2013年，Bekmezci等人[1〗在综合无人机系统技术、传感技术、通信组网技术以及移动自组织网(Mobile Ad Hoc Network，MANET)[2〗技术的基础上提出了无人机网络(Flying Ad Hoc Network，FANET)的相关概念，即一种新型的无人机间自组织网络，旨在解决无人机系统的空-空通信和空-地通信及组网等问题。相比于传统的MANET和车载自组织网络(Vehicular Ad Hoc Network,VANET)[3]，FANET的迁移度和拓扑变化程度更高，组网时节点的算力和能耗更少，应用场景更灵活，能较好地适应军、民用领域的信息化需求。
目前，随着各领域网络设备数量的指数级增长，应用需求不断更新，传统基于IP的FANET已无法满足发展需求。在传统的网络模型中，无人机作为网络节点不仅要负责数据的转发，还要负责网络中路由信息的交换与传输。由于无人机自身计算性能和续航能力有限，因此复杂路由协议运行效率也大受限制。并且一旦网络有新业务需求，就要涉及到基础设施相关功能的具体设置与修改。软件定义网络(Software Defined Network，SDN)作为一种新兴网络架构，为以上问题的解决给出了解决方案，这是因为其具备以下几大优势：一是SDN实现了控制平面与数据平面的分离，能够适应网络中服务和应用的具体要求抽象化基础设施，提升网络的灵活性[4]；二是SDN设置了开放的编程接口，方便了网络的配置和管理，简化了网络运营商在网络中部署应用的过程，降低了整体的网络运营成本；三是SDN控制器通过收集转发设备中的网络信息监视网络状态，并能够基于全局路由做出最佳决策，同时还能通过实现逻辑上的集中控制，以提升网络的服务资源利用率[5]。因此，SDN能较好地适应网络中频繁的业务更新和任务拓扑变化，最大限度地降低网络的运营成本，满足FANET的发展需求。
本文基于SD-FANET的架构和算法研究，试图从SDN控制器的部署方式入手对目前SD-FANET的发展现状进行综述，探讨了MEC与SD-FANET结合的可能性。
1 SDN网络架构
如图1所示，SDN架构实现了转发硬件与控制逻辑的分离，使得网络在新协议和新应用的部署、网络的可视化和管理以及中间件在软件控制中的整合变得更加容易[6]。同时SDN架构设置了逻辑上集中的软件实体，即SDN控制器，以承担网络操作系统的任务，同时还能为转发设备、交换机和路由器提供集成接口，极大地简化了网络管理，减少了在分散的具体设备上执行策略和运行协议的过程，提升了网络的可编程性、灵活性和扩展性[7]。
图1 SDN网络与传统网络对比
制定SDN标准接口的权威组织开放网络基金会(Open Networking Foundation,ONF)给出了典型的SDN架构，如图2所示。
图2 ONF提出的SDN架构
该架构由上至下依次为应用平面、控制平面和数据平面。数据平面包含了各类网络元素和基础设施，负责建立连接不同规则的数据通路；控制平面则包含逻辑集中的SDN控制器，负责整个网络的维护与管理；应用平面承载着各式各样的应用，利用北向接口(Northbound Interface,NBI)接口向控制平面不断更新需求和网络状态，而用户则无需关心底层基础设施的技术细节，只需要通过简单的编程对新应用进行快速部署，进而实现网络功能的定制化[8]。控制平面与数据平面之间则采用控制数据平面接口(Control-data-plane Interface,CDPI)进行通信，主要是依靠OpenFlow协议[9]。该协议是一种与厂商无关的协议，主要描述了如何对数据平面的交换机进行编程，并不影响数据平面以上的逻辑。
SD-FANET的具体架构如图3所示，网络中应用平台和控制平台设置在地面控制中心，而数据平面主要由无人机群和卫星网络构成。在该架构中，无人机可以通过卫星网络或地面基站与控制平面进行通信，而控制平面则基于地面网络，管理与控制所有的无人机。由于无人机可以和控制器进行绑定，因此单个无人机能够通过与控制平面通信获取全局网络拓扑结构。
图3 SD-FANET架构[10]
2 SDN在FANET中的应用
2.1 SDN在传统移动自组织网络中的应用
由于SDN具有网络管理简单、可编程性、逻辑集中等特点，因此在不同类型的移动自组织网络中均有所应用。文献[11]研究了SDN在战术MANET中的应用，针对存在多个SDN控制器的网络架构中控制器之间的网络状态信息难以协调的问题，提出了一种SDN控制器分级部署方式，将控制器分为全局控制器、区域控制器和协同控制器三级，每一级的控制器被赋予了不同的定位，并根据对应的应用需求和能力要求进行设计。文献[12]则研究探析了SDN在天基信息网络中应用的可能性，具体做法是在利用空间网络化技术实现天地骨干互联互通的同时，简化、分离网络基础设施的控制功能，在各层网络中引入控制网元，实现由软件对全网资源的集中配置、调度和管理。
