CN104917697B - 基于SDN的WiFi无线中继网络及其通信实现方法 - Google Patents

基于SDN的WiFi无线中继网络及其通信实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于SDN的WiFi无线中继网络及其通信实现方法，其中，网络由基础设施层和SDN控制层组成，基础设施层由具有开源虚拟交换机功能的路由器和连接路由器的用户终端组成，该路由器能够按照控制器指令更改工作模式实现中继，并与用户终端相互传输数据；所述SDN控制层只包括控制器，控制器的控制程序由Floodlight具体实现，Floodlight的主要功能是监测路由器、控制路由器并实现中继，同时通过流表控制数据转发。本发明的基于SDN的WiFi无线中继网络，不仅能够整体的把握整个通信网络的架构及通信机制，有效的统一控制通信网络的通信设备，而且能够有效的扩大通信的覆盖范围，节省因连接终端数过少而浪费的通信信道，从而提高整个通信网络的通信质量。

Description

基于SDN的WiFi无线中继网络及其通信实现方法
技术领域
本发明涉及一种WiFi无线中继网络及其通信实现方法，具体涉及一种基于SDN的WiFi无线中继网络及其通信实现方法，属于通信技术领域。
背景技术
软件定义网络(Software Defined Networking,SDN)是一种新兴的基于软件的网络架构及技术，其最大的特点在于具有松耦合的控制平面与数据平面、支持集中化的网络状态控制、实现底层网络设施对上层应用的透明。
软件定义网络从上到下分为应用层、控制层、基础设施层(转发层)。控制层位于应用层之下、基础设施层之上，由软件控制平台实现。对上，控制层向应用层提供统一的API应用程序编程接口，通过统一的API，控制层接收应用层对网络的控制指令，并向应用层提供各类网络设备的信息。通过上层网络服务API提供的信息，为上层网络服务通过基础网络服务API获取信息，例如网络拓扑信息、网络设备的端口实时流量信息等；对下，控制层通过开放的控制平面和数据平面接口与基础设施交互，负责对数据平面的直接控制、信息的直接获取，换言之，就是对基础设施层的所有网络设备进行直接的管控。
OpenWrt下OVS中无线分布式系统(WDS)中继的实现，使两台路由器之间能够有效中继实现通信。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于SDN的WiFi无线中继网络及其通信实现方法，该WiFi无线中继网络不仅能够提高路由器的覆盖范围，而且能够节省WiFi通信信道，提高WiFi通信信道的使用效率。
为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
一种基于SDN的WiFi无线中继网络，其特征在于，由基础设施层和SDN控制层组成，
前述基础设施层由具有开源虚拟交换机功能的路由器和连接路由器的用户终端组成，前述路由器能够按照控制器下发流表信息更改工作模式实现中继，并向用户终端传送数据和接收从用户终端发来的数据，每一个路由器使用一个信道；
前述SDN控制层只包括控制器，所述控制器的控制程序由Floodlight具体实现，前述Floodlight是一个开源的SDN控制软件，主要功能是监测路由器、控制路由器并实现中继，同时通过流表控制数据转发。
前述的基于SDN的WiFi无线中继网络，其特征在于，前述具有开源虚拟交换机功能的路由器为TP-LINK TL-MR11U 150M无线便携式3G路由器。
前述的基于SDN的WiFi无线中继网络，其特征在于，通信实现方法为：
Step1：Floodlight监测所有路由器，当监测到某个路由器所连接的用户终端数少于等于1时，控制该路由器发送请求帧；
Step2：位于发送请求帧的路由器周边的其他路由器接收到该路由器的请求帧后向该路由器发送应答帧；
Step3：发送请求帧的路由器将接收到的应答帧信息上传给Floodlight；
Step4：Floodlight选择信号强度最大的路由器，更改该信号强度最大的路由器的工作模式为访问点接入模式，并向发送请求帧的路由器发送服务集标识和密码；
Step5：Floodlight更改发送请求帧的路由器的工作模式为客户端无线分布式系统工作模式；
