CN106060880A - 一种基于sdn的异构专网及其无缝切换方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于SDN的异构专网及其无缝切换方法，属于无线专网通信技术领域，该专网包括双模终端及各类窄带基站和宽带基站，还包括由各类宽带核心网和窄带核心网组成的集群核心网，以及SDN控制器；其中，SDN控制器连接宽带核心网和窄带核心网的控制面部分，将集群核心网的功能进行集中控制。该方法包括双模终端开机同时各类基站激活，上报终端的各类信息，各网络状态信息给SDN控制器；SDN控制器对可能引起切换触发的情况进行监测，与各自的门限值进行比较后选择切换网进行切换。本发明利用SDN网络优化专网核心网架构，将网络设备的控制面和数据面进行分离，以达到灵活控制网络的目的。
Description
技术领域
本发明属于无线专网通信技术领域，主要涉及异构专网无缝切换方法。
背景技术
当前无线专网技术发展迅速，市场对专网技术的需求越来越多，不同厂商之间的终端可提供的业务也各不相同，以及多种接入方式的网络部署的差异性，使得无线专网无法做到统一管理，也无法很好的协调资源来为用户提供所需服务。
为了满足更高的覆盖率，出现了PDT窄带网络、TETRA窄带网络、DMR窄带网络和LTE宽带专网组成的多种异构专网同时存在的情况，而在移动场景下使用这些网络时，移动终端为了保持当前业务的连续性，必须在异构网络之间进行切换。
当前的异构网络架构如图1所示，由于无线侧网络中形成了多种接入制式并存的无线接入网，如图1中的PDT窄带网络、TETRA窄带网络、LTE宽带网络及DMR窄带网络等组成的异构无线接入专网，提高了系统的覆盖范围，使得现有的双模终端用户在移动过程中可以根据不同的需求在各类网络之间进行切换，从而保证更好的会话服务质量。但是不同的接入网需要在建设各自不同的核心网，同时在异构专网中还要建设集群核心网，这样会造成网络资源的浪费，并且在维护上比较麻烦。不同网络在网络架构、标准和制式等方面的不同，使得集群用户终端在异构专网中很难实现无缝切换，也因此使得异构专网融合首先应该进行网络架构上的融合。
为了实现异构专网融合，必须将异构专网的集群核心网统一起来，实现对网络资源的灵活控制，所以在异构专网融合架构中有必要设计控制器来对异构专网中的网络资源进行统一管理，而软件定义网络SDN(software defined networking，)的概念很好的满足了要求。
传统的异构专网切换方式伴随一个网络连接的中断以及另一个网络连接的建立，切换过程包括切换触发、切换判决、切换执行过程，在切换过程中，终端用户的当前业务也最容易发生中断，并且传统的异构专网切换方法只考虑单一的切换触发条件，所采用的切换判决算法也会造成一定的时延，无法达到真正的无缝切换。
发明内容
本发明的目的是改变原有异构专网架构中的核心网的不足之处，提出一种基于SDN的异构专网及其无缝切换方法。本发明利用SDN网络优化专网核心网架构，将网络设备的控制面和数据面进行分离，以达到灵活控制网络的目的。
本发明提出一种基于SDN的异构专网，包括双模终端及各类窄带基站和宽带基站，其特征在于，还包括由各类宽带核心网和窄带核心网组成的集群核心网，以及SDN控制器；其中，SDN控制器连接宽带核心网和窄带核心网的控制面部分，将集群核心网的功能进行集中控制。
本发明还提出一种如上述基于SDN的异构专网的无缝切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
(2)首先双模终端开机同时各类基站激活，终端检测各个基站的信号强度，初始接入网通过接入网基站上报终端的各类信息，同时各类网的宽带和窄带基站上报其网络状态信息给SDN控制器；
(2)控制器实时的检测PDT窄带基站的网络信号强度，同时网络检测模块检测当前接入网络的负载情况，以及其余切换候选网络的信号强度及其负载情况并实时更新资源管理模块；
(3)SDN控制器将根据终端当前时刻的信号强度采用异构专网切换的预测算法预测下一时刻时刻的信号强度(RSSP)，并于设定的相对信号强度门限值(RSSth)进行对比；将检测到的当前网络负载值(Nload)与当前网络允许的最大负载门限值(Nloadth)比较；
(4)若两者相差RSSP‐RSSth<Rmin、或Nload‐Nloadth<Nmin时，SDN控制器通过基站向终端发送切换准备信令；
(5)若为基于信号强度的触发切换，则SDN控制器智能的选择基于信号强度的切换判决算法；若为基于网络负载的切换触发，则SDN控制器智能的选择基于网络负载感知的切换判决算法，从而确定切换的候选网络，同时发送当前接入网基站到候选网络基站的路由信息以及该基站的标识码，通知当前接入网基站；
