng)過這幾個(gè)中間地址。

例如，考慮一臺(tái)源主機(jī)要向一臺(tái)目的主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包，但它還想讓數(shù)據(jù)包經(jīng)過從源到目的地的路徑上的一臺(tái)特定路由器，這臺(tái)源主機(jī)將“下一個(gè)中間目的”地址，即那臺(tái)路由器的地址，放在目的IP地址域中，而將目的主機(jī)的IP地址放在Loose Source and Record Route Option中，這時(shí)，數(shù)據(jù)包將按網(wǎng)絡(luò)前綴路由被送到目的IP地址域中標(biāo)示的那臺(tái)路由器上。

當(dāng)那臺(tái)路由器接收到數(shù)據(jù)包后，它檢查可選項(xiàng)，發(fā)現(xiàn)自己只是一個(gè)中間目的地，于是，將Loose Source and Record Route Option中所指示的地址取出，也就是將目的主機(jī)的地址取出，然后將數(shù)據(jù)包送給去往目的主機(jī)的下一跳地址。在轉(zhuǎn)發(fā)該數(shù)據(jù)包前，路由器將自己的IP地址記錄在Loose Source and Record Route Option中，實(shí)際上記錄的是它將數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)出去的那個(gè)端口的IP地址。

當(dāng)數(shù)據(jù)包到達(dá)目的主機(jī)時(shí)，目的主機(jī)檢查可選項(xiàng)，發(fā)現(xiàn)自己就是包的最終目的地，因此目的主機(jī)將數(shù)據(jù)包送交IP協(xié)議域所指示的高層協(xié)議處理。IP報(bào)頭中定義的這個(gè)可選項(xiàng)還要求當(dāng)目的主機(jī)對(duì)源主機(jī)進(jìn)行回答時(shí)，也要在它的數(shù)據(jù)包中包含Loose Source and Record Route Option。當(dāng)然，目的主機(jī)應(yīng)包含的是“反向”的源路由。在這個(gè)例子中，目的主機(jī)在向原來(lái)的源主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包時(shí)，會(huì)在Loose Source and Record Route Option中包含作為中間目的地的那臺(tái)路由器的地址。

本發(fā)明的詳細(xì)技術(shù)方案為：

Ⅰ、軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中基于LLDP的鏈路發(fā)現(xiàn)優(yōu)化方法，具體包括減少Packet-out消息、加大鏈路發(fā)現(xiàn)周期、優(yōu)化鏈路丟包和鏈路失效的應(yīng)對(duì)策略。

(1)減少packet-out消息：由原來(lái)的控制器向每個(gè)交換機(jī)端口發(fā)送一個(gè)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)消息(packet-out消息)減少為向每個(gè)交換機(jī)發(fā)送一個(gè)packet-out消息。實(shí)現(xiàn)這個(gè)需求需要滿足兩個(gè)條件：a、OpenFlow交換機(jī)能將來(lái)自控制器的LLDP數(shù)據(jù)包向每個(gè)端口復(fù)制發(fā)送一份；b、OpenFlow交換機(jī)能修改LLDP數(shù)據(jù)包中的某個(gè)字段以便標(biāo)識(shí)數(shù)據(jù)包從哪個(gè)端口發(fā)出。具體過稱為：

步驟1：各OpenFlow交換機(jī)和控制器建立SSL/TLS連接后，控制器對(duì)各OpenFlow交換機(jī)發(fā)起鏈路發(fā)現(xiàn)過程的信息交互。

信息交互過程為：控制器向交換機(jī)發(fā)送特性獲取請(qǐng)求消息(OFPT_FEATURES_REQUEST消息)，交換機(jī)隨后回復(fù)特性回復(fù)消息(OFPT_FEATURES_REPLY消息)，其中OFPT_FEATURES_REPLY消息包含該OpenFlow交換機(jī)的端口號(hào)、端口MAC地址等信息。

這樣控制器保存了所有OpenFlow交換機(jī)端口號(hào)和其MAC地址的映射信息。

步驟2：控制器給所有的OpenFlow交換機(jī)安裝流表；該流表告訴交換機(jī)什么樣的數(shù)據(jù)包進(jìn)入交換機(jī)執(zhí)行什么樣的動(dòng)作(轉(zhuǎn)發(fā)，回傳，丟棄等)，當(dāng)收到控制器發(fā)送的LLDP數(shù)據(jù)包后，將該數(shù)據(jù)包從所有端口發(fā)送出去，并將LLDP源MAC字段設(shè)置為發(fā)出端口的MAC地址。

