CN105916167B - 一种使用hostapd平台SWAN拓展协议的通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明一种使用hostapd平台SWAN拓展协议的通信方法，属于移动通信领域；具体步骤为：首先、SDN控制器配置WLAN，并向SWAN代理模块发订阅信息；AP代理模块使用SWAN拓展协议与SDN控制器进行通信；然后、针对某个用户上传没有SSID的管理帧给SWAN代理模块；后将管理帧上传给SDN控制器；SDN控制器添加LVAP信息返回给HOSTAPD MLME模块，创建用户的AP虚拟端口和SSID，并通知SWAN代理模块发送响应ACK消息；AP虚拟端口与智能终端用户建立连接；同时创建每个用户的Station结构；最后、智能终端用户与网关直接进行数据传输。优点在于：通过基于SDN的方式设计WLAN系统，增加了WLAN网络的灵活和扩展性，使得网络易于管理，网络管理员能够通过编程来实现各种网络管理应用和服务而无需更改底层的硬件。

Description

一种使用hostapd平台SWAN拓展协议的通信方法

技术领域

本发明属于移动通信领域，涉及通信网领域和软件领域，具体是一种使用hostapd平台SWAN拓展协议的通信方法。

背景技术

无线局域网(WLAN)是计算机网络和无线通信技术相结合的产物，无线局域网作为一种实现无线宽带IP接入的典型形式，由于具有移动计算，架构组网灵活快捷，维护费用低和可扩展等优点，使得WLAN的应用日日益广泛。

近年来，随着移动数据流量的爆炸式增长，越来越多移动数据流量从蜂窝网向WLAN卸载。为了满足用户的无线接入和移动流量的卸载需求，网络运营商已经开始部署了大量运营级WLAN。由此可见，WLAN在无线通信领域的重要性日益凸显。

另一方面，随着SDN网络架构技术的迅猛发展，集中式的网络架构越来越得到大众的认可。SDN又名软件定义网络，是一种新兴的控制与转发分离并直接可编程的网络架构。传统网络设备紧耦合的网络架构被分拆成应用、控制、转发三层分离的架构。控制功能被转移到了服务器上层应用、底层转发设施被抽象成多个逻辑实体。而控制器通过对网络功能的模块抽象化，形成一系列便于配置网络可编程的北向API接口。创新性的应用通过调用API接口控制网络的流量和重构。而南向接口是转发层和控制器之间通信的接口，现有的使用比较广泛的南向接口协议是OpenFlow协议。OpenFlow只是基于开放协议的SDN实现中可使用的南向接口之一，后续可能还会有很多的南向接口(例如ForCES、PCE-P等等)被陆续应用和推广。所以OpenFlow是SDN中的一项重要技术，但是OpenFlow不等于SDN。

虽然SDN在网络架构方面得到了充分的发展，但是现有的技术并没有将SDN的思想应用到WLAN网络中，传统的分布式WLAN网络无法从控制器上对多个WLAN网络进行统一配置和管理，网络的灵活性明显不足。例如在不同的WLAN接入点(AP)间进行切换时，由于切换的必要性因素，终端会出现业务中断的现象。而这种问题在SDN控制下的WLAN网络架构(SWAN)中得到了很好的解决。

