基于SDN的戰術通信網絡架構研究

劉臺，朱超，程意，王一鳴

研究與開發

基于SDN的戰術通信網絡架構研究

劉臺，朱超，程意，王一鳴

（武漢中原電子集團有限公司，湖北 武漢 430205）

戰術通信網絡具有高動態、弱連接、低帶寬和多鏈路備份等特性，軟件定義網絡（software?defined?network，SDN）技術通過傳統網絡控制設備軟硬件解耦，將核心控制功能軟件化，通過集中控制策略獲取全局視圖，從而實現資源的靈活調度與信道資源的高效利用，推動戰術通信網絡朝著更加智能化的彈性適變網絡發展。首先介紹了SDN的發展現狀及優勢，分析了傳統架構戰術通信網絡的若干問題，并對SDN技術在外軍戰術通信領域的應用情況進行了分析，提出了SDN在軍事通信領域應用的可行性思路，對應用場景進行了構想，最后對SDN在軍事通信領域的應用可行性進行了總結。

戰術通信網絡；軟件定義網絡；集中控制；彈性網絡；網絡服務化

0 引言

未來網絡將朝著功能化、服務化的方向快速演進，軟件定義網絡（softwaredefinednetwork，SDN）技術具有轉控分離的特點[1]，通過將核心控制功能遷移到通用服務器端，簡化了設備的功能，使設備專注于數據轉發[2]，朝著更加小型化、低功耗、國產化的方向發展。傳統的網絡交換設備主要基于目的IP地址進行匹配轉發，轉發規則單一，基于SDN的交換機采用基于流表的靈活匹配轉發策略，匹配策略多樣化，從而使數據的轉發效率更高，轉發更加靈活[3]。控制器端由于匯總了網絡信息資源，可以實現更加靈活的資源按需調度功能，網絡拓撲變化時，可以通過全局視圖實現網絡的快速重組。由于網絡通過集中控制實現組網，單個節點不用單獨配置參數，可通過集中控制實現網絡參數的快速分發，從而實現網絡快速開通。通過資源的靈活調度，可以將網絡進行切片，整個網絡在SDN的集中控制架構下更具彈性，適變于各類業務。

雖然從網絡控制設備和網絡架構發展趨勢來看，基于SDN技術的集中控制架構擁有較多的好處，但戰術通信場景下存在帶寬資源低、機動性強、戰場環境復雜多變以及抗毀性要求高等特點，如何解決戰術通信場景下存在的諸多問題，充分利用SDN技術的優勢，從而促進戰術通信技術的發展是本文首先需要考慮的問題。

1 傳統架構戰術通信若干問題

由于戰術通信網絡的高動態、低帶寬和弱連接等特性，其一直采用傳統分布式網絡控制架構，隨著用戶對業務傳輸服務質量保證和網絡快速開通的需求不斷提升，傳統分布式網絡控制架構已顯露諸多弊端。

（1）封閉的網絡架構

傳統封閉式網絡架構如圖1所示，現有戰術通信網絡的節點是封閉的，主要表現在以下兩個方面。一是設備、網絡和業務在設計和建設時已經緊緊捆綁在一起，缺乏靈活的應變和調整能力。這為后續的功能調整和開發帶來巨大的工作量，導致軟件升級困難和迭代周期長。二是網絡節點的網絡協議、信道控制協議、業務傳輸控制等通常由少數廠商制定，缺乏模塊化和開放性設計，用戶無法根據自身業務需求快速升級和優化網絡，給網絡服務升級與應用創新帶來極大阻力。

圖1 傳統封閉式網絡架構

（2）復雜的網絡交換設備

現役戰術通信網中，為滿足不同方面的應用需求，研究人員設計了數量眾多的協議，一般每種協議只能解決特定類型的網絡問題，加之接口種類繁多，導致網絡體制多樣，業務無法統一承載[4]。更進一步，為了滿足某種網絡需求，往往需要數個協議協同工作，這種特性使得網絡設備必須能理解和處理大量的協議標準，或增加協議轉換，導致軍用戰術通信網絡設備異常復雜，需要大量的售后、技術支持或系統設計人員長期保障與維護，極大地增加了網絡維護成本。

