CN103327529A - 针对移动通信网络的OpenFlow协议架构及业务分片处理方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构，具体涉及移动通信网络领域。该架构包括：控制器模块、资源池模块、核心网模块、服务节点模块和终端模块，控制器模块、核心网模块、服务节点模块和终端模块依次相连，控制器模块和资源池模块相连。本发明还提供了一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构的业务分片处理方法。本发明针对移动通信网络中不同业务的分片问题，解决了将OpenFlow协议架构应用到Open RAN架构的问题；使得移动通信网络对于不同业务有着更好的开放性和适应性，以满足网络环境日益复杂的服务需求。
Description
技术领域
本发明涉及移动通信网络领域，具体涉及一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构及业务分片处理方法。
背景技术
随着移动通信网络的快速发展，人们对于数据传输质量的要求在不断提高，网络规模也在不断增加,网络架构在不断变得复杂。如何利用现有技术实现技术创新，创造出更快、更高效、更可靠的通信网络系统就显得尤为重要。OpenFlow最早是由斯坦福大学的Nick Mckeown提出来的对传统互联网有着革命性创新的技术，利用OpenFlow可以实现Software Defined Network（SDN）、并且拥有更加灵活的分组处理、分组归类、并支持包头压缩与解压缩等功能。总的来说OpenFlow就是一套开放接口、支持控制的交换标准。有了这一控制机制，网络才可以实现真正的智能、高效、可控。另外，OpenFlow还实现了数据传输和数据管理的分层处理，这样做可以大大简化网络的管理和底层的数据通道，并且可以通过在控制器上自由调用底层的API来实现各种功能和网络的创新设计。这些都得益于OpenFlow给网络带来的革命性的创新。
随着OpenFlow在计算机网络如火如荼的发展，如何把这项创新性的技术应用在移动通信中就显得十分必要。不仅有固网的，移动互联网领域的相关产品也开始纷纷试水。虽然移动通信网络与计算机互联网有所不同，但是通过本发明发现将OpenFlow适应性应用于移动通信网络是十分可行可靠的。并且在全球4G的快速发展下，相信此发明可以给未来网络发展和融合发展起到积极的推动作用。另外，OpenRAN架构具有开放性和可控性，是OpenFlow在移动通信网络中实现SDN的主要技术手段。
目前，移动通信领域尚没有成熟的协议如OpenFlow来支持SDN在Open RAN的实现，从而达到通过软件来进行集中管理并且运用抽象的开发模型进行各种研究与尝试。所以本发明推动了OpenFlow在移动通信网络中的应用。
发明内容
（一）解决的技术问题
针对现有技术的不足，本发明提供一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构及业务分片处理方法，针对移动通信网络中不同业务的分片问题，解决了将OpenFlow应用到Open RAN架构的问题。
（二）技术方案
为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：
一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构，包含以下模块：控制器模块、资源池模块、核心网模块、服务节点模块和终端模块，控制器模块、核心网模块、服务节点模块和终端模块块依次相连，控制器模块和资源池模块相连；
其中，
控制器模块：实现网络管理的任务，具体为配置管理各个网关，接收来自终端模块的消息，以及控制数据流从网关的发送；
资源池模块：为控制器模块提供对于网络物理资源的不同观测和抽象分析，针对终端模块不同的服务质量需求为终端模块分配资源；
核心网模块：控制终端模块和建立承载服务的功能；
服务节点模块：连接核心网模块与终端模块，为终端模块提供服务；
终端模块：为特定移动通信网络中的用户。
其中，所述服务节点模块之间通过X2接口相连，所述服务节点模块与所述核心网模块通过S1接口相连。
本发明还提供了一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构的业务分片处理方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1、将控制器模块与核心网模块相连接；
S2、完成所述控制器模块与所述核心网模块的连接后，针对终端模块不同的服务质量需求，通过服务节点模块或者所述控制器模块来进行终端模块承载服务的建立。
其中，步骤S1包含以下步骤：
S11、所述控制器模块与所述核心网模块中之间互相发送携带通信系统所支持的最高协议版本的OFPT_HELLO消息给对方；
