本發(fā)明涉及戰(zhàn)術(shù)通信，尤其涉及一種軟件定義戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及通信方法。

背景技術(shù)：

1、戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)具有帶寬較低、機動性較強、抗毀性要求高等特性。隨著戰(zhàn)術(shù)通信用戶需求的不斷疊加，戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)對網(wǎng)絡(luò)覆蓋廣度、網(wǎng)絡(luò)通信容量、業(yè)務(wù)承載質(zhì)量、傳輸?shù)膶崟r性等方面提出更高的要求。傳統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)屬于純分布式架構(gòu)，控制與轉(zhuǎn)發(fā)緊耦合，架構(gòu)封閉，面臨著開通慢、資源管控難、服務(wù)質(zhì)量差、適變能力弱等突出問題，無法提供針對性的差異化服務(wù)。

2、現(xiàn)有戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)屬于純分布式組網(wǎng)架構(gòu)，一是設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)和業(yè)務(wù)在設(shè)計和建設(shè)時已經(jīng)緊緊捆綁在一起，缺乏靈活的應(yīng)變和調(diào)整能力，這為后續(xù)的功能調(diào)整和開發(fā)帶來巨大的工作量，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)升級困難和迭代周期長；二是網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、信道控制協(xié)議、業(yè)務(wù)傳輸控制等通常由少數(shù)廠家制定，缺乏模塊化和開放性設(shè)計，用戶無法根據(jù)自身業(yè)務(wù)需求快速升級和優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)，給網(wǎng)絡(luò)服務(wù)升級與應(yīng)用創(chuàng)新帶來極大阻力；三是基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)化程度不夠，例如多種時延、丟包等傳輸服務(wù)質(zhì)量指標(biāo)要求不同的業(yè)務(wù)并發(fā)時，需求高的業(yè)務(wù)不能得到優(yōu)先服務(wù)保障，在本來帶寬不充裕的戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)場景下，用戶很難隨時根據(jù)實際需求使用網(wǎng)絡(luò)資源，網(wǎng)絡(luò)整體上沒有充分利用現(xiàn)有帶寬資源，缺乏資源按需分配的能力。

3、因此，急需提出一種軟件定義戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及通信方法，通過從網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)上對戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)進行整體優(yōu)化設(shè)計，基于優(yōu)化后的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，對通信協(xié)議和通信方法進行針對性設(shè)計，以適應(yīng)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)中多樣化的業(yè)務(wù)需求。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、有鑒于此，本發(fā)明提供一種軟件定義戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，用以解決目前戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)存在的靈活性不足和服務(wù)能力差的技術(shù)問題。

2、為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：

3、一方面，本發(fā)明提供了一種軟件定義戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，包括戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)中多個運行有控制器軟件的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；其中，若干個所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點通過自主路由協(xié)議進行分布式組網(wǎng)，其余的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點組成若干個局域網(wǎng)，每個局域網(wǎng)由一個本地控制器進行控制；

4、所述網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)包括數(shù)據(jù)平面、本地控制平面和全局控制平面；

5、所述數(shù)據(jù)平面包括每個局域網(wǎng)中的受控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，以及分布式組網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點；所述局域網(wǎng)中的受控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點與所在局域網(wǎng)的本地控制器通過改進的tncp協(xié)議進行交互；所述分布式部署的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點基于trp協(xié)議進行自主路由組網(wǎng)，通過改進的tncp協(xié)議與選定的本地控制器進行交互；所述數(shù)據(jù)平面中的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點均通過基于特征識別的多級別流表進行匹配轉(zhuǎn)發(fā)；

6、所述本地控制平面包括多個所述本地控制器，本地控制器之間通過東西向協(xié)議進行交互；

7、所述全局控制平面包括頂層控制器，用于與所述本地控制平面中的各個本地控制器進行交互，對網(wǎng)絡(luò)進行全域控制。

8、另一方面，本發(fā)明還提供一種軟件定義戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)通信方法，應(yīng)用于上述方案所述的軟件定義戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，包括：