Step6：发送请求帧的路由器与信号强度最大的路由器均使用发送请求帧的路由器的信道与Floodlight实现通信，信号强度最大的路由器本身的信道被节省。
前述的基于SDN的WiFi无线中继网络，其特征在于，在Step4中，Floodlight选择信号强度最大的路由器的方法为：
(1)根据公式计算在所有的路由器中第i个路由器的信号强度的相对水平，前述Si表示第i个可接入路由器的信号强度，Saverage表示所有可接入信号强度的均值；
(2)根据公式计算第i个路由器在众多可接入路由器中已接入用户终端的相对情况，前述Ni表示第i个路由器接入的用户终端的数量，Naverage表示所有可接入路由器的平均接入用户终端的数量；
(3)根据公式选择最优的路由器，E值最大即为最优的路由器。
本发明的有益之处在于：
(1)本发明的WiFi无线中继网络：因为基于SDN的网络控制，所以能够整体的把握整个通信网络的架构及通信机制，进而能够有效的统一控制通信网络的通信设备；
(2)本发明的WiFi无线中继网络：因为基于SDN的网络控制，所以控制器能够自动的监测到路由器的工作状态；
(3)本发明的WiFi无线中继网络：因为基于SDN的网络控制，所以路由器的配置可以通过在控制器中指令下发直接更改；
(4)本发明的WiFi无线中继网络：因为WiFi中继的实现，所以能够有效的扩大通信的覆盖范围；
(5)本发明的WiFi无线中继网络：因为WiFi中继的实现，所以能够节省因连接终端数过少而浪费的通信信道，进而提高整个通信网络的通信质量；
(6)本发明的通信实现方法：软件定义网络(SDN)架构的特点是网络管理员可以通过控制器直接对OpenFlow交换机进行管理，实现控制平面与数据平面的分离。网络资源的优化问题是网络通信质量的关键，有限的通信信道限制了通信广度的扩展，每一个路由器占用一个信道，但路由器不均匀的分布覆盖、终端连接有选择性等都将会导致整个网络通信的负载不均衡，部分信道负载过大，通信质量下降。而当某个路由器连接终端数目过少或者根本就没有终端连接到此路由器上时，信道的占用无疑是资源的浪费。软件定义网络架构的特点决定了它能够从控制器端监测到路由器的负载状况，有选择的更改路由器的工作方式，当上面的情况出现时，我们可以通过更改路由器的工作方式，使其与相邻路由器共用一个信道，节省连接终端数目比较少的路由器本身占用的资源，使网络通信资源利用有效性最大化。
附图说明
图1是本发明的基于SDN的WiFi无线中继网络的组成示意图。
具体实施方式
以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
首先，介绍本发明的基于SDN的WiFi无线中继网络。
参照图1，本发明的基于SDN的WiFi无线中继网络由基础设施层和SDN控制层组成。其中：
(1)基础设施层由路由器和连接路由器的用户终端组成。在本发明中，所使用的路由器具有开源虚拟交换机功能，其能够按照控制器下发流表信息更改工作模式实现中继，并向用户终端传送数据和接收从用户终端发来的数据，每一个路由器使用一个信道。
具有开源虚拟交换机功能的路由器优选为TP-LINK TL-MR11U150M无线便携式3G路由器。
(2)SDN控制层只包括控制器。在本发明中，所使用的控制器能够自动的监测到路由器的工作状态，控制器的控制程序由Floodlight具体实现，Floodlight是由Big SwitchNetworks公司主导开发的一个开源的SDN控制软件，采用模块化的设计架构来实现其控制器功能和相关应用。Floodlight的主要功能是：监测路由器、控制路由器并实现中继，同时通过流表控制数据转发。
由此可见，本发明的基于SDN的WiFi无线中继网络，因为其基于SDN的网络控制，所以不仅能够整体的把握整个通信网络的架构及通信机制，而且能够有效的统一控制通信网络的通信设备。
接下来，介绍本发明的基于SDN的WiFi无线中继网络的通信实现方法。
参照图1，该通信实现方法主要包括以下步骤：
Step1：Floodlight监测所有路由器，当监测到某个路由器(例如路由器5)所连接的用户终端数少于等于1时，控制该路由器(路由器5)广播，即控制该路由器(路由器5)发送请求帧；
Step2：位于发送请求帧的路由器(路由器5)周边的其他路由器(路由器1、路由器2、路由器3、路由器4)接收到该路由器(路由器5)的请求帧后向该路由器(路由器5)发送应答帧；