S12、如果所述最高协议版本被所述控制器模块和所述核心网模块同时支持，则所述控制器模块与所述核心网模块连接成功；如果所述最高协议版本不能被所述控制器模块和所述核心网模块同时支持，则所述核心网模块发送携带连接失败原因的OFPT_ERROR消息给所述控制器模块，并且终止所述控制器模块与所述核心网模块的连接；
S13、与步骤S12同步，当所述控制器模块与所述核心网模块连接发生异常时,所述核心网模块先尝试连接备份控制器模块，如果多次尝试连接均失败，所述核心网模块将会进入紧急模式，放弃掉所述控制器模块所有数据流和信息的发送与接收；当所述核心网模块再次与所述控制器连接时，现存的流表项将会被保留。
其中，步骤S2包含以下步骤：
S21、所述终端模块首先对周围无线环境进行测量，然后基于信道状况和所述终端模块的服务质量需求选择服务节点模块，并与优选出的服务节点模块完成初始化同步连接；
S22、所述终端模块的服务请求被所述服务节点模块所处理，如果所述服务节点模块有与所述终端模块的服务请求匹配的流表项，则直接通过所述服务节点模块来建立承载服务；
S23、否则，将会发送Packet-in消息经过所述核心网模块到所述控制器模块；所述控制器模块搜索资源池模块中的信息，针对承载服务请求，进行可用无线资源的分配；如果能够达到所述终端模块所需的服务质量需求门限，所述控制器模块将会发送携带分配不同承载级的DCM消息给所述核心网模块中的PDN网关来进行资源分配，并进行承载配置工作；
S24、所述核心网模块中的PDN网关根据DCM信息，发送IM消息给所述核心网模块中的服务网关，提供承载服务建立所需的QoS信息和上行业务流模板的信息，并进行承载配置工作；
S25、所述服务网关将IM消息作为BSR消息发送给所述服务节点模块，并进行承载配置工作，
其中，IM消息携带了承载服务的QoS、上行业务流模板和EPS承载标识信息；
S26、所述服务节点模块根据BSR消息对数据流进行调度以保证该承载服务建立所需的QoS，进行承载配置工作，然后发送RRCM消息到所述终端模块，从而建立无线承载服务；
S27、所述服务节点模块收到所述终端模块发送的RRCCRM消息来确保承载服务建立所需的信息，并且由所述服务节点模块发送携带承载正确建立信息的CM消息经过所述核心网模块到所述控制器模块，完成终端模块承载服务的建立。
其中，步骤S21中所述对周围的无线环境进行测量包括对周围基站所能提供的发射功率、带宽和天线单元的测量。
其中，步骤S23中，在所述终端模块的服务请求为GBR时，Packet-in消息为VoIP Service服务请求；在所述终端模块的服务请求为Non-GBR时，Packet-in消息为Data Service服务请求。
其中，如果所述终端模块的服务质量需求为GBR时，在承载服务成功建立之后，所述控制器模块为GBR分配专用的传输资源，来确保传输速率的高速性。
其中，所述控制器模块为GBR分配的专用传输资源为通过微蜂窝、微微蜂窝、毫微微蜂窝、中继站点、无线局域网接入点或60GHz接入点来传输数据流给所述终端模块。
其中，如果所述终端模块的服务质量需求为Non-GBR时，在承载服务成功建立之后，所述控制器模块通过宏蜂窝来传输数据流给所述终端模块。
（三）有益效果
本发明通过提供一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构及业务分片处理方法，将应用于互联网的OpenFlow协议架构改进以应用到Open RAN架构中，使得移动通信网络针对不同业务有着更好的开放性和适应性，以满足网络环境日益复杂的服务需求。
附图说明
图1为本发明一种实施例针对移动通信网络的OpenFlow协议架构的示意图；
图2为本发明一种实施例针对移动通信网络的OpenFlow协议架构的结构示意图；
图3为本发明一种实施例针对移动通信网络的OpenFlow协议架构的业务分片处理方法流程图；
图4为本发明一种实施例针对移动通信网络的OpenFlow协议架构的业务分片处理方法示意图；
图5为本发明一种实施例的业务分片处理流程图。
图6为本发明一种实施例的业务匹配流程图；
图7为本发明一种实施例的语音服务建立示意图；
图8为本发明一种实施例的数据服务建立示意图。
具体实施方式
下面对于本发明所提出的一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构及业务分片处理方法，结合附图和实施例详细说明。
实施例1：
如图1和图2所示，一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构，包含以下模块：控制器模块、资源池模块、核心网模块、服务节点模块和终端模块，控制器模块、核心网模块、服务节点模块和终端模块块依次相连，控制器模块和资源池模块相连；
其中，
