基于OpenFlow協(xié)議的免配置WiFi的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)及組網(wǎng)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及一個(gè)基于OpenFlow協(xié)議的WiFi園區(qū)網(wǎng)的設(shè)計(jì)方法，一種移動(dòng)主機(jī)免配置接入方法，一種移動(dòng)主機(jī)在園區(qū)網(wǎng)漫游中保持會(huì)話不中斷的方法，屬于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]WiFi工作在非許可證無線頻譜，具有低成本和高速率等特點(diǎn)。WiFi技術(shù)覆蓋范圍有限，需要依靠相關(guān)設(shè)施提供網(wǎng)絡(luò)層的端到端連接控制。當(dāng)前普遍采用單跳有設(shè)施的無線局域網(wǎng)架構(gòu)，通過二層交換機(jī)連接多個(gè)接入點(diǎn)(Access Point，AP)。每個(gè)AP配置DHCP服務(wù)為移動(dòng)主機(jī)自動(dòng)分配IP地址。文獻(xiàn)[I]分析了用戶驗(yàn)證問題，提出了 WiFi和WiMax混合組網(wǎng)模式下的無縫移動(dòng)方案。文獻(xiàn)[2]提出了一種WiFi接入點(diǎn)的協(xié)作式選擇方法，以WiF1-Reports格式提供AP的連接數(shù)和性能信息，從而使移動(dòng)主機(jī)有更優(yōu)選擇。上述組網(wǎng)方案中，移動(dòng)主機(jī)的網(wǎng)絡(luò)配置和移動(dòng)通信范圍限制較多。一旦移動(dòng)主機(jī)關(guān)聯(lián)了新的AP，其使用的網(wǎng)絡(luò)配置(如IP地址等)需要重新配置，因此，移動(dòng)主機(jī)無法在切換AP的情況下實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信。
[0003]軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Sof tware-Def ined Networking，SDN)，將交換機(jī)功能分離為控制平面和轉(zhuǎn)發(fā)平面，由控制器提供集中式的邏輯控制mWpenFlow是最著名的符合SDN規(guī)范的通信協(xié)議，目前已在有線網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域得到了應(yīng)用[4]。目前有多個(gè)將SDN用于無線組網(wǎng)的研究方案。其中，文獻(xiàn)[5]中提出了OpenRad1，使用可編程內(nèi)容尋址存儲(chǔ)器設(shè)計(jì)了接入點(diǎn)AP，從而提供了可編程支持。文獻(xiàn)[6]研究了無線訪問網(wǎng)絡(luò)RAN中頻譜資源的分配問題，通過控制器在多個(gè)基站之間統(tǒng)一分配頻譜資源，從而優(yōu)化頻譜資源的使用效率。文獻(xiàn)[7]中提出了輕型虛擬接入點(diǎn)(Light Virtual Access Point，LVAP)，通過LVAP實(shí)例記錄移動(dòng)主機(jī)和AP的關(guān)聯(lián)信息。上述研究集中在AP的鏈路層接入控制方面，目標(biāo)是將AP功能分解為控制平面和數(shù)據(jù)平面。其問題是需要在AP上開發(fā)專門模塊，不能使用已有的普通AP設(shè)備。
[0004]本發(fā)明設(shè)計(jì)基于OpenFlow的免配置WiFi網(wǎng)絡(luò)，為移動(dòng)主機(jī)提供免配置接入和移動(dòng)通信支持。
[0005]主要參考文獻(xiàn):
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【發(fā)明內(nèi)容】

[0013]發(fā)明目的:本發(fā)明針對(duì)當(dāng)前WiFi園區(qū)網(wǎng)絡(luò)存在的移動(dòng)通信范圍有限、主機(jī)網(wǎng)絡(luò)配置受限等問題，提出了一種支持移動(dòng)主機(jī)免配置接入、切換AP時(shí)保持應(yīng)用連接不中斷的WiFi組網(wǎng)方法。與現(xiàn)有的二層交換機(jī)互聯(lián)AP的WiFi組網(wǎng)方案相比，該方案的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展性更好，移動(dòng)通信的覆蓋范圍更廣。
[0014]技術(shù)方案:一種基于OpenFlow協(xié)議的免配置WiFi的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，包括:
[0015](I)基于OpenFlow網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。部署數(shù)臺(tái)彼此相連的OpenFlow交換機(jī)組成有線網(wǎng)絡(luò)，部署控制器連接OpenFlow交換機(jī)的管理端口，以帶內(nèi)方式實(shí)現(xiàn)控制。
[0016](2)基于WiFi技術(shù)作的網(wǎng)絡(luò)接入方式。根據(jù)所需覆蓋的通信范圍，快速部署一定數(shù)量的無線接入點(diǎn)AP；每個(gè)AP直接連接OpenFlow交換機(jī)端口，為移動(dòng)主機(jī)提供無線接入。
[0017](3)服務(wù)器部署。相關(guān)服務(wù)器直接接入OpenFlow交換機(jī)的轉(zhuǎn)發(fā)端口。