(6)SDN控制器发送当前接入网基站的标识信息以及双模终端的TSMI码，反馈给候选网络基站；
(7)当前接入网基站执行切换，切换到候选网络基站，候选网络宽带基站验证接入信息的同时，终端断开与当前接入网基站的连接，切换完成。
本发明的特点及效果：
本发明利用SDN网络优化专网核心网架构，将网络设备的控制面和数据面进行分离，以达到灵活控制网络的目的。由于核心网中服务网关(S‐GW)和分组数据网关(P‐GW)是用户面网元，本身具有路由转发功能，同时带有一定的控制功能，可以将核心网中偏用户(UE)侧的S‐GW的控制与转发分离，控制功能构成控制网元，将P‐GW的控制功能与S‐GW的控制功能抽离出来，无论是控制面网元还是用户面网元，将所有控制功能放在一个集中化的控制器里面，统一由SDN控制器进行操作流程的控制管理。处于核心网控制面的网络设备有MME，以及S‐GW和P‐GW的控制部分，控制面主要负责终端的移动性管理及呼叫控制，进行信令消息的交互，在用户面有一些与用户数据相关的网络设备如S‐GW和P‐GW的数据部分，用来存储用户信息以及策略执行，是真正的业务内容。
本发明利用SDN控制器优化异构专网核心网架构，SDN控制器实现集中化的网络控制，集中的控制单元能够提供集中的控制规则，同时，统一的用户数据转发平面能够对集中的控制规则进行集中的转发，并且它能够感知全网资源状态，可以合理的分配带宽等网络资源，提高网络的资源利用率，将异构网络切换算法部署在控制器上，可完成无缝切换降低切换时延，解决宽带集群网络和窄带集群网络之间的切换问题。
附图说明
图1为已有的异构网络架构示意图；
图2为本发明的基于SDN的异构专网网络架构示意图；
图3为本发明的基于SDN的异构专网无缝切换方法的流程图。
具体实施方式
为了使本发明的技术方案和效果更加清楚，本发明结合附图及实施例进一步说明如下：
本发明提出的基于SDN的异构专网网络架构如图2所示，包括双模终端及各类窄带基站和宽带基站，由各类宽带核心网和窄带核心网组成的集群核心网，以及SDN控制器；其中，SDN控制器连接宽带核心网和窄带核心网的控制面部分，将集群核心网的功能进行集中控制；所述各类宽带核心网和窄带核心网包括但限于PDT窄带基站、TETRA窄带基站、DMR窄带基站，LTE宽带基站，所述集群核心网包括但不限于PDT窄带核心网、LTE宽带集群核心网、DMR窄带核心网、TETRA窄带核心网；所述SDN控制器包括资源管理模块，业务感知模块，网络状态检测模块，切换策略控制模块；其中资源管理模块负责终端接入网络之后上报的各种信息的储存以及为各类不同的接入网封装特定的标识符，作为该异构专网的唯一身份标识；业务感知模块主要负责对当前业务类型的感知判断，从而确定当前业务为视频业务、语音业务、或是数据业务等；网络状态检测模块负责检测所有网络的状态信息，并根据网络负载情况对网络进行排序；切换策略控制模块中存储了多种切换判决算法，如：基于RSS的切换算法、基于多属性的垂直切换算法、基于业务感知的垂直切换算法、自适应垂直切换算法、模糊逻辑算法和人工遗传学算法、模糊层次分析法、基于运动感知的垂直切换算法等公知算法，用于根据切换触发的条件由SDN控制器选择对应的切换判决算法执行无缝切换。
上述异构专网中SDN控制器对核心网部分操作说明如下：
SDN控制器集中控制PDT窄带核心网、DMR窄带核心网、TETRA窄带核心网和LTE宽带核心网的控制面信息，其中SDN控制器中各模块所具有的功能如下：资源管理模块的功能体现为双模终端根据各类网络信号强度选择最佳的接入网络之后，通过基站向SDN控制器的资源管理模块上报双模终端接入网络的时间，位置，终端用户当前业务，速度，接收到的信号质量以及终端的TSMI码等信息，同时为各类已激活的接入网封装特定的标识符，作为该网络的唯一身份标识；业务感知模块主要负责对当前终端的业务类型的判断，根据内置的业务感知算法判断当前业务为视频业务、语音业务还是数据业务等；网络状态检测模块负责检测所有接入网的状态信息，并根据位置信息感知网络，从而准确获得各接入网的负载情况，并根据网络负载情况对网络进行智能排序；切换策略控制模块中内置有各种切换判决算法：基于RSS的切换算法、基于多属性的垂直切换算法、基于业务感知的垂直切换算法、自适应垂直切换算法、模糊逻辑算法和人工遗传学算法、模糊层次分析法、基于运动感知的垂直切换算法等，根据切换触发的条件选择合适的切换判决算法，然后执行切换，完成整个切换过程。
本发明提出的基于上述SDN的异构专网的无缝切换方法，如图3所示，包括以下步骤：：