步驟3：控制器向所有的OpenFlow交換機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)消息(Packet-Out消息)，將接收數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)消息的OpenFlow交換機(jī)作為源交換機(jī)；所述的數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)消息包括LLDP數(shù)據(jù)包，LLDP數(shù)據(jù)包包括源交換機(jī)、源MAC地址和源端口號(hào)。

步驟4：各源交換機(jī)接收到該P(yáng)acket-Out消息后，將LLDP數(shù)據(jù)包復(fù)制并向其所有端口發(fā)出，并將LLDP數(shù)據(jù)包中的源MAC設(shè)置為發(fā)出端口的MAC。

LLDP協(xié)議在實(shí)現(xiàn)中，就是交換機(jī)收到LLDP數(shù)據(jù)包之后，流表匹配到是LLDP數(shù)據(jù)包，執(zhí)行相應(yīng)的action，通過本交換機(jī)的所有端口發(fā)出。如果沒有鏈路，LLDP數(shù)據(jù)包丟失，控制機(jī)不會(huì)收到LLDP數(shù)據(jù)包的packet-in消息；如果有鏈路，則鏈路信息保存至LLDP包中，通過下一跳交換機(jī)返回至控制器。

步驟5：其他交換機(jī)接收到LLDP數(shù)據(jù)包后，通過數(shù)據(jù)包接收消息(Packet-In消息)發(fā)送給控制器。

步驟6：控制器解析LLDP數(shù)據(jù)包中的源MAC地址再查詢?cè)揗AC地址對(duì)應(yīng)的端口號(hào)，從而獲取該鏈路的源交換機(jī)和源端口號(hào)；而目的交換機(jī)和目的端口號(hào)通過Packet-In消息中的元數(shù)據(jù)獲得。

完成軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的一次鏈路發(fā)現(xiàn)過程，獲取軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D。

實(shí)施例：如圖2所示，在該拓?fù)渲蠴penFlow交換機(jī)1的Port1和OpenFlow交換機(jī)2的Port3存在鏈路。鏈路發(fā)現(xiàn)的具體過程如3圖所示：a)OpenFlow交換機(jī)1與控制器建立連接，控制器對(duì)OpenFlow交換機(jī)1發(fā)起鏈路發(fā)現(xiàn)過程的信息交互；b)控制器給OpenFlow交換機(jī)1安裝流表；c)控制器向OpenFlow交換機(jī)1發(fā)送Packet-Out消息；d)OpenFlow交換機(jī)1接收到該P(yáng)acket-Out消息后，將LLDP數(shù)據(jù)包向其所有端口發(fā)出，并將LLDP中的源MAC設(shè)置為端口的MAC；e)OpenFlow交換機(jī)2接收到LLDP數(shù)據(jù)包后，通過Packet-In消息發(fā)送給控制器；f)控制器解析LLDP數(shù)據(jù)包中的源MAC地址再查詢?cè)揗AC地址對(duì)應(yīng)的端口號(hào)，從而獲取該鏈路的源交換機(jī)和源端口號(hào)；而目的交換機(jī)和目的端口號(hào)通過Packet-In消息中的元數(shù)據(jù)獲得。

最終交換機(jī)1和交換機(jī)2之間的鏈路被發(fā)現(xiàn)。控制器對(duì)每個(gè)交換機(jī)發(fā)起上述操作，對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)完成一次鏈路發(fā)現(xiàn)。

(2)加大鏈路發(fā)現(xiàn)周期：針對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)，雖然網(wǎng)絡(luò)經(jīng)常動(dòng)態(tài)改變，但具有較強(qiáng)的周期性。通過STK對(duì)衛(wèi)星場(chǎng)景進(jìn)行計(jì)算，研究其周期性，找出網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渥兓淖钚r(shí)間間隔作為鏈路發(fā)現(xiàn)周期，既可以適當(dāng)加大鏈路發(fā)現(xiàn)周期，又能保證拓?fù)渥兓筝^為及時(shí)的更新拓?fù)湫畔ⅰ?/p>