9、局域網(wǎng)中的本地控制器與直連的受控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的交換機建立連接；

10、本地控制器對所述直連交換機的路由表進行查詢，獲取所在局域網(wǎng)中各受控網(wǎng)絡(luò)節(jié)點交換機的ip地址，并根據(jù)所述ip地址與各受控交換機通過改進的tncp協(xié)議進行交互；

11、當(dāng)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點為分布式部署時，所述網(wǎng)絡(luò)節(jié)點的交換機的發(fā)送消息均由與本地控制器直連的交換機進行轉(zhuǎn)發(fā)；

12、所述局域網(wǎng)中的受控交換機和分布式部署的交換機均通過基于特征識別的多級別流表進行匹配轉(zhuǎn)發(fā)。

13、進一步的，所述方法還包括：

14、局域網(wǎng)中的直連交換機和受控交換機利用基于鏈路狀態(tài)的trp協(xié)議構(gòu)建與本地控制器之間的控制通道；

15、當(dāng)本地控制器的狀態(tài)為接入狀態(tài)時，完成本地控制器與局域網(wǎng)中的各交換機的控制鏈接。

16、進一步的，本地控制器和交換機在建立連接的過程中，所述本地控制器的狀態(tài)包括未連接狀態(tài)、握手成功狀態(tài)和接入狀態(tài)；

17、本地控制器的初始狀態(tài)為未接入狀態(tài)；

18、在未接入狀態(tài)下向交換機發(fā)送握手請求消息，本地控制器開啟定時器等待握手應(yīng)答消息；

19、若本地控制器在第一預(yù)設(shè)時間內(nèi)收到握手應(yīng)答消息，則進入握手成功狀態(tài)，并向交換機發(fā)送服務(wù)注冊請求消息；若在第二預(yù)設(shè)時間內(nèi)收到注冊成功的應(yīng)答消息，則進入接入狀態(tài)；

20、在接入狀態(tài)下，本地控制器成功注冊到交換機并處于連接維持的狀態(tài)，當(dāng)連接維持失敗時，本地控制器退回到未連接狀態(tài)。

21、進一步的，所述改進的tncp協(xié)議包括基于粒子群算法的路由選擇方法，用于各交換機在戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)中選擇最優(yōu)路由路徑；所述路由選擇方法包括：

22、基于鏈路連接參數(shù)、鏈路帶寬參數(shù)和鏈路擁塞參數(shù)確定評估每個交換機性能的適應(yīng)度函數(shù)；

23、初始化多個表示路由選擇的交換機候選狀態(tài)，每個候選狀態(tài)均具有速度向量；

24、根據(jù)適應(yīng)度函數(shù)計算每個候選狀態(tài)對應(yīng)的適應(yīng)度值，得到各候選狀態(tài)的個體最優(yōu)位置和全局最優(yōu)位置；

25、基于所述個體最優(yōu)位置、全局最優(yōu)位置迭代更新每個候選狀態(tài)的速度向量，根據(jù)更新后的速度向量對每個候選狀態(tài)進行更新；

26、基于更新后的狀態(tài)計算每個候選狀態(tài)的適應(yīng)度值，并根據(jù)更新后的各個候選狀態(tài)更新全局最優(yōu)位置；

27、當(dāng)?shù)螖?shù)達(dá)到預(yù)設(shè)的次數(shù)或適應(yīng)度值達(dá)到預(yù)設(shè)適應(yīng)度閾值時，完成更新，根據(jù)完成更新時的全局最優(yōu)位置確定每個交換機的最優(yōu)路由選擇。

28、進一步的，所述鏈路連接參數(shù)包括鏈路速率和鏈路時延；所述鏈路帶寬參數(shù)包括鏈路帶寬和帶寬利用率；所述鏈路擁塞參數(shù)包括負(fù)載、擁塞鏈路數(shù)量和未使用鏈路數(shù)量；