控制器模块：实现网络管理的任务，具体为配置管理各个网关，接收来自终端模块的消息，以及控制数据流从网关的发送；
资源池模块：为控制器模块提供对于网络物理资源的不同观测和抽象分析，针对终端模块不同的服务质量需求为终端模块分配资源；其中，所述观测和抽象分析是基于轮询搜索算法实现的，从而达到网络更加高效，资源利用最大化的效果。
核心网模块：控制终端模块和建立承载服务的功能；
服务节点模块：连接核心网模块与终端模块，为终端模块提供服务；
终端模块：为特定移动通信网络中的用户。
其中，所述服务节点模块之间通过X2接口相连，所述服务节点模块与所述核心网模块通过S1接口相连。
如图3和图4所示，本实施例提供了一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构的业务分片处理方法，包含以下步骤：
S1、将控制器模块与核心网模块相连接；
S11、所述控制器模块与所述核心网模块中之间互相发送携带通信系统所支持的最高协议版本的OFPT_HELLO消息给对方；
S12、如果所述最高协议版本被所述控制器模块和所述核心网模块同时支持，则所述控制器模块与所述核心网模块连接成功；如果所述最高协议版本不能被所述控制器模块和所述核心网模块同时支持，则所述核心网模块发送携带连接失败原因的OFPT_ERROR消息给所述控制器模块，并且终止所述控制器模块与所述核心网模块的连接；
S13、与步骤S12同步，当所述控制器模块与所述核心网模块连接发生异常时,所述核心网模块先尝试连接备份控制器模块，如果多次尝试连接均失败，所述核心网模块将会进入紧急模式，放弃掉所述控制器模块所有数据流和信息的发送与接收；当所述核心网模块再次与所述控制器连接时，现存的流表项将会被保留；如果有需要的话控制器将会删除这些流表项。
S2、完成所述控制器模块与所述核心网模块的连接后，针对终端模块不同的服务质量需求，通过服务节点模块或者所述控制器模块来进行终端模块承载服务的建立。
S21、所述终端模块首先对周围无线环境进行测量，然后基于信道状况和所述终端模块的服务质量需求选择服务节点模块，并与优选出的服务节点模块完成初始化同步连接；
其中，步骤S21中所述对周围的无线环境进行测量包括对周围基站所能提供的发射功率、带宽和天线单元的测量。
S22、所述终端模块的服务请求被所述服务节点模块所处理，如果所述服务节点模块有与所述终端模块的服务请求匹配的流表项，则直接通过所述服务节点模块来建立承载服务；
S23、否则，将会发送Packet-in消息经过所述核心网模块到所述控制器模块；所述控制器模块搜索资源池模块中的信息，针对承载服务请求，进行可用无线资源的分配；如果能够达到所述终端模块所需的服务质量需求门限，所述控制器模块将会发送携带分配不同承载级的Decision Control Message(DCM)消息给所述核心网模块中的PDN网关来进行资源分配，并进行承载配置工作；
其中，步骤S23中，在所述终端模块的服务请求为Guaranteed BitRate(GBR)时，Packet-in消息为VoIP Service服务请求；在所述终端模块的服务请求为Non-Guaranteed Bit Rate(Non-GBR)时，Packet-in消息为Data Service服务请求。
S24、所述核心网模块中的PDN（Public Data Network）网关根据DCM信息，发送Initiating Message(IM)消息给所述核心网模块中的服务网关，提供承载服务建立所需的Quality of Service(QoS)信息和上行业务流模板的信息，并进行承载配置工作；
S25、所述服务网关将IM消息作为Bearing Service Request(BSR)消息发送给所述服务节点模块，并进行承载配置工作，
其中，IM消息携带了承载服务的QoS、上行业务流模板和EPS承载标识信息；
S26、所述服务节点模块根据BSR消息对数据流进行调度以保证该承载服务建立所需的QoS，进行承载配置工作，然后发送ResourceControl Message(RRCM)消息到所述终端模块，从而建立无线承载服务；
S27、所述服务节点模块收到所述终端模块发送的RRC ConnectionReconfiguration Message(RRCCRM)消息来确保承载服务建立所需的信息，并且由所述服务节点模块发送携带承载正确建立信息的Confirmation Message(CM)消息经过所述核心网模块到所述控制器模块，完成终端模块承载服务的建立。
如图5所示，在移动通信网络中，目前主要考虑两种类型的业务：GBR和Non-GBR。
经过上述步骤，针对GBR或者Non-GBR的承载服务将会被成功建立，数据流会被PDN网关上相应的不同上行业务流模板所过滤，之后这些数据流会经服务网关和服务节点模块最终到达UE。完成对于不同业务类型的分片服务功能。但是由于移动互联网与OpenFlow的特殊性，针对不同的业务请求有着不同的处理方式：
