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ELECTRONICS WORLD ・探索与观察
传统的卫星网络依赖于封闭和规划的架构，无法灵活的应用于天地一体化网络中。因此，存在许多挑战，例如配置更新，新通信和网络技术引入，真正差异化服务提供，卫星网络设备互操作性以及卫星和地面网络的集成。在此背景下，本文对一种基于软件定义网络和网络功能虚拟化的空地一体化多层卫星通信网络进行了分析。此外，我们还讨论了网络管理的挑战和解决方案。提出了必要的网络管理工具，包括多层控制器架构，协作流量分类和效用最优网络虚拟化。最后，本文总结了软件定义网络和网络功能虚拟化应用在卫星网络的挑战和解决方案。 卫星网络正在进入空地综合信息传输网络时代，其特点是全球覆盖，多种业务流输入，可靠传输。但是，
在研究卫星网络时，我们不应忽视传统卫星网络的某些特性。如配置缓慢。在传统的卫星网络中，卫星仅在地面站飞过时才由地面站配置，这使得全球网络的配置花费很长时间。低效的流量调度。在传统的卫星网络中，分散管理架构，预定链路分配和静态路由策略使得无法支持细粒度资源管理和不断变化的用户需求。不灵活的服务提供。卫星相关服务通常部署在地面卫星集线器中的供应商特定位置。这些服务执行特定的功能。因此，需要提出一种有效且灵活的卫星网络架构。近年来，软件定义网络（SDN ）和网络功能虚拟化（NFV ）等新兴网络技术为解决传统卫星网络问题提供了新的方法。SDN 是一种先进的网络概念，将控制决策与转发硬件分离。我们将SDN 的思想应用于卫星网络，通过分离卫星中的控制平面和转发平面来提高效率。
随着我国空间信息技术的不断发展，“天地一体化信息网络”建设上升为国家战略之际，空间信息网络已成为新的研究热点。针对当前空间系统相互独立，资源使用效率较低的现状，将虚拟化技术应用到空间信息网络中。当前，空间信息网络的建设仍然表现出各自为阵、重复建设的“烟囱式”发展局面，针对航天测控、对地遥感、通信业务等领域的不同应用，采用相互隔离且独立的体系结构来满足不同任务的需求。基于虚拟化技术所具有的优势，国内外已有学者和科研机构提出建立基于软件定义网络(Software Defined Networking ，SDN) 的空间信息网络。
1 卫星网络与SDN和NFV技术
1.1 卫星网络
卫星网络架构由空间段、地面段、控制和管理段以及用户段组成。空间部分包括在星座中组织的卫星，并支持路由，自适应接入控制和点波束管理。地面部分包括通过光学骨干网络互连的卫星网关（SGW ）和为终端用户设备提供连接的卫星终端（ST ）。骨干网连接通过某些存在点（PoP ）到外部网络（例如，互联网或公司）。SGW 和ST 通过空间段互连。控制和管理部门由网络控制中心（NCC ）和网络管理中心（NMC ）组成。NCC 和NWC 为卫星网络提供实时控制和管理功能。它们执行连接的建立，监视和释放，
准入控制，资源分配，卫星网络元素的配置以及安全性，故障和性能的管理。位于同一地点的SGW ，NCC 和NMC 通常被称为卫星集线器。用户段包括终端用户使用的所有终端用户设备，以消费固定或移动的基于卫星的服务。他们直接或通过地面接入点接入卫星网络。有一个或多个业务参与者向最终用户提供卫星网络服务。每个参与者都是一个扮演一个或多个角的公司实体。主要角是卫星运营商（S0），负责维护，管理，部署和运营卫星平台；卫星网络运营商（SNO ），拥有卫星网络并负责其维护，管理，部署和运营；网络接入提供商（NAP ），其使用来自一个或多个SNO 的服务来在服务提供商之间共享其传输资源；服务提供商（SP ），向客户销售服务和/或设备，并根据从NAP 收到的信息向客户收费。
由于卫星的制造和发射花费了大量的成本，卫星网络通常使用静态和预定配置。结果，卫星网络的更新和重新配置是不灵活的。卫星网络的维护成本非常高。卫星通信和网络技术的发展促进了卫星网络
的日益繁荣。卫星服务和应用程序快速增长。但是，并非卫星有效载荷可以支持所有类型的新服务和应用。新服务和应用的建立和配置是耗时且高投资的。通信技术，网络协议和卫星服务在当前卫星网络中是特定于供应商的，因此不同卫星系统之间的相互作用相当困难。卫星网络与地面网络不同，因为它们固有地面临高传播延迟，动态拓扑和有限资源的挑战。因此，为地面网络设计的机制不适用于指定了设置的卫星网络。此外，卫星通信技术的发展并未以与地面网络相同的速度发展。这些对卫星网络与地面网络的整合带来了巨大挑战。由于涉及软件/硬件更新，因此将新的通信技术，算法和协议引入卫星网络是不灵活的，巨大的投资和高延迟。为用户提供卫星资源至关重要，因为它对用户的QoE 有重大影响。然而，调度和静态卫星资源分配使得优化资源利用率和满足用户需
求变得不灵活。
图1 SDN网络架构简图
1.2 SDN与NFV应用在卫星网络技术分析与研究
在将SDN 引入卫星网络方面已经有了一些相关技术成果。
软件定义网络与网络功能虚拟化应用于卫星网络的现状与展望
地面网
中国电子科技集团公司第五十四研究所 李腾飞 哈尔滨工业大学电子与信息工程学院 徐媚琳
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