（3）網絡部署困難

現役戰術通信網絡依賴多級網關、分層劃分的體制進行運行和維護，業務和網絡以屬地化管理為主，戰術互聯網等骨干網由上級部隊運營，軍兵種子網由本級部隊運營。這種分割設計造成了網絡分段管理，業務開通和響應周期長。比如實施規劃網絡時，既要接收上級網管參數，又要兼顧本級和友鄰網絡參數，這種分級的參數規劃很難保證參數一致性。此外，開通某項業務時往往需要配置大量分散在各個駐地的網絡設備，這項工作通常由技術人員手動配置，形成一個靜態的網絡。而當業務或指揮關系發生變化時，網絡參數無法自動變更以適應變更后的業務需求，需要技術人員再次變更配置，修改這些網絡設備的配置會消耗大量的時間，而且很難保證配置的正確性。

（4）服務化能力缺乏

現有網絡架構是典型的“網絡有什么你用什么”，由于信息服務模式的改變，凸顯了基礎網絡能力的服務化程度不夠，例如多種對時延、丟包等傳輸服務質量指標要求不同的業務并發時，要求高的業務不能得到優先服務保障，在本來帶寬不充裕的戰術網絡場景下，這類問題尤為突出，用戶很難隨時根據實際需求使用網絡資源，網絡整體上沒有充分利用現有帶寬資源，缺乏資源按需分配的能力。

針對上述問題，國內相關科研機構提出“資源—服務—應用”的網絡架構，利用軟件定義網絡技術思想、針對現有戰術網絡進行改造，通過研究統一形式的戰術IP交換設備實現對原有復雜網絡交換設備的統型，通過開放式的南向控制接口設計，實現控制與轉發邏輯功能的解耦，利用集中控制帶來的全局視圖優勢，一方面可以提升網絡管控能力，簡化網絡規劃、開通與升級步驟，另一方面可以提升業務的傳輸服務質量，滿足異構網絡下多業務并發傳輸的需求。

2 外軍在SDN方面的研究進展

國外針對SDN在軍事通信網絡方面的應用進行了討論與研究。某陸軍研究實驗室人員Mishra等[5]研究利用SDN提高聯合戰術環境下的網絡態勢的感知能力和網絡安全。Nobre等[6]針對異構戰術網絡特點提出了軟件定義野戰網絡架構，比較了集中式、分層式、分布式網絡架構的優、缺點，給出了兩個典型的基于軟件定義野戰網絡架構的用例，指出兼容傳統網絡將是新的網絡架構設計的挑戰。英國研究人員Spencer等[7]分析了SDN在面對戰術網絡動態不斷變化的業務優先級時，按照所需的服務質量來交付重要信息的能力，并給出了SDN在戰術網絡中應用需要解決的控制平面在有限帶寬的無線信道上的帶內傳輸問題、單點故障問題以及無線信道上傳輸控制平面數據的安全問題。英國與加拿大國防研究人員Spencer等[8]總結了SDN技術在聯合戰術網絡中應用的優點與挑戰，提出了一個基于SDN的聯合戰術網絡架構，指出了控制平面數據在無線信道上傳輸的安全問題。

法國研究人員Phemius等[9]針對新的網絡服務對網絡日益增長的帶寬、差異化服務以及網絡的靈活性需求，提出了一種針對戰術網絡的流量管理架構。該架構基于SDN技術以及邊緣云架構，兩種戰術環境下的實驗結果表明該架構能夠保證服務質量的同時高效利用無線資源。為了增強戰術網絡的端到端時延性能，Chekired等[10]針對C4ISR（command，control，communication，computer，intelligence，surveillance，reconnaissance）通信系統提出了一種基于分布式的SDN架構。3種戰術情形的實驗結果表明在正確的架構層次采取最優決策和合適的反應能夠保證戰術行動的服務質量，與此同時能夠有效地利用無線網絡資源。