29、基于鏈路連接參數(shù)、鏈路帶寬參數(shù)和鏈路擁塞參數(shù)確定評估每個交換機性能的適應(yīng)度函數(shù)，包括：

30、所述適應(yīng)度函數(shù)的目標(biāo)為：最大化鏈路速率、最小化鏈路時延、最大化鏈路帶寬、最大化帶寬利用率、最小化負(fù)載、最小化擁塞鏈路數(shù)量和未使用鏈路數(shù)量。

31、進一步的，所述通過基于特征識別的多級別流表進行匹配轉(zhuǎn)發(fā)，包括：

32、根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)功能對數(shù)據(jù)流進行類別匹配，基于所述類別對應(yīng)匹配域的流表進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)；

33、根據(jù)交換機的緩存狀態(tài)和業(yè)務(wù)優(yōu)先級別進行匹配轉(zhuǎn)發(fā)。

34、進一步的，根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)功能對數(shù)據(jù)流進行類別匹配，基于所述類別對應(yīng)匹配域的流表進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)，包括：

35、計算交換機存儲的單級流表中每個匹配類別所包含的不同匹配域兩兩之間的相容度；

36、根據(jù)所述相容度進行匹配域集合劃分，使位于同一集合中的匹配域相容度之和最大；

37、根據(jù)劃分后的集合將所述單級流表轉(zhuǎn)換為多級流表，基于所述多級表流結(jié)構(gòu)實現(xiàn)對不同數(shù)據(jù)流的分類處理。

38、進一步的，根據(jù)交換機的緩存狀態(tài)和業(yè)務(wù)優(yōu)先級別進行匹配轉(zhuǎn)發(fā)，包括：

39、預(yù)先對不同業(yè)務(wù)類型進行優(yōu)先級劃分，得到優(yōu)先級列隊；每個優(yōu)先級列隊具有預(yù)設(shè)的擁堵門限值，根據(jù)所述擁堵門限值劃分對應(yīng)的緩存空間；

40、判斷實時數(shù)據(jù)流的業(yè)務(wù)類型，根據(jù)所述數(shù)據(jù)流的業(yè)務(wù)類型將數(shù)據(jù)流緩存至對應(yīng)優(yōu)先級列隊的緩存空間進行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)。

41、進一步的，根據(jù)交換機的緩存狀態(tài)和業(yè)務(wù)優(yōu)先級別進行匹配轉(zhuǎn)發(fā)，還包括：

42、根據(jù)優(yōu)先隊列的分組到達(dá)率、分組服務(wù)率和擁堵門限值確定系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率；

43、根據(jù)所述系統(tǒng)狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率計算系統(tǒng)的總體阻塞概率；

44、基于所述總體阻塞概率對各優(yōu)先級的權(quán)重和擁堵門限值進行優(yōu)化。

45、相比于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明提供的軟件定義戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及通信方法，通過精簡傳統(tǒng)分布式網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，僅保留自主路由，保證分布式網(wǎng)絡(luò)提供基礎(chǔ)通信服務(wù)功能，在此基礎(chǔ)上疊加軟件定義控制面，對戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)的集中控制，實現(xiàn)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量的提升；基于所提出的架構(gòu)方案，設(shè)計了適用于戰(zhàn)術(shù)通信系統(tǒng)環(huán)境的輕量化南向接口協(xié)議和自主路由協(xié)議，能夠降低協(xié)議開銷，為控制層核心業(yè)務(wù)提供更多帶寬資源和信息資源，從而促進軟件定義戰(zhàn)術(shù)網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢的充分發(fā)揮，解決了傳統(tǒng)戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)在靈活性、開放性、資源分配和網(wǎng)絡(luò)升級上的多個難題，能夠適應(yīng)未來戰(zhàn)術(shù)通信網(wǎng)絡(luò)中多樣化的業(yè)務(wù)需求。