现有的SDN技术通过南向接口协议对网络交换机节点进行转发层面的控制，但是并没有一套比较完善的协议来实现控制器对WLAN接入点的管理和控制。

发明内容

本发明针对目前想实现SDN控制下的WLAN资源管理和配置的网络架构，不存在协议的问题，提供了一种使用hostapd平台SWAN拓展协议的通信方法。

hostapd平台包括智能终端用户，AP代理模块，SDN控制器和网关；其中，AP代理模块包括SWAN代理模块和HOSTAPD MLME模块；

具体步骤如下：

步骤一、SDN控制器配置WLAN，并向SWAN代理模块发订阅信息；

具体为：

步骤101、SWAN代理模块定期发送心跳信息给SDN控制器，实时监测AP代理模块是否在线；

步骤102、SDN控制器请求获取SWAN代理模块的WLAN配置信息；

步骤103、SWAN代理模块向SDN控制器回复WLAN配置信息；

配置消息包括：智能终端用户的状态，AP代理模块的Beacon间隔，AP代理模块的发送功率，AP代理模块的工作信道和AP代理模块的能力信息；

步骤104、SDN控制器进行WLAN的配置；

步骤105、判断WLAN配置是否成功，如果成功，SDN控制器向SWAN代理模块发订阅信息；否则返回配置失败消息；

订阅信息包括：mac_addrsta，relation，statistic_type和statistic；

步骤二、AP代理模块使用SWAN拓展协议与SDN控制器进行通信，实现实时监听；

所述的SWAN拓展协议为：在HOSTAPD MLME模块上建立监听端口，监听智能终端用户传送的无线数据帧和管理帧；SWAN代理模块通过HOSTAPD MLME模块的监听端口，进行监听并更新状态；当监听到智能终端用户的无线数据帧时，与接收到的订阅信息进行匹配；并将匹配成功的数据上传到SDN控制器。

步骤三、针对某个智能终端用户Client，该用户Client上传没有SSID的管理帧Probe Request帧给SWAN代理模块；

步骤四、SWAN代理模块将管理帧Probe Request帧经由OpenFlow交换机上传给SDN控制器；

步骤五、SDN控制器添加LVAP信息返回给SWAN代理模块，SWAN代理模块将LVAP信息发送给HOSTAPD MLME模块；

步骤六、HOSTAPD MLME模块使用LVAP信息调用驱动接口，创建用户Client的AP虚拟端口和SSID，并通知SWAN代理模块；

步骤七、SWAN代理模块接收到创建SSID成功与否的消息后，发送不同的响应ACK消息给SDN控制器；

创建成功后，响应ACK消息为ACK Success；否则，响应ACK消息为ACK Fail；

步骤八、SDN控制器收到ACK Success消息后，AP虚拟端口与智能终端用户建立连接；

具体连接过程为：

首先，用户Client上传含有SSID的Probe Request请求网络信息给HOSTAPD MLME模块；AP虚拟端口自动回复Probe Response给用户Client；

然后，当AP虚拟端口回复Probe Response后，用户Client继续上传AssociationRequest帧请求信息给HOSTAPD MLME模块；与AP虚拟端口建立连接，AP虚拟端口自动回复Association Response帧给用户Client，完成AP虚拟端口与智能终端用户的连接；

步骤九、每个AP虚拟端口与对应的智能终端用户建立连接的同时，创建每个智能终端用户用于数据传输的Station结构；

步骤十、智能终端用户与网关直接进行数据传输通信。

本发明的优点在于：

1)、一种使用hostapd平台SWAN拓展协议的通信方法，通过基于SDN的方式设计WLAN系统，增加了WLAN网络的灵活和扩展性，使得网络易于管理，网络管理员能够通过编程来实现各种网络管理应用和服务而无需更改底层的硬件。

2)、一种使用hostapd平台SWAN拓展协议的通信方法，由于AP所采用的是hostapd平台，使得基于hostapd平台实现SWAN协议的方法应用面更广，更有利于SWAN协议的推广和应用。

附图说明

图1为本发明SDN控制器配置WLAN并向SWAN代理模块发订阅信息的示意图；

图2为本发明使用hostapd平台SWAN拓展协议的通信方法示意图；

图3是本发明使用hostapd平台SWAN拓展协议的通信方法流程图；

图4是本发明SDN控制器配置WLAN并向SWAN代理模块发订阅信息的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步的详细说明。

本发明提供了一种SWAN拓展协议，根据该协议，网络管理员通过在SDN控制器上实现SWAN协议来和转发层面的AP设备进行通信，以及在SWAN协议的基础上进行编程来实现各种WLAN管理应用模块，实现WLAN网络的灵活管理。另一方面基于hostapd平台实现SWAN拓展协议，由于现今的软AP基本上都采用的都是hostapd平台，所以SWAN拓展协议很方便的被开发人员在转发层面的AP设备上加以实现。

一种使用hostapd平台SWAN拓展协议的通信方法，hostapd平台包括智能终端用户，AP代理模块，SDN控制器和网关；其中，AP代理模块包括SWAN代理模块和HOSTAPD MLME模块；