[0018]整個(gè)系統(tǒng)中，控制器提供符合OpenFlow規(guī)范的功能，維護(hù)配置信息表、網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浜陀?jì)算通信路由等?；贠penFlow協(xié)議，所支持的配置信息包括主機(jī)的網(wǎng)卡硬件地址(即MAC地址)、接入端口、IP地址和協(xié)議端口等。OpenFlow交換機(jī)基于自身流表轉(zhuǎn)發(fā)分組，將未匹配分組轉(zhuǎn)發(fā)至控制器。接入點(diǎn)AP提供WiFi接入，配置SSID和加密方式實(shí)現(xiàn)接入控制。移動(dòng)主機(jī)MH運(yùn)行基于Socket的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，維持在歸屬網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)配置。當(dāng)移動(dòng)主機(jī)MH在不同AP之間切換時(shí)，可基于信號(hào)強(qiáng)度自動(dòng)關(guān)聯(lián)合適的AP或由人工方式關(guān)聯(lián)某個(gè)AP。服務(wù)器Server具有公開的IP地址，并基于Socket提供信息服務(wù)，與OpenFlow交換機(jī)直接連接。
[0019]一種基于OpenF I ow協(xié)議的免配置WiF i的組網(wǎng)方法，包括:
[°02°] (I)選擇OpenFlow網(wǎng)絡(luò)作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)施。部署數(shù)臺(tái)彼此相連的OpenFlow交換機(jī)組成有線網(wǎng)絡(luò)，部署控制器控制OpenFlow交換機(jī)。
[0021](2)選擇WiFi技術(shù)作為網(wǎng)絡(luò)接入方式。根據(jù)所需覆蓋的通信范圍，快速部署一定數(shù)量的無線接入點(diǎn)AP；每個(gè)AP直接連接OpenFlow交換機(jī)端口，為移動(dòng)主機(jī)提供無線接入。
[0022 ] (3)服務(wù)器部署。相關(guān)服務(wù)器直接與OpenFlow交換機(jī)相連。
[0023]為描述本發(fā)明涉及的相關(guān)原理，引入如下定義。
[0024]定義1:應(yīng)用連接App:移動(dòng)主機(jī)MH與服務(wù)器S之間某個(gè)應(yīng)用的連接，標(biāo)記為:
[0025]App: = { ΙΡμη, Ρογ?μη, IPs, Ports}(I)
[0026]其中IPmh表示移動(dòng)主機(jī)MH的IP地址，PortMH表示移動(dòng)主機(jī)MH上運(yùn)行的應(yīng)用程序使用的端口號(hào)。IPs表示服務(wù)器S的IP地址，Ports表示服務(wù)器S上運(yùn)行的應(yīng)用程序的端口號(hào)。一個(gè)基于Socket開發(fā)的應(yīng)用程序，保持連接不中斷的前提是這4元組不改變。
[0027]定義2:應(yīng)用流How1:—組具有相同首部屬性的分組集合，代表屬于應(yīng)用i的分組序列。
[0028]基于OpenFlow協(xié)議規(guī)范，交換機(jī)可以按照公式(2)標(biāo)記移動(dòng)主機(jī)MH發(fā)送到服務(wù)器S的應(yīng)用流。
[0029]f low: = {Inport ,MACmh,MACs, ΙΡμη,Ρογ?μη, IPs,Ports} (2)
[0030]其中，Inport表示主機(jī)在交換機(jī)的輸入接口，MACmh表示移動(dòng)主機(jī)的MAC地址。MACs表示服務(wù)器的MAC地址。其他符號(hào)的含義同定義I。
[O O31 ] 定義3:流表項(xiàng)f 1 W i t e m: O P e n F1 W交換機(jī)內(nèi)部的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)形式如(3)所不O
[0032]flowltem:=(flow,act1n)(3)
[0033]其中，flow的含義如定義2，act1n表示執(zhí)行的操作，包括轉(zhuǎn)發(fā)到某個(gè)端口，修改分組首部等。
[0034]移動(dòng)主機(jī)1出與服務(wù)器S之間的通信流程為:
[0035]當(dāng)移動(dòng)主機(jī)MHi關(guān)聯(lián)接入點(diǎn)APij并接入網(wǎng)絡(luò)后，移動(dòng)主機(jī)MHi與服務(wù)器的連接請(qǐng)求分組(即Request)到達(dá)OpenFlow交換機(jī)OFSi WpenFlow交換機(jī)OFSi無法將連接請(qǐng)求分組與內(nèi)部流表項(xiàng)匹配，就向控制器轉(zhuǎn)發(fā)該請(qǐng)求分組(即Packet-1n Message)。若控制器鑒別移動(dòng)主機(jī)MH1身份后，用配置信息表記錄它的當(dāng)前接入位置(如經(jīng)OFS1的端口 I);控制器計(jì)算出移動(dòng)主機(jī)腿工到達(dá)服務(wù)器S的轉(zhuǎn)發(fā)路徑，向位于轉(zhuǎn)發(fā)路徑上的相關(guān)交換機(jī)(OFShOFS3)下發(fā)流表；此后，移動(dòng)主機(jī)冊(cè)^與服務(wù)器S能夠建立應(yīng)用連接并進(jìn)行通信，傳輸相關(guān)數(shù)據(jù)分組(S卩Data)。
[0036]該網(wǎng)絡(luò)支持移動(dòng)主機(jī)的免配置接入。對(duì)網(wǎng)絡(luò)中的移動(dòng)主機(jī)和服務(wù)器，其上可以運(yùn)行多個(gè)不同的應(yīng)用程序。如果控制器使用MAC地址代表主機(jī)名字，使用(2)標(biāo)記應(yīng)用流，其應(yīng)用程序的路徑?jīng)Q策無需移動(dòng)主機(jī)的IP地址參與。因此，無論移動(dòng)主機(jī)原來屬于哪個(gè)歸屬網(wǎng)絡(luò)，建立應(yīng)用連接的過程都無需改變