基于SDN的弹性卫星光突发交换及资源管理方法研究

In SDN-based elastic satellite optical networks, optical burst switching and resource management are the core theories and methods for realizing laser communication and dynamic resources allocation among different satellite beams or among different satellites. Based on the theory and technology of satellite communication,elastic satellite optical network, software defined network and optical burst switching, this project focuses on SDN-based elastic satellite optical burst switching network architecture, burst packet aggregation algorithm and other optical burst switching technologies to improve the satellite communication rate. This project also study SDN-based dynamic spectrum allocation scheme and flexible satellite optical network spectrum reconstruction program to re-plan and re-organize the clutter of the spectrum resources, thereby improving the spectrum utilization. Throught the establishment of simulation test system, the project will analyze the various factors that affect the performance of the system and propose a system improvement scheme. The project aims to lay a theoretical foundation for the realization of China's high-speed, high-efficiency and large-capacity satellite optical communication, and contribute to the construction of Integrated Information Network in China and lead China's satellite communication technology to the forefront of the world.

基于SDN的弹性卫星光网络中，光突发交换及资源管理是实现单星波束间和多星间激光通信及其资源动态分配的核心理论与方法。本项以卫星通信、弹性卫星光网络、软件定义网络、光突发交换等理论与技术为基础，重点研究基于SDN的弹性卫星光突发交换网络架构、突发包汇聚算法等光突发交换技术以提高卫星通信速率；研究基于SDN的星上动态频谱分配方案和弹性卫星光网络频谱重构方案以重新规划和整理杂乱的频谱资源，从而提高频谱利用率；建立仿真试验系统对所研究内容进行仿真以分析影响系统性能的各种因素并提出系统改进方案。该项目旨在为我国高速、高效率、大容量的卫星光通信的实现奠定理论基础，为我国天地一体化信息网络建设做出贡献，引领我国卫星通信技术走向世界前沿。

作为卫星光通信的研究热点，卫星弹性光通信通过定义更小的带宽频隙，克服传统光网络固定栅格的限制，动态灵活地分配带宽资源，可实现根据传输距离、链路质量、业务需求动态调整传输速率、调制格式、频谱范围以动态匹配卫星通信网络等实际需求，实现时变灵活的带宽共享，极大程度上提高了资源利用率，具有良好的应用前景。基于软件定义网络（SDN）的弹性卫星光网络中，光突发交换及资源管理是实现单星波束间和多星间激光通信及其资源动态分配的核心理论与方法。本项目以卫星通信、弹性卫星光网络、软件定义网络、光突发交换等理论与技术为基础，重点开展基于SDN的弹性卫星光突发交换及资源管理方法研究。. 在深入研究弹性光网络相关关键技术、星上光突发交换技术及SDN 技术的基础上，本项目首先提出了适用于卫星的基于 SDN 的弹性光网络交换架构，设计核心节点的可变带宽光交换单元结构，通过控制器、光交换单元的光交换矩阵及相关扩展功能模块实现弹性卫星光突发网络的频谱按需分配、时变灵活带宽共享、调制格式可变及集中化控制；其次，提出了基于流量预测的SDN弹性卫星光突发网络多门限突发包汇聚方法，提高网络的频谱资源利用率，降低网络丢包率；接下来，研究了基于SDN的星上动态频谱分配方案和弹性卫星光网络频谱重构方案，设计了多种弹性卫星光突发网络路由和资源分配算法并提出了多种资源调度算法和资源重构策略，从而提高频谱利用率；最后，建立仿真试验系统对所研究内容进行仿真以分析影响系统性能的各种因素并提出系统改进方案。. 本项目将SDN技术、光突发交换技术、智能理论、优化理论等应用于弹性卫星光突发交换及资源管理设计，并构建了基于SDN的弹性卫星光突发网络仿真试验系统，发表论文15篇，SCI、EI检索论文11篇，申请发明专利9项，为我国高速、高效率、大容量的卫星光通信的实现奠定理论基础。