實(shí)施例：

在OpenFlow協(xié)議中，因?yàn)殒溌窋嚅_或者丟失使得交換機(jī)端口修改、端口增加或者端口刪除時(shí)，交換機(jī)需要向控制器發(fā)送端口變化消息(OFPT_PORT_STATUS消息)。當(dāng)有交換機(jī)端口發(fā)生改變時(shí)，立即對(duì)該端口單獨(dú)連續(xù)發(fā)送LLDP數(shù)據(jù)包，這樣即使增大了控制器對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的鏈路發(fā)現(xiàn)周期，但對(duì)于交換機(jī)端口改變引起的鏈路改變也能及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

(3)鏈路丟包和鏈路失效優(yōu)化策略，針對(duì)鏈路丟包導(dǎo)致鏈路發(fā)現(xiàn)和鏈路失效檢測(cè)不及時(shí)的問題，本申請(qǐng)通過對(duì)鏈路發(fā)現(xiàn)加入丟包檢測(cè)和快速重傳機(jī)制來(lái)解決。

實(shí)施例：

如圖4中SDN控制器對(duì)所有已注冊(cè)的交換機(jī)發(fā)起鏈路發(fā)現(xiàn)過程，向所有的交換機(jī)發(fā)送Packet-Out+LLDP消息。

交換機(jī)接收到Packet-Out+LLDP后，將LLDP向每個(gè)正常工作的端口轉(zhuǎn)發(fā)LLDP，并將LLDP中源MAC字段置為端口的MAC地址。

每個(gè)交換機(jī)維護(hù)一個(gè)集合ports_sent，記錄已發(fā)送LLDP數(shù)據(jù)包的端口和發(fā)包次數(shù)N。

經(jīng)過時(shí)間T_c(鏈路檢測(cè)時(shí)間間隔)后，檢查ports_sent集合中的端口的LLDP發(fā)包次數(shù)N，若0＜N≤5，則說明出現(xiàn)LLDP發(fā)出后T_c時(shí)間內(nèi)沒有收到，則立即對(duì)該端口重新發(fā)送LLDP數(shù)據(jù)包，并將該端口發(fā)包次數(shù)加1；若N＞5，說明從該端口發(fā)出的LLDP已經(jīng)丟失超過5次，判斷以該端口為源端的鏈路已經(jīng)失效，將該鏈路從拓?fù)渲袆h除。

經(jīng)過鏈路發(fā)現(xiàn)周期T秒后，對(duì)所有交換機(jī)發(fā)起新的一次鏈路發(fā)現(xiàn)過程。

Ⅱ、軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中基于源路由思想的資源收集優(yōu)化方法，具體步驟如下：

步驟1：當(dāng)控制器利用優(yōu)化的LLDP協(xié)議獲得全局網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟晥D之后，利用路由深度算法，選擇合適的路徑盡可能多的遍歷網(wǎng)絡(luò)中的衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)。

步驟2：起始交換機(jī)與控制器建立連接，并進(jìn)行信息交互后，起始交換機(jī)更新流表，該流表告訴交換機(jī)，當(dāng)收到控制器發(fā)送的專門用于資源發(fā)現(xiàn)的packet-out消息后，將該節(jié)點(diǎn)的計(jì)算存儲(chǔ)信息收集到數(shù)據(jù)包中，并將數(shù)據(jù)包從序列中下一跳的端口發(fā)送出去。

起始交換機(jī)和控制器建立SSL/TLS連接，控制器會(huì)向交換機(jī)發(fā)送FEATURES_REQUEST消息請(qǐng)求，交換機(jī)隨后回復(fù)FEATURES_REPLY消息，其中包含該交換機(jī)的端口號(hào)、端口MAC地址等信息。

流表的構(gòu)成為：匹配域，action和計(jì)數(shù)器，匹配域用來(lái)判斷是什么消息；action用來(lái)告訴交換機(jī)執(zhí)行什么動(dòng)作。

實(shí)施例：控制器會(huì)向交換機(jī)發(fā)送消息請(qǐng)求，并將路徑信息嵌入在專門進(jìn)行資源發(fā)現(xiàn)的packet-out包頭中。這里的路徑信息用節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)和一個(gè)端口號(hào)的序列表示。