在戰術末端的自組織網絡中的應用方面，針對SDN在移動戰術邊緣網絡的可用性問題，Li等[11]提出了一種層次化自組織的SDN架構。該架構中，研究人員通過設計新的自組織網絡協議，使得網絡可以自主動態分成多個臨時網絡域，每個網絡域中通過一個指定節點作為本地控制器來管理該網絡域中的所有其他節點。Poularakis等[12]針對控制器在自組網中的放置問題，以及聯合作戰中的數據轉發策略進行了分析與討論。為了解決因自組網的不可靠性與動態性導致的控制平面的安全性問題，Poularakis等[13]通過設計一種靈活的協議，將控制器與數據轉發節點分離，從而使得當數據節點連不上控制器時依然能夠根據分布式路由進行通信。實驗結果表明該協議能夠使得轉發成功率提升50%。

針對目前缺少SDN的技術驗證平臺的情況，美國陸軍研究實驗室人員Marcus等[14]開發了一個模擬戰術網絡的SDN實驗與分析平臺，如圖2所示。該研究實驗室人員基于模擬戰術網絡的SDN實驗與分析平臺，解決了戰術邊緣部署的手動配置需求復雜和協議開銷大的問題。

3 基于SDN的戰術通信網絡構建可行性分析與實現思路

隨著軍事信息化進程的加快，戰術通信網絡對于網絡覆蓋廣度、網絡通信容量、業務承載質量、傳輸的實時性等方面提出更高的要求。未來聯合戰術通信網絡將面向信息化、智能化與服務化主導，以網絡資源虛擬化、網絡功能虛擬化為輔助實現手段，解決現役戰術通信網絡面臨的網絡開通慢、資源管控難、服務質量差以及適變能力弱等突出問題。

圖2 模擬戰術網絡的SDN實驗與分析平臺

3.1 SDN在戰術通信網絡中的問題

基于集中控制與可編程分布式轉發功能的SDN架構可以提升網絡的資源管控能力，強化網絡的自動化與智能化，實現網絡的快速開通與彈性適變[15-16]。結合面向服務的應用模式，為用戶需求對接提供快速感知與響應通道，達到提升業務傳輸服務質量的目的。但是，戰場環境末端網絡通信手段受限、高對抗戰場環境下無線通信弱連接以及高機動作戰場景下的網絡拓撲高動態是戰場環境下SDN架構得以落地所面臨的重要挑戰[17]。

3.1.1 戰術末端網絡窄帶環境下的問題

（1）南向接口協議開銷大的問題

經典基于集中控制的SDN框架下，南向接口協議覆蓋包括資源描述上報、鄰居發現、組網控制、路由協議交互等多方面功能，其高昂的協議開銷需要占用大量的數據傳輸帶寬。軟件定義戰術通信網絡中末端節點采用帶寬受限的無線信道實現業務互通，通常情況下業務傳輸帶寬只有幾十kbit/s，無法承載經典的OpenFlow協議。為此，本文從3個方面減少南向接口協議開銷。

1）協議交互的輕量化設計

●UDP承載

標準的南向接口協議要求控制器和交換機之間的主通道必須通過TCP承載，而由于TCP的擁塞處理機制并未針對高丟包、高時延和低帶寬的無線通信環境進行有效優化。因此，無線網絡上承載的TCP非常容易受其擁塞處理機制影響，從而對控制通道的吞吐量帶來不必要的影響，造成控制通道的傳輸性能下降，影響控制器對全網的控制。要使南向接口協議能夠在戰術環境下高效使用，需要將其承載協議調整為UDP。

●消息聚合

對于時間敏感不強的短消息報文，為保證在窄帶條件下的信息傳輸效率，可以在發送端采用消息聚合的方式實現協議報文的高效傳輸。消息聚合程度結合無線信道時隙寬度制定，可以最大程度地提高信息傳輸效率。

●協議報文壓縮

數據壓縮技術就是用于減少存儲和傳輸數據字節數。數據壓縮技術按照壓縮前后信息量劃分為無損數據壓縮和有損數據壓縮。無損壓縮沒有信息丟失，可根據壓縮后的數據完全的恢復原來數據，它是一個可逆過程；有損數據壓縮是在保真情形下移除數據的壓縮編碼技術，壓縮后的數據不能完全地恢復為原來數據，它是一個不可逆過程。網絡中傳輸的協議報文經過壓縮和解壓縮之后必須完全重現，需要采用無損壓縮技術。常用的無損壓縮方法有：時間編碼（如游程編碼）、哈夫曼編碼、算術編碼、基于字典編碼（以 LZ 碼為代表）以及Rice 算法等。