(1)首先双模终端开机同时各类基站激活，终端检测各个基站的信号强度，初始接入网(本实施例中设定初始接入的网络为PDT窄带网络)，通过接入网基站上报终端的各类信息，同时各类网的宽带和窄带基站上报其网络状态信息给SDN控制器的资源管理模块；
(2)SDN控制器对可能引起切换触发的情况进行监测，具体包括：控制器实时的检测PDT窄带基站的网络信号强度，同时网络检测模块检测当前接入网(PDT窄带网络)的负载情况，以及其余切换候选网络的信号强度及其负载情况并实时更新资源管理模块；
(3)SDN控制器将监测到的各类值与各自的门限值进行比较，具体包括：根据终端t时刻的信号强度采用异构专网切换的预测算法预测下一时刻(t+1)时刻的信号强度(RSSP)，并于设定的相对信号强度门限值(RSSth)(RSSth＝RSS x a，其中a为大于0小于1的任意数值，可自由取值，例如RSS若为110dbm，a为0.8时，RSSth＝88dbm)进行对比；网络检测模块将检测到的当前网络负载值(Nload)与当前网络允许的最大负载门限值(Nloadth)(Nloadth取值类似RSSth取值方法，若Nload取值为40Mbps，a为0.7，则Nloadth取值28Mbps，取值不固定，可人为设置)比较；
(4)若两者相差RSSP‐RSSth<Rmin、或Nload‐Nloadth<Nmin时，SDN控制器通过基站向终端发送切换准备信令；
(5)若为基于信号强度的触发切换，则SDN控制器智能的选择基于信号强度的切换判决算法；若为基于网络负载的切换触发，则SDN控制器智能的选择基于网络负载感知的切换判决算法，从而确定切换的候选网络(本实施例设定切换的候选网络为LTE宽带网络)，同时发送当前接入网(PDT窄带)基站到候选网络(LTE宽带)基站的路由信息以及该(LTE宽带)基站的标识码，通知当前接入网(PDT窄带)基站；
(6)SDN控制器发送当前接入网(PDT窄带)基站的标识信息以及双模终端的TSMI码，反馈给候选网络(LTE宽带)基站；
(7)当前接入网(PDT窄带)基站执行切换，切换到候选网络(LTE宽带)基站，候选网络(LTE)宽带基站验证接入信息的同时，终端断开与当前接入网(PDT窄带)基站的连接，切换完成。
Claims (3)
1.一种基于SDN的异构专网，包括双模终端及各类窄带基站和宽带基站，其特征在于，还包括由各类宽带核心网和窄带核心网组成的集群核心网，以及SDN控制器；其中，SDN控制器连接宽带核心网和窄带核心网的控制面部分，将集群核心网的功能进行集中控制。
2.如权利要求1所述的基于SDN的异构专网，其特征在于，所述SDN控制器包括资源管理模块，业务感知模块，网络状态检测模块，切换策略控制模块；其中资源管理模块负责终端接入网络之后上报的各种信息的储存以及为各类不同的接入网封装特定的标识符，作为该异构专网的唯一身份标识；业务感知模块主要负责对当前业务类型的感知判断，从而确定当前业务为视频业务、语音业务、或是数据业务等；网络状态检测模块负责检测所有网络的状态信息，并根据网络负载情况对网络进行排序；切换策略控制模块中存储了多种切换判决算法，用于根据切换触发的条件由SDN控制器选择对应的切换判决算法执行无缝切换。
3.一种如权利要求1所述的基于SDN的异构专网的无缝切换方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)首先双模终端开机同时各类基站激活，终端检测各个基站的信号强度，初始接入网通过接入网基站上报终端的各类信息，同时各类网的宽带和窄带基站上报其网络状态信息给SDN控制器；
(2)控制器实时的检测PDT窄带基站的网络信号强度，同时网络检测模块检测当前接入网络的负载情况，以及其余切换候选网络的信号强度及其负载情况并实时更新资源管理模块；
(3)SDN控制器将根据终端当前时刻的信号强度采用异构专网切换的预测算法预测下一时刻时刻的信号强度(RSSP)，并于设定的相对信号强度门限值(RSSth)进行对比；将检测到的当前网络负载值(Nload)与当前网络允许的最大负载门限值(Nloadth)比较；
(4)若两者相差RSSP‐RSSth<Rmin、或Nload‐Nloadth<Nmin时，SDN控制器通过基站向终端发送切换准备信令；
(5)若为基于信号强度的触发切换，则SDN控制器智能的选择基于信号强度的切换判决算法；若为基于网络负载的切换触发，则SDN控制器智能的选择基于网络负载感知的切换判决算法，从而确定切换的候选网络，同时发送当前接入网基站到候选网络基站的路由信息以及该基站的标识码，通知当前接入网基站；
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