這里使用優(yōu)化后的源路由的方法，因?yàn)樵跀?shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的路徑當(dāng)中，選定的路徑為(X,1,2,4,3,5,Y)，也可以表示為經(jīng)過的端口號(hào)的隊(duì)列。在圖5中，從NODE X到NODE Y的路徑就可以表示為(1,2,2,2,2,3)，這個(gè)隊(duì)列的意思就是數(shù)據(jù)包從起始節(jié)點(diǎn)的1號(hào)端口下發(fā)，到達(dá)下一跳節(jié)點(diǎn)之后，再?gòu)?號(hào)端口下發(fā)到下一跳節(jié)點(diǎn)，以此類推，用數(shù)據(jù)包下發(fā)的端口號(hào)和跳數(shù)來(lái)表示整條數(shù)據(jù)流經(jīng)的路徑。在圖5中，使用優(yōu)化的源路由的方法生成用端口號(hào)和跳數(shù)表示的路由狀態(tài)信息來(lái)表示從NODE X到NODE Y的路徑(1,2,2,2,2,3)，替換原來(lái)的用交換機(jī)流表表示的路由信息。

跟原始的逐條的下發(fā)方式不同，這種源路由的方法只需要想起始節(jié)點(diǎn)下發(fā)帶有更新路由狀態(tài)信息的包頭，這種源路由的優(yōu)化方法，減少了向中間節(jié)點(diǎn)NODE 1，NODE 2，NODE 3，NODE 4，NODE 5發(fā)送更新信息的開銷，也消除了因?yàn)橄掳l(fā)狀態(tài)信息等待收斂的時(shí)間。

步驟3：控制器將專門用于資源發(fā)現(xiàn)的packet-out信息下發(fā)到起始節(jié)點(diǎn)。

步驟4：起始衛(wèi)星節(jié)點(diǎn)收到packet-out信息后，與添加了資源收集匹配域的流表進(jìn)行匹配，如果匹配到了是收集資源的packet-out消息，該流表中的Instructions Set就會(huì)執(zhí)行設(shè)定好的一系列Action；

執(zhí)行Action：對(duì)該節(jié)點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)的收集，完成后，包頭中節(jié)點(diǎn)的跳數(shù)加1，根據(jù)包頭中的路徑信息在該節(jié)點(diǎn)的指定端口進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)。

步驟5：起始節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)收集的數(shù)據(jù)包到中間節(jié)點(diǎn)。

步驟6：中間節(jié)點(diǎn)執(zhí)行相應(yīng)的操作，最后到達(dá)端口序列的最后一個(gè)節(jié)點(diǎn)，執(zhí)行完Action之后，向控制器返回?cái)?shù)據(jù)包。

實(shí)施例：在圖5中，使用優(yōu)化的源路由的方法生成用端口號(hào)和跳數(shù)表示的路由狀態(tài)信息來(lái)表示從NODE X到NODE Y的路徑(1,2,2,2,2,3)，替換原來(lái)的用交換機(jī)流表表示的路由信息。其中包含了該條路徑中所有節(jié)點(diǎn)的計(jì)算資源信息、存儲(chǔ)資源信息、網(wǎng)絡(luò)鏈路狀態(tài)信息、交換機(jī)的端口號(hào)、端口MAC地址等信息。控制器根據(jù)LLDP中的優(yōu)化的鏈路失效的檢測(cè)的周期，來(lái)定時(shí)的向起始節(jié)點(diǎn)發(fā)送packet-out包，保持資源數(shù)據(jù)的時(shí)效性。

Ⅲ、一種針對(duì)軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)資源發(fā)現(xiàn)策略優(yōu)化，包括鏈路發(fā)現(xiàn)優(yōu)化和資源收集優(yōu)化兩個(gè)部分。

鏈路發(fā)現(xiàn)優(yōu)化基于LLDP協(xié)議，減少Packet-out消息、加大鏈路發(fā)現(xiàn)周期、優(yōu)化鏈路丟包和鏈路失效的應(yīng)對(duì)策略，提高軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的拓?fù)湫畔⒏碌膶?shí)時(shí)性和動(dòng)態(tài)性。

資源收集的方法優(yōu)化基于支持源路由的OF交換機(jī)和軟件定義衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的集中控制，通過源路由的功能減小消除路由狀態(tài)更新帶來(lái)的延遲和網(wǎng)絡(luò)資源消耗。

應(yīng)當(dāng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。