本文選取基于字典編碼的LZW（Lempel- Ziv-Welch）壓縮算法和LZJH（Lempel.Ziv.Heath）壓縮算法進行數據壓縮處理。

協議控制報文數據壓縮效果統計見表1，可見對于長度較短的報文，壓縮效果并不明顯；報文長度越長壓縮效果越好，LZJH算法的壓縮效果普遍優于LZW算法。

表1 協議控制報文數據壓縮效果統計

2）局部組網功能本地化

商用SDN中，為增強數據平面設備的開放性與可編程、可定義能力，采用軟件定義與硬件資源解耦的全開放式功能架構，常用的白盒交換機僅實現基于通用硬件平臺支撐的可編程交換與適配通信功能，其通信傳輸資源、交換資源的管理與全局分配均交由上層通信網絡服務組件完成，這種完全依賴網絡服務組件實現組網的架構會在南向控制接口通道中產生大量控制與維護開銷。

戰術通信網絡受傳輸信道帶寬以及穩定性的限制，無法支撐廣義概念中全開放的SDN架構，應該根據戰術通信網絡實際的基礎設施條件與應用需求構建半開放式的SDN架構。具體地，通過讓數據平面的交換設備實現基礎自主路由通信（包括設備接入、傳輸組網控制、路由協議處理以及語音網關服務等功能），一方面可以大大節省集中控制下南向接口協議的開銷，另一方面也能夠在組網控制服務連接質量無法達到要求的情況下保證戰術通信網絡的基礎通信能力。

戰術通信網絡中半開放式的SDN架構基于戰術可編程交換機的自主組網能力，實現功能模塊的控制與協調，而不具體參與功能內部的實現，從而增強交換設備的自主通信能力，減少南向接口協議開銷，將控制器中不依賴集中控制優勢的功能模塊解耦到數據平面。

（2）帶寬資源緊缺下的資源調度手段問題

由于業務傳輸資源總量限制，戰術末端網絡需要從時間、空間上提供更加精細的資源調度手段，以滿足不同種類業務差異化的傳輸服務需求。

1）基于時間片的轉發調度

戰術通信網絡中的指揮命令、協同作戰數據往往是具有較高實時性要求的短報文，在戰術末端網絡中通信帶寬受限的情況下，擬采用基于時間片的時隙分配與轉發調度相結合的方案。

首先，基于以太網同步授時方法，可以使全網交換機達到μs級別的高精度的時間同步；面向特定時間敏感端報文的實時性保證調度策略是將無線通道的時隙分配與節點轉發的時間片進行時間排列，以保證報文轉發與傳輸過程中一路綠燈，盡可能少地參與緩存與排隊，從而實現帶寬受限條件下的網絡資源精細調度，提高業務的實時性保證能力。

2）基于分布式存儲的信息分享策略

戰術通信網絡中存在戰場態勢、地圖GIS（geographic information system）數據等共享資源信息，此類信息往往伴隨較大的數據流量，戰術末端窄帶網絡承載該類信息時會導致網絡資源緊張，甚至影響網絡的維護與運行。采用分布式存儲轉發的方式，將共享資源逐跳存儲轉發可以大大降低業務傳輸流量，配合網絡流量監控狀態信息實現網絡閑時轉發，可以保證網絡的正常維護與其他重要業務的傳輸服務質量。

3.1.2 高對抗戰場弱連接環境下的問題分析

SDN采用集中控制的方式能夠最大限度地發揮網絡資源匯聚，基于全局視圖進行綜合決策的優勢。相應地，也同樣將面臨集中控制帶來的網絡穩健性與抗毀能力不足的問題，此問題在戰場高對抗環境下尤為突出。具體表現為，戰場高對抗條件下通信連接的穩定性下降，軟件定義戰術通信網絡在弱連接通信條件下，主要面臨以下幾個問題。

