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2013年，Bekmezci等人[1〗在綜合無人機系統技術、傳感技術、通信組網技術以及移動自組織網(Mobile Ad Hoc Network，MANET)[2〗技術的基礎上提出了無人機網絡(Flying Ad Hoc Network，FANET)的相關概念，即一種新型的無人機間自組織網絡，旨在解決無人機系統的空-空通信和空-地通信及組網等問題。相比于傳統的MANET和車載自組織網絡(Vehicular Ad Hoc Network,VANET)[3]，FANET的遷移度和拓撲變化程度更高，組網時節點的算力和能耗更少，應用場景更靈活，能較好地適應軍、民用領域的信息化需求。
目前，隨著各領域網絡設備數量的指數級增長，應用需求不斷更新，傳統基于IP的FANET已無法滿足發展需求。在傳統的網絡模型中，無人機作為網絡節點不僅要負責數據的轉發，還要負責網絡中路由信息的交換與傳輸。由于無人機自身計算性能和續航能力有限，因此復雜路由協議運行效率也大受限制。并且一旦網絡有新業務需求，就要涉及到基礎設施相關功能的具體設置與修改。軟件定義網絡(Software Defined Network，SDN)作為一種新興網絡架構，為以上問題的解決給出了解決方案，這是因為其具備以下幾大優勢：一是SDN實現了控制平面與數據平面的分離，能夠適應網絡中服務和應用的具體要求抽象化基礎設施，提升網絡的靈活性[4]；二是SDN設置了開放的編程接口，方便了網絡的配置和管理，簡化了網絡運營商在網絡中部署應用的過程，降低了整體的網絡運營成本；三是SDN控制器通過收集轉發設備中的網絡信息監視網絡狀態，并能夠基于全局路由做出最佳決策，同時還能通過實現邏輯上的集中控制，以提升網絡的服務資源利用率[5]。因此，SDN能較好地適應網絡中頻繁的業務更新和任務拓撲變化，最大限度地降低網絡的運營成本，滿足FANET的發展需求。
本文基于SD-FANET的架構和算法研究，試圖從SDN控制器的部署方式入手對目前SD-FANET的發展現狀進行綜述，探討了MEC與SD-FANET結合的可能性。
1 SDN網絡架構
如圖1所示，SDN架構實現了轉發硬件與控制邏輯的分離，使得網絡在新協議和新應用的部署、網絡的可視化和管理以及中間件在軟件控制中的整合變得更加容易[6]。同時SDN架構設置了邏輯上集中的軟件實體，即SDN控制器，以承擔網絡操作系統的任務，同時還能為轉發設備、交換機和路由器提供集成接口，極大地簡化了網絡管理，減少了在分散的具體設備上執行策略和運行協議的過程，提升了網絡的可編程性、靈活性和擴展性[7]。
圖1 SDN網絡與傳統網絡對比
制定SDN標準接口的權威組織開放網絡基金會(Open Networking Foundation,ONF)給出了典型的SDN架構，如圖2所示。
圖2 ONF提出的SDN架構
該架構由上至下依次為應用平面、控制平面和數據平面。數據平面包含了各類網絡元素和基礎設施，負責建立連接不同規則的數據通路；控制平面則包含邏輯集中的SDN控制器，負責整個網絡的維護與管理；應用平面承載著各式各樣的應用，利用北向接口(Northbound Interface,NBI)接口向控制平面不斷更新需求和網絡狀態，而用戶則無需關心底層基礎設施的技術細節，只需要通過簡單的編程對新應用進行快速部署，進而實現網絡功能的定制化[8]。控制平面與數據平面之間則采用控制數據平面接口(Control-data-plane Interface,CDPI)進行通信，主要是依靠OpenFlow協議[9]。該協議是一種與廠商無關的協議，主要描述了如何對數據平面的交換機進行編程，并不影響數據平面以上的邏輯。
SD-FANET的具體架構如圖3所示，網絡中應用平臺和控制平臺設置在地面控制中心，而數據平面主要由無人機群和衛星網絡構成。在該架構中，無人機可以通過衛星網絡或地面基站與控制平面進行通信，而控制平面則基于地面網絡，管理與控制所有的無人機。由于無人機可以和控制器進行綁定，因此單個無人機能夠通過與控制平面通信獲取全局網絡拓撲結構。
圖3 SD-FANET架構[10]
2 SDN在FANET中的應用
2.1 SDN在傳統移動自組織網絡中的應用
由于SDN具有網絡管理簡單、可編程性、邏輯集中等特點，因此在不同類型的移動自組織網絡中均有所應用。文獻[11]研究了SDN在戰術MANET中的應用，針對存在多個SDN控制器的網絡架構中控制器之間的網絡狀態信息難以協調的問題，提出了一種SDN控制器分級部署方式，將控制器分為全局控制器、區域控制器和協同控制器三級，每一級的控制器被賦予了不同的定位，并根據對應的應用需求和能力要求進行設計。文獻[12]則研究探析了SDN在天基信息網絡中應用的可能性，具體做法是在利用空間網絡化技術實現天地骨干互聯互通的同時，簡化、分離網絡基礎設施的控制功能，在各層網絡中引入控制網元，實現由軟件對全網資源的集中配置、調度和管理。
