基于IPv6+SDN架构的天文数据传输网络关键技术研究

The project intends to adopt the IPv6 link resource service enough in the astronomical data transmission, to solve large-scale astronomical data transmission needs of the shortcomings of the current network bandwidth pressure, and will propose a software defined network (SDN) based on large-scale astronomical data transmission network architecture, the architecture of SDN network construction, design of astronomical data transmission intelligent path selection the algorithm, built an efficient, safe and reliable, can dynamically adjust and satisfy the demand of astronomical data transmission network. The project will be applied to the construction of the transmission network system of the observation data of Xinjiang 110-meter radio telescope.

近年来，随着IPv4网络数据传输量的不断增长、IPv4网络链路资源紧张的矛盾日益凸显，网络协议地址空间不足、网络带宽受限等问题使得目前网络架构无法满足大规模天文数据传输对网络带宽的需求、难以保证观测数据以恒定速率传输。本项目拟采用充足的IPv6链路资源服务于天文数据传输，解决大规模天文数据传输需求对现有网络带宽不足的压力，并将提出一种基于软件定义网络（SDN）架构的大规模天文数据传输网络思想，构建SDN架构的网络，设计出天文数据传输智能路径选择算法，建成一个高效、安全、可靠、可动态调整且满足天文数据传输需求的网络。上述研究将服务于新疆110米射电望远镜观测数据的传输网络系统建设。

近年来，随着IPv4网络数据传输量的不断增长、IPv4网络链路资源紧张的矛盾日益凸显，网络协议地址空间不足、网络带宽受限等问题使得目前网络架构无法满足大规模天文数据传输对网络带宽的需求、难以保证观测数据以恒定速率传输。项目将SDN技术应用于天文数据传输网络，创新地提出一种天文数据传输网络重构方法，主要完成了SDN控制器部署模型的设计与实现、流量调度算法的设计与实现、传输网络仿真实现，以及天文数据传输日志系统与可视化系统研发等。采用改进的动态自适应算法完成天文数据传输路径选择算法的设计与实现，通过使用数据流量采样时刻的实时流表资源与交换机中通过SDN控制器控制的流量数据进行匹配，从而预测下一采样间隔流表中的数据流量信息，通过调整采样时间，保证交换机中剩余流表资源能容纳新到达的天文数据流量，从而虚拟出天文数据传输路径。通过优化多级流表，增加流表管理模块，同时对资源进行池化，使多级流表的可扩展性和灵活性有所提高，从而减小SDN交换机逻辑资源的使用。采用流表切分方式，减小交换机流表删除策略使用成本。通过对比实验，验证了SDN架构的网络能够有效改善网络性能。