（1）弱連接服務場景的判定

戰場高對抗條件下，通信鏈路的弱連接特效主要由帶寬占用率、時延抖動以及丟包率等參數決定。由于業務數據的丟包與時延抖動有可能因帶寬占用率過高引起，因此，對于弱連接通道的判定標準是針對帶寬占用率不高的通信鏈路，若時延抖動及丟包率達到相對較高水平，則判定為弱連接通道。具體地，應根據戰術通信網絡弱連接的實際應用場景設定相應的帶寬利用率門限、時延抖動門限以及丟包率門限。

（2）弱連接場景下的資源重構

軟件定義戰術通信網絡中通信鏈路分為業務通道及服務連接通道，本文也據此對弱連接場景進行分類定義與分類應對。

對于控制域內少數服務連接通道出現的弱連接現象，可以采用服務連接備份路徑、網絡組網控制服務節點遷移等方式重構網絡資源，形成組網控制服務對全網大多數節點的穩定有效的服務連接。

對于控制域內多數業務通道均出現弱連接的現象時，根據各節點服務連接門限的判定情況，將部分服務連接質量差的節點退化為分布式自主路由組網模式，通過自主路由轉發實現業務基本通信。

3.1.3 高機動作戰場景下的問題分析

未來作戰場景將由部分節點機動作戰向著全域機動作戰發展，節點高機動場景下網絡的抗毀性能、穩健性與適變能力是考查網絡“質量”的關鍵因素。未來戰術網絡在面向帶寬與業務服務質量提升的同時，網絡的穩定性與彈性也將是重要的建設目標之一。高機動作戰場景下，軟件定義戰術通信網絡主要面臨以下兩個問題。

（1）網絡控制域動態管理的問題

高機動、強對抗作戰場景下，常常面臨組網控制服務節點戰毀、節點跨域移動等網絡分域重組的情況。此應用場景下，為了實現快速分域重組，重點應考慮組網控制服務的合理空間部署與分域備份策略。

合理空間部署是通過初始狀態的組網控制服務選舉，實現組網控制服務部署效率最大化。分域備份策略是組網控制服務在進行初始分域的過程中，首先完成與可達交換機之間的連接交互，將所有可達節點作為分域備份節點。隨后，根據鄰居組網控制服務之間的服務連接參數對比協商，確定域間公共節點的分域歸屬問題。

在組網控制服務戰毀、網絡拓撲劇烈變化的情況下，也可能出現部分節點無法與鄰近組網控制服務建立連接，這些節點應保持通過分布式自主路由接入戰術通信網絡的能力，保證數據、語音等基本業務的通信能力。

（2）節點移動性管理問題

前面提到的域間移動性管理只是移動性管理的一個方面，移動網絡管理單元還需要結合用戶位置管理、身份地址管理、網絡切換管理以及業務連續性保證策略等多個方面的技術協同工作，實現戰場環境下移動節點用戶對于網絡變化的弱感知。

具體地，戰術環境下的節點移動性管理方案利用交換機實現移動節點的接入控制，并利用交換機實現對移動節點的位置、用戶身份的實時感知與監控。控制器端的接入控制服務根據上報信息完成對節點移動趨勢的預測，為接入端接入新節點做信道參數規劃方面的預處理，降低節點接入時延。

圖3 節點移動性管理方案示意圖

節點移動性管理方案示意圖如圖3所示，移動接入端由A點往B點移動的過程中，接入節點由交換機1切換成交換機2，為保證移動性接入與跨節點切換過程中移動性管理策略的一致性，本文在原接入節點（交換機1）與新接入節點（交換機2）之間建立管理隧道，實現接入端用戶移動切換控制與協商。

另一方面，當接入端移動節點正在與網內其他節點進行業務通信時，戰術傳輸服務將根據移動性預測結果為新接入節點預先生成新的業務傳輸規劃路徑，在完成節點移動切換之后，新的業務傳輸路徑流表生效需要一定的時間，在此期間，管理隧道可以實現接入端業務的由新接入節點到原接入節點的重定向，保證業務沿著原有規劃路徑轉發，待新路徑流表完全生效之后，可實現業務新老路徑的無縫切換，以保證移動節點業務的連續性。