GBR可用于提供语音服务。这种业务有着特定的GBR值，并且在承载的建立与更改中会为它们分配固定的专用传输资源，从而保证传输速度。在本实施例中，通过OpenFlow协议多粒度处理中的“网包”这一概念来实现移动通信网络中GBR业务的建立。二者具有相同的高速度和高更新速度等特性。
Non-GBR可用于提供数据服务如互联网浏览，FTP传输等等。针对这种业务，在承载的建立与更改中不会为其分配固定的专用传输资源，因而传输速率就得不到高速的保障。所以本实施例中通过OpenFlow协议多粒度处理中的“网流”和“Network view”这一概念来实现移动通信网络中Non-GBR业务的建立。网流的速度要比网包低，而且需要通过控制器模块上的应用来处理。Network view的速度比网流的更低，自身更新频率更慢。所以可以基于这些特性实现与在互联网中Non-GBR业务建立相同的效果。
如果所述终端模块的服务质量需求为GBR时，在承载服务成功建立之后，所述控制器模块为GBR分配专用的传输资源，来确保传输速率的高速性。所述控制器模块为GBR分配的专用传输资源为通过微蜂窝、微微蜂窝、毫微微蜂窝、中继站点、无线局域网接入点或60GHz接入点来传输数据流给所述终端模块。
如果所述终端模块的服务质量需求为Non-GBR时，在承载服务成功建立之后，所述控制器模块通过宏蜂窝来传输数据流给所述终端模块。
实施例2：
如图6所示，控制器模块处理数据包是以流的形式处理的，针对每一个流的建立，首先会将其送到控制器模块通过适当的应用进行处理。
对于一个标准的流程来说，当流经过服务节点模块但是没有发现任何匹配的流表项的时候，则会通过Packet-in消息转发到控制器模块。之后控制器模块上的应用会通过流量信息来决策流的行为。
如图7所示，以语音服务VoIP为例来说明GBR服务的建立。
1)、首先控制器模块会通过OpenFlow协议与核心网模块中的相关网关取得通信。
2)、在同步和初始化的阶段，终端模块会搜索周围可用的服务节点模块并尝试与之连接。如果终端模块的缓存中保留了上次连接的配置，所述终端模块会先尝试连接上次成功连接的服务节点模块。之后基于信号强度和所述终端模块的服务质量需求，所述终端模块将会与适合的服务节点模块建立连接，进行初始化并且更新配置信息。最后所述终端模块要与建立连接的服务节点模块取得同步。
3)、VoIP Service Request消息包括如特定的QoS和用户标识等信息。
4)、控制器模块将会根据所述VoIP服务请求建立相应的承载服务。
5)、当所述VoIP服务请求的承载服务成功建立之后，这项服务所需要的数据包（流）将会由所述承载服务过滤。随后这些数据流将会从核心网模块中的相关网关发送到相关服务节点模块，最后经过相关服务节点模块到达终端模块。为了使得传输速率达到语音业务的要求，在承载的建立与更改中会为它们分配固定的专用传输资源。
如图8所示，以数据传输服务为例说明Non-GBR服务的建立。
Non-GBR的服务流程与GBR是十分相似的。但是依然有些不同点，Non-GBR不会被分配固定的专用传输资源，这就意味着Non-GBR的传输速率不会得到保障。另外，其承载服务默认情况下是Non-GBR承载。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
Claims (10)
1.一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构，其特征在于，包含以下模块：控制器模块、资源池模块、核心网模块、服务节点模块和终端模块，控制器模块、核心网模块、服务节点模块和终端模块块依次相连，控制器模块和资源池模块相连；
其中，
控制器模块：实现网络管理的任务，具体为配置管理各个网关，接收来自终端模块的消息，以及控制数据流从网关的发送；
资源池模块：为控制器模块提供对于网络物理资源的不同观测和抽象分析，针对终端模块不同的服务质量需求为终端模块分配资源；
核心网模块：控制终端模块和建立承载服务的功能；
服务节点模块：连接核心网模块与终端模块，为终端模块提供服务；
终端模块：为特定移动通信网络中的用户。
2.如权利要求1中所述的一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构，其特征在于，所述服务节点模块之间通过X2接口相连，所述服务节点模块与所述核心网模块通过S1接口相连。
3.一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构的业务分片处理方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1、将控制器模块与核心网模块相连接；