如图2和图3所示，具体步骤如下：

步骤一、SDN控制器配置WLAN，并向SWAN代理模块发订阅信息；

如图1和图4所示，具体为：

步骤101、SWAN代理模块定期发送心跳信息给SDN控制器，实时监测AP代理模块是否在线；

心跳信息用来保证SDN控制器可以实时检测到AP是否在线；

步骤102、SDN控制器请求获取SWAN代理模块的WLAN配置信息；

步骤103、SWAN代理模块向SDN控制器回复WLAN配置信息；

配置消息包括：智能终端用户的状态，AP代理模块的Beacon间隔，AP代理模块的发送功率，AP代理模块的工作信道和AP代理模块的能力信息；

步骤104、SDN控制器进行WLAN的配置；

步骤105、判断WLAN配置是否成功，如果成功，SDN控制器向SWAN代理模块发订阅信息；否则返回配置失败消息；

订阅信息包括：mac_addrsta，relation，statistic_type和statistic；其中，mac_addrsta为需要监听的智能终端用户的数据mac_addr；关系relation为equal，less_than，greater_than三者之一；statistic_type是监听的过滤条件，包括signal(信号值)，rate(速率)，noise(噪声值)和packets(数据包量)；statistic是具体针对于statistic_type的阈值；

步骤二、AP代理模块使用SWAN拓展协议与SDN控制器进行通信，实现实时监听；

所述的SWAN拓展协议为：在HOSTAPD MLME模块上建立监听端口，监听智能终端用户传送的无线数据帧和管理帧；SWAN代理模块通过监听端口进行监听并更新状态，当监听到智能终端用户的无线数据帧时，与接收到的订阅信息进行匹配；并将匹配成功的数据上传到SDN控制器。

通信的具体步骤为：智能终端用户Client发送数据包被HOSTAPD MLME模块的监听端口接收到，交给SWAN代理模块；SWAN代理模块从数据包中的无线数据帧中进行radiotap解头，并从radiotap报头Frame中取出RSSI和Rate，和已经下发的订阅列表进行匹配，并将匹配成功的数据上传到SDN控制器。

步骤三、针对某个智能终端用户Client，该用户Client上传没有SSID的管理帧Probe Request帧给SWAN代理模块；

SWAN代理模块通过HOSTAPD MLME模块的监听端口，监听到智能终端用户Client发送的Probe Request帧；

步骤四、SWAN代理模块将管理帧Probe Request帧经由OpenFlow交换机上传给SDN控制器；

步骤五、SDN控制器添加LVAP信息返回给SWAN代理模块，SWAN代理模块将LVAP信息发送给HOSTAPD MLME模块；

SDN控制器添加LVAP信息，在SWAN代理模块上生成该用户Client对应的SAP列表；当SWAN代理模块将该SAP列表传递给HOSTAPD MLME模块；

步骤六、HOSTAPD MLME模块使用LVAP信息调用驱动接口，创建用户Client的AP虚拟端口和SSID，并通知SWAN代理模块；

步骤七、SWAN代理模块接收到创建SSID成功与否的消息后，发送不同的响应ACK消息给SDN控制器；

某个智能终端用户Client的AP虚拟端口添加成功之后，HOSTAPD模块会通知SWAN代理模块创建是否成功，如果成功，SWAN代理模块发送ACK Success消息给控制器，否则，SWAN代理模块发送ACK Fail消息给控制器。

步骤八、SDN控制器收到ACK Success消息后，AP虚拟端口与智能终端用户建立连接；

具体连接过程为：

首先，用户Client上传含有SSID的Probe Request请求网络信息给HOSTAPD MLME模块；AP虚拟端口自动回复Probe Response给该用户Client；

然后，当AP虚拟端口回复Probe Response后，该用户Client继续上传AssociationRequest帧请求信息给HOSTAPD MLME模块；与AP虚拟端口建立连接，AP虚拟端口自动回复Association Response帧给智能终端用户，完成AP虚拟端口与智能终端用户的连接；

用户Client发送Association Request帧请求与自己对应的AP虚拟端口建立连接，AP虚拟端口携带着SAP信息，HOSTAPD MLME模块根据SAP信息自动回复AssociationResponse帧与用户Client建立连接；

步骤九、每个AP虚拟端口与对应的智能终端用户建立连接的同时，创建Station结构，用于控制和智能终端用户的数据传输；

每个AP虚拟端口与对应的智能终端用户建立连接的同时，会建立一个sta_info结构，用来控制和智能终端用户Client之间数据的传输。例如传输的速率控制都是通过该结构实现。

步骤十、每个智能终端用户与网关直接进行数据传输通信。

具体步骤为：

上行数据传输为：智能终端用户Client发送数据包被HOSTAPD MLME模块的监听端口接收到，HOSTAPD MLME模块直接获取到无线数据帧，并根据Station结构自动对数据报文进行解无线帧头和加以太网帧头，并发送到AP虚拟端口，进入网关；