3.2 基于SDN的戰術通信網絡架構設計

新一代軟件定義戰術通信網絡基于資源化、虛擬化、軟件化和服務化的思想，構建“礎通信資源—通信網絡控制—上層應用”開放式層次架構。通過對基礎通信資源的量化、描述與封裝實現控制與轉發的分離以及軟件定義功能與異構硬件資源的解耦；以面向服務的方式實現網絡控制功能的服務化封裝，以網絡內生的功能向上層應用提供服務質量保證。軟件定義戰術網絡架構如圖4所示，軟件定義戰術網絡可分為基礎資源層、網絡服務層與應用層。

圖4中業務數據通過資源接入進入可編程轉發，通過字段匹配進行業務數據的轉發；路由協議數據或其他交互業務數據通過雙控制平面的分布式交互轉發；東西向協議數據通過集中式轉發，應用層與服務層數據通過北向接口進行應用通信。接入控制服務通過收集資源接入設備的帶寬、當前通信狀態、鏈路時延等信息，統一資源管控模塊根據收到的各信道設備的信息進行統一計算，當判斷當前鏈路處于高動態、低帶寬、弱連接狀態時及時通告組網控制服務和業務傳輸服務，將當前拓撲信息進行備份，在業務數據到達時按照備份的原拓撲信息進行流表轉發，并且業務傳輸服務在鏈路狀態不好的情況下執行數據重傳，實現業務數據的不間斷傳輸，除非鏈路中斷超過一定時間后才中斷業務數據的傳輸，即統一資源管控模塊將對信道設備的資源狀態進行動態調整，以供組網控制服務和業務傳輸服務進行針對性的處理。

圖4 軟件定義戰術網絡架構

3.3 應用設想

戰術通信網涵蓋了天、空、海、陸等多個應用場景，天基通信網包括帶寬較為充裕且拓撲相對穩定的天基骨干網和帶寬較低的天基接入網，空基通信網絡涵蓋了包括空中作戰通信網和無人中繼通信網等，陸、海因地理位置復雜多變，分為骨干網和接入網。不論是戰術通信骨干網還是接入網，與民用固定式高帶寬網絡不同，采用SDN集中受控組網的架構構建戰術通信網絡具有先天性的帶寬劣勢，但考慮SDN架構網絡具有資源調度靈活高效、業務傳輸服務質量可保障、網絡架構彈性適變等優勢，可以解決傳統戰術通信網絡的諸多問題[15,18]，結合第3節中對基于SDN的戰術通信網絡構建可行性的分析與研究結果，表明通過邏輯集中式與物理分布式相結合的方式將SDN的思想應用到軍事通信領域是可行的。基于SDN的軍事應用場景設想如圖5所示，可以在帶寬和鏈路資源充足的條件下采用受控組網的方式，通過集中資源調度實現資源的靈活分配和高效轉發；在上層業務對資源需求不太大的場景下采用分布式架構實現網絡的靈活組網。

圖4中SDN架構提出的雙控制平面思想即滿足傳統分布式架構下的業務傳輸服務，同時也滿足在資源余量較多的情況下集中式控制傳輸，提高資源傳輸效率。在圖5中，面向天、空、海、陸的軍事應用場景中，有帶寬較高的海陸骨干網、空骨干網、天骨干網，可以采用集中控制實現資源的高效調度，在帶寬較低的接入網中，如果帶寬資源低到無法滿足集中受控條件下協議的完整性交互，則采用傳統分布式控制進行業務傳輸。

3.4 測試平臺構建

為驗證基于SDN技術構建的戰術通信網絡效能，可通過模擬實際戰場通信環境，利用實體設備與OPNET仿真平臺構建半實物仿真網絡，其中交換機設備為資源層標準交換機設備，對外統一采用以太網接口實現本地終端與信道傳輸設備接入，各節點之間采用甚高頻（very high frequency，VHF）、特高頻（ultra high frequency，UHF）等窄帶無線手段組網，仿真網絡可通過信道仿真模塊模擬戰場高動態、低帶寬和弱連接環境，各類型網絡與應用服務采用軟件模塊化、分布式的方式部署在各節點服務器中，可隨時加載啟用或掛起。軟件定義戰術網絡半實物仿真拓撲構建如圖6所示。