Step3：发送请求帧的路由器(路由器5)将接收到的应答帧信息上传给Floodlight；
Step4：Floodlight选择信号强度最大的路由器(路由器1)，更改该信号强度最大的路由器(路由器1)的工作模式为访问点接入模式，并向发送请求帧的路由器(路由器5)发送服务集标识和密码；
Step5：Floodlight更改发送请求帧的路由器(路由器5)的工作模式为客户端无线分布式系统工作模式；
Step6：发送请求帧的路由器(路由器5)与信号强度最大的路由器(路由器1)均使用发送请求帧的路由器(路由器5)的信道与Floodlight实现通信，信号强度最大的路由器(路由器1)本身的信道被节省。
其中，在Step4中，Floodlight选择信号强度最大的路由器(路由器1)的方法为：
(1)根据公式计算在所有的路由器中第i个路由器的信号强度的相对水平，其中，Si表示第i个可接入路由器的信号强度，Saverage表示所有可接入信号强度的均值；
(2)根据公式计算第i个路由器在众多可接入路由器中已接入用户终端的相对情况，其中，Ni表示第i个路由器接入的用户终端的数量，Naverage表示所有可接入路由器的平均接入用户终端的数量；
(3)根据公式选择最优的路由器，E值最大即为最优的路由器。将函数编写为可执行脚本文件。
极限情况下，当负载N为0时，即此时所有的路由器都是空闲的，选择信号强度最大的路由器就是最佳的方案。负载N即Floodlight可直接获取用户终端的数量。
由此可见，本发明的通信实现方法因为采用WiFi无线中继工作模式，两个路由器使用同一通信信道进行通信并与控制器相连，所以不仅能够有效的扩大通信的覆盖范围，而且能够节省因连接终端数过少而浪费的通信信道，从而有效提高了整个通信网络的通信质量。
需要说明的是，上述实施例不以任何形式限制本发明，凡采用等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (3)

1.一种基于SDN的WiFi无线中继网络，由基础设施层和SDN控制层组成：
所述基础设施层由具有开源虚拟交换机功能的路由器和连接路由器的用户终端组成，所述路由器能够按照控制器下发流表信息更改工作模式实现中继，并向用户终端传送数据和接收从用户终端发来的数据，每一个路由器使用一个信道；
所述SDN控制层只包括控制器，所述控制器的控制程序由Floodlight具体实现，所述Floodlight是一个开源的SDN控制软件，主要功能是监测路由器、控制路由器并实现中继，同时通过流表控制数据转发；
其特征在于，所述WiFi无线中继网络的通信实现方法为：
Step1：Floodlight监测所有路由器，当监测到某个路由器所连接的用户终端数少于等于1时，控制该路由器发送请求帧；
Step2：位于发送请求帧的路由器周边的其他路由器接收到该路由器的请求帧后向该路由器发送应答帧；
Step3：发送请求帧的路由器将接收到的应答帧信息上传给Floodlight；
Step4：Floodlight选择信号强度最大的路由器，更改该信号强度最大的路由器的工作模式为访问点接入模式，并向发送请求帧的路由器发送服务集标识和密码；
Step5：Floodlight更改发送请求帧的路由器的工作模式为客户端无线分布式系统工作模式；
Step6：发送请求帧的路由器与信号强度最大的路由器均使用发送请求帧的路由器的信道与Floodlight实现通信，信号强度最大的路由器本身的信道被节省。
2.根据权利要求1所述的基于SDN的WiFi无线中继网络，其特征在于，在Step4中，Floodlight选择信号强度最大的路由器的方法为：
(1)根据公式计算在所有的路由器中第i个路由器的信号强度的相对水平，所述Si表示第i个可接入路由器的信号强度，Saverage表示所有可接入信号强度的均值；
(2)根据公式计算第i个路由器在众多可接入路由器中已接入用户终端的相对情况，所述Ni表示第i个路由器接入的用户终端的数量，Naverage表示所有可接入路由器的平均接入用户终端的数量；
(3)根据公式选择最优的路由器，E值最大即为最优的路由器。
3.根据权利要求1所述的基于SDN的WiFi无线中继网络，其特征在于，所述具有开源虚拟交换机功能的路由器为TP-LINK TL-MR11U 150M无线便携式3G路由器。
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