S2、完成所述控制器模块与所述核心网模块的连接后，针对终端模块不同的服务质量需求，通过服务节点模块或者所述控制器模块来进行终端模块承载服务的建立。
4.如权利要求3中所述的一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构的业务分片处理方法，其特征在于，步骤S1包含以下步骤：
S11、所述控制器模块与所述核心网模块中之间互相发送携带通信系统所支持的最高协议版本的OFPT_HELLO消息给对方；
S12、如果所述最高协议版本被所述控制器模块和所述核心网模块同时支持，则所述控制器模块与所述核心网模块连接成功；如果所述最高协议版本不能被所述控制器模块和所述核心网模块同时支持，则所述核心网模块发送携带连接失败原因的OFPT_ERROR消息给所述控制器模块，并且终止所述控制器模块与所述核心网模块的连接；
S13、与步骤S12同步，当所述控制器模块与所述核心网模块连接发生异常时,所述核心网模块先尝试连接备份控制器模块，如果多次尝试连接均失败，所述核心网模块将会进入紧急模式，放弃掉所述控制器模块所有数据流和信息的发送与接收；当所述核心网模块再次与所述控制器连接时，现存的流表项将会被保留。
5.如权利要求3中所述的一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构的业务分片处理方法，其特征在于，步骤S2包含以下步骤：
S21、所述终端模块首先对周围无线环境进行测量，然后基于信道状况和所述终端模块的服务质量需求选择服务节点模块，并与优选出的服务节点模块完成初始化同步连接；
S22、所述终端模块的服务请求被所述服务节点模块所处理，如果所述服务节点模块有与所述终端模块的服务请求匹配的流表项，则直接通过所述服务节点模块来建立承载服务；
S23、否则，将会发送Packet-in消息经过所述核心网模块到所述控制器模块；所述控制器模块搜索资源池模块中的信息，针对承载服务请求，进行可用无线资源的分配；如果能够达到所述终端模块所需的服务质量需求门限，所述控制器模块将会发送携带分配不同承载级的DCM消息给所述核心网模块中的PDN网关来进行资源分配，并进行承载配置工作；
S24、所述核心网模块中的PDN网关根据DCM信息，发送IM消息给所述核心网模块中的服务网关，提供承载服务建立所需的QoS信息和上行业务流模板的信息，并进行承载配置工作；
S25、所述服务网关将IM消息作为BSR消息发送给所述服务节点模块，并进行承载配置工作，
其中，IM消息携带了承载服务的QoS、上行业务流模板和EPS承载标识信息；
S26、所述服务节点模块根据BSR消息对数据流进行调度以保证该承载服务建立所需的QoS，进行承载配置工作，然后发送RRCM消息到所述终端模块，从而建立无线承载服务；
S27、所述服务节点模块收到所述终端模块发送的RRCCRM消息来确保承载服务建立所需的信息，并且由所述服务节点模块发送携带承载正确建立信息的CM消息经过所述核心网模块到所述控制器模块，完成终端模块承载服务的建立。
6.如权利要求5中所述的一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构的业务分片处理方法，其特征在于，步骤S21中所述对周围的无线环境进行测量包括对周围基站所能提供的发射功率、带宽和天线单元的测量。
7.如权利要求5中所述的一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构的业务分片处理方法，其特征在于，步骤S23中，在所述终端模块的服务请求为GBR时，Packet-in消息为VoIP Service服务请求；在所述终端模块的服务请求为Non-GBR时，Packet-in消息为DataService服务请求。
8.如权利要求3～7中任一项所述的一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构的业务分片处理方法，其特征在于，如果所述终端模块的服务质量需求为GBR时，在承载服务成功建立之后，所述控制器模块为GBR分配专用的传输资源，来确保传输速率的高速性。
9.如权利要求8所述的一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构的业务分片处理方法，其特征在于，所述控制器模块为GBR分配的专用传输资源为通过微蜂窝、微微蜂窝、毫微微蜂窝、中继站点、无线局域网接入点或60GHz接入点来传输数据流给所述终端模块。
10.如权利要求3～7中任一项所述的一种针对移动通信网络的OpenFlow协议架构的业务分片处理方法，其特征在于，如果所述终端模块的服务质量需求为Non-GBR时，在承载服务成功建立之后，所述控制器模块通过宏蜂窝来传输数据流给所述终端模块。
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