圖5 基于SDN的軍事應用場景設想

圖6的拓撲中，交換機設備自主可實現分布式路由組網，待控制器中組網控制服務開啟之后，將與各節點建立服務連接并獲取全局資源視圖，完成網絡分域。基于集中控制策略下的模擬戰術通信網絡，可實現網絡運維管理、業務區分傳輸、語音端到端通信、節點名址映射等應用，并由各服務軟件模塊保證服務質量。部分網絡通信手段產生的情況下，基于集中控制策略下模擬戰術通信網絡，可實現網絡動態分域調整，模擬測試高動態、低帶寬以及弱連接環境下的集中式與分布式混合組網的網絡性能。

圖6 軟件定義戰術網絡半實物仿真拓撲構建

4 結束語

SDN因其具有開放網絡架構特性，可以為用戶提供全局視圖，網絡的彈性適變能力和資源管控能力更強，使其在多個民用領域得到較好的應用[19-20]。戰術通信網因具其有高動態、低帶寬、弱連接等諸多先天性劣勢，SDN在戰術通信領域的研究相比民用較少，外軍將SDN技術在戰術通信網中進行了相關應用，使用SDN受控轉發、協同控制、基于全局的高效資源利用、網絡靈活性等諸多優勢構建了其戰術SDN通信網絡。本文基于現有戰術通信網絡特點及問題分析對SDN技術應用于軍事通信領域的可行性進行了分析，并提出了可行性方案及應用方向，成果可為基于戰術通信SDN架構的應用提供參考，針對本文提出的架構進行大規模仿真驗證并應用到實際戰術場景下是后續需要研究的方向。

[1] 劉臺, 楊林, 劉進軍, 等. SDN在低帶寬戰術通信場景下的應用[J]. 移動通信, 2020, 44(7): 60-66.

LIU T, YANG L, LIU J J, et al. The application of SDN in low-bandwidth tactical communication scenario[J]. Mobile Communications, 2020, 44(7): 60-66.

[2] 張樂, 吳艷芹, 張珂, 等. SDN協同控制器的智能內生技術研究與實現[J]. 電信科學, 2021, 37(12): 101-109.

ZHANG L, WU Y Q, ZHANG K, et al. Research and implementation of intelligent endogenous technology for SDN cooperative controller[J]. Telecommunications Science, 2021, 37(12): 101-109.

[3] 周東. SDN交換機與傳統交換機的架構與性能比較[J].電子技術與軟件工程, 2017, 39(69), 37-39.

ZHOU D. Architecture and performance comparison of SDN switches[J]. Electronic Technology and Software Engineering, 2017, 39 (69), 37-39.

[4] 徐賓偉. SDN與傳統IP網絡互聯架構的設計與實現[D]. 成都: 電子科技大學, 2015.

XU B W. Design and implementation of SDN and traditional IP network interconnection architecture[D]. Chengdu: University of Electronics Science and Technology of China, 2015.

[5] MISHRA V, VERMA D, WILLIAMS C. Leveraging SDN for cyber situational awareness in coalition tactical networks[C]// Proceedings of IST-148 Meeting. 2016: 1–9.

[6] NOBRE J, ROSARIO D, BOTH C, et al. Toward software-defined battlefield networking[J]. IEEE Communications Magazine, 2016, 54(10): 152-157.

[7] SPENCER J, WORTHINGTON O, HANCOCK R, et al. Towards a tactical software defined network[C]//Proceedings of 2016 International Conference on Military Communications and Information Systems (ICMCIS). Piscataway: IEEE Press, 2016: 1-7.

[8] SPENCER J, WILLINK T. SDN in coalition tactical networks[C]//Proceedings of MILCOM 2016 - 2016 IEEE Military Communications Conference. Piscataway: IEEE Press, 2016: 1053-1058.

[9] PHEMIUS K, SEDDAR J, BOUET M, et al. Bringing SDN to the edge of tactical networks[C]//Proceedings of MILCOM 2016 - 2016 IEEE Military Communications Conference. Piscataway: IEEE Press, 2016: 1047-1052.

[10] CHEKIRED D A, KHOUKHI L. Distributed SDN-based C4ISR communications: a delay-tolerant network for trusted tactical cloudlets[C]//Proceedings of 2019 International Conference on Military Communications and Information Systems (ICMCIS). Piscataway: IEEE Press, 2019: 1-7.