下行数据传输为：网关的数据经过AP虚拟端口，数据包经过HOSTAPD MLME模块进行解以太网帧头和加无线帧头，并依据sta_info结构进行数据包的聚合和速率控制，最后发送到智能终端用户Client。

Claims (4)

1.一种使用hostapd平台SWAN拓展协议的通信方法，其特征在于，hostapd平台包括智能终端用户，AP代理模块，SDN控制器和网关；其中，AP代理模块包括SWAN代理模块和HOSTAPD MLME模块；

具体步骤如下：

步骤一、SDN控制器配置WLAN，并向SWAN代理模块发订阅信息；

步骤二、AP代理模块使用SWAN拓展协议与SDN控制器进行通信，实现实时监听；

所述的SWAN拓展协议为：在HOSTAPD MLME模块上建立监听端口，监听智能终端用户传送的无线数据帧和管理帧；SWAN代理模块通过HOSTAPD MLME模块的监听端口，进行监听并更新状态；当监听到智能终端用户的无线数据帧时，与接收到的订阅信息进行匹配；并将匹配成功的数据上传到SDN控制器；

步骤三、针对某个智能终端用户Client，该用户Client上传没有SSID的管理帧

Probe Request帧给SWAN代理模块；

步骤四、SWAN代理模块将管理帧Probe Request帧经由OpenFlow交换机上传给SDN控制器；

步骤五、SDN控制器添加LVAP信息返回给SWAN代理模块，SWAN代理模块将LVAP信息发送给HOSTAPD MLME模块；

步骤六、HOSTAPD MLME模块使用LVAP信息调用驱动接口，创建用户Client的AP虚拟端口和SSID，并通知SWAN代理模块；

步骤七、SWAN代理模块接收到创建SSID成功与否的消息后，发送不同的响应ACK消息给SDN控制器；

创建成功后，响应ACK消息为ACK Success；否则，响应ACK消息为ACK Fail；

步骤八、SDN控制器收到ACK Success消息后，AP虚拟端口与智能终端用户建立连接；

步骤九、每个AP虚拟端口与对应的智能终端用户建立连接的同时，创建每个智能终端用户用于数据传输的Station结构；

步骤十、智能终端用户与网关直接进行数据传输通信。

2.如权利要求1所述的一种使用hostapd平台SWAN拓展协议的通信方法，其特征在于，所述的步骤一具体为：

步骤101、SWAN代理模块定期发送心跳信息给SDN控制器，实时监测AP代理模块是否在线；

步骤102、SDN控制器请求获取SWAN代理模块的WLAN配置信息；

步骤103、SWAN代理模块向SDN控制器回复WLAN配置信息；

配置信 息包括：智能终端用户的状态，AP代理模块的Beacon间隔，AP代理模块的发送功率，AP代理模块的工作信道和AP代理模块的能力信息；

步骤104、SDN控制器进行WLAN的配置；

步骤105、判断WLAN配置是否成功，如果成功，SDN控制器向SWAN代理模块发订阅信息；否则返回配置失败消息；

订阅信息包括：mac_addrsta，relation，statistic_type和statistic。

3.如权利要求1所述的一种使用hostapd平台SWAN拓展协议的通信方法，其特征在于，所述的步骤八具体为：

首先，用户Client上传含有SSID的Probe Request请求网络信息给HOSTAPD MLME模块；AP虚拟端口自动回复Probe Response给用户Client；

然后，当AP虚拟端口回复Probe Response后，用户Client继续上传AssociationRequest帧请求信息给HOSTAPD MLME模块；与AP虚拟端口建立连接，AP虚拟端口自动回复Association Response帧给用户Client，完成AP虚拟端口与智能终端用户的连接。

4.如权利要求1所述的一种使用hostapd平台SWAN拓展协议的通信方法，其特征在于，所述的步骤十具体为：

上行数据传输为：智能终端用户Client发送数据包被HOSTAPD MLME模块的监听端口接收到，HOSTAPD MLME模块直接获取到无线数据帧，并根据Station结构自动对数据报文进行解无线帧头和加以太网帧头，并发送到AP虚拟端口，进入网关；

下行数据传输为：网关的数据经过AP虚拟端口，数据包经过HOSTAPD MLME模块进行解以太网帧头和加无线帧头，并依据sta_info结构进行数据包的聚合和速率控制，最后发送到智能终端用户Client。