[11] LI G, XIANG Q, DEARLOVE C, et al. A self-organizing SDN architecture for mobile tactical edge networks[Z]. 2018.

[12] POULARAKIS K, IOSIFIDIS G, TASSIULAS L. SDN-enabled tactical Ad Hoc networks: extending programmable control to the edge[J]. IEEE Communications Magazine, 2018, 56(7): 132-138.

[13] POULARAKIS K, QIN Q F, NAHUM E M, et al. Flexible SDN control in tactical Ad Hoc networks[J]. Ad Hoc Networks, 2018(85): 71-80.

[14] MARCUS K M, CHAN K S, HARDY R L, et al. An environment for tactical SDN experimentation[C]//Proceedings of MILCOM 2018 - 2018 IEEE Military Communications Conference. Piscataway: IEEE Press, 2018: 1-9.

[15] 張衛鋒. 深度解析SDN[M]. 北京: 電子工業出版社, 2014: 66-77.

ZHANG W F. Depth-resolved SDN[M]. Beijing: Publishing House of Electronics Industry, 2014:66-77.

[16] 姚赟. SD-WAN組網產品發展實踐淺析[J]. 電信科學, 2020, 36(S1):152-158.

YAO Y. A brief analysis on the development practice of SD-WAN network products[J]. Telecommunications Science, 2020, 36 (S1): 152-158.

[17] 劉臺, 王一鳴, 張希杰, 等. 一種戰術通信數據組播實現方法[J].電訊技術, 2022: 1-8.

LIU T, WANG Y M, ZHANG X J, et al. A implementation method of tactical communication data multicast [J]. Telecommunications Technology, 2022: 1-8.

[18] 程武林. 基于F-Stack的SDN控制器的研究和實現[D]. 北京: 北京郵電大學, 2021.

CHENG W L. Research and implementation of the SDN controller based on F-Stack[D]. Beijing: Beijing University of Posts and Telecommunications, 2021.

[19] ANDERSON D. An investigation into the use of software defined networking controllers in aerial networks[C]//Proceedings of MILCOM 2017 - 2017 IEEE Military Communications Conference (MILCOM). Piscataway: IEEE Press, 2017: 285-290.

[20] BIFULCO R, BOITE J, BOUET M, et al. Improving SDN with Inspired switches[C]//Proceedings of the Symposium on SDN Research. New York: ACM Press, 2015: 1-12.

Research on SDN based tactical communication network architecture

LIU Tai, ZHU Chao, CHENG Yi, WANG Yiming

Wuhan Zhongyuan Electronics Group Co., Ltd., Wuhan 430205, China

Tactical communication networks has high dynamic, weak connection, low bandwidth, multi-link backup, SDN (software defined network) technology decouples from hardware and software through traditional network control devices, software the core control functions, get a global view through centralized control policies, so as to realize the flexible scheduling of resources and the efficient utilization of channel resources, promote the development of tactical communication networks more intelligent and flexible adaptive. The development status and advantages of software defined network were firstly introduced, the problems of traditional architecture of tactical communication networks were analyzed, including the application of SDN in the field of foreign military tactical communication. Then, the feasible idea of the application of SDN in the field of military communication was put forward, as well as the application scenarios were conceived. Finally, the feasibility of the application of SDN in military communication was summarized.

tactical communication network, SDN, centralized control, elastic network, service-oriented network

TP393

A

10.11959/j.issn.1000–0801.2022236

2022–04–14；

2022–08–10

國防科技創新特區163計劃項目（No.1916317ZD00701901）

The National Defense Science and Technology Innovation Special Economic Zone 163 Plan (No.1916317ZD 00701901)

劉臺（1989– ），男，武漢中原電子集團有限公司高級工程師，主要研究方向為戰術網絡通信協議及網絡架構。

朱超（1988– ），男，武漢中原電子集團有限公司高級工程師，主要研究方向為戰術通信語音視頻傳輸。

程意（1992– ），男，武漢中原電子集團有限公司工程師，主要研究方向為戰術通信組網控制服務。

王一鳴（1989– ），男，武漢中原電子集團有限公司工程師，主要研究方向為戰術通信網絡協議及算法。