CN106302254A - 一种基于sdn的物联网络数据转发系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于SDN的物联网络数据转发系统，属于SDN网络流量控制应用领域。该系统包括物联网络设备层、OpenFlow交换机层、SDN控制层、REST API抽象层、物联网客户端层。该系统将物联网数据进行收集之后，对物联网中的数据首先进行了分类，接着根据分类结果有针对性的进行二次处理，处理之后交由优先级控制器判定优先级，根据网络环境进行数据的转发。本发明将SDN与物联网络数据的转发相结合，在处理大规模物联网络数据的同时，根据物联网络数据的特点，有针对性地进行数据转发，提高了网络的利用效率，确保了网络的稳健性，具有实际应用价值。

Description

一种基于SDN的物联网络数据转发系统
技术领域
本发明涉及软件定义网络领域，尤其涉及一种软件定义网络领域中的物联网络数据的转发系统。
背景技术
随着物联网技术的飞速发展，物联网络基础设施不断完善，物联网络的数据种类也呈现出多样化的趋势，各种结构化数据和非结构化数据混合，大规模视频图像数据与常规参数数据并存。然而，在这种多种数据融合的环境中，传统网络仍然是采用常规的网络数据转发方法，对物联网络数据不加区分地进行无差别转发，这种转发导致不同种类的物联网络数据对延时、带宽等的要求无法得到全面的满足，网络转发效率低下。
传统的流量识别方法通常采用的是DPI检测，这种检测方式对CPU的负荷比较严重，物联网络数据中，除了数据种类的多样化，还存在着数据碎片化的特点，数据的碎片化和CPU的高负载，使得物联网络中网络交换设备必须取得高性能，导致搭建成本居高不下。
软件定义网络(Software Defined Network,SDN)是一种新型的网络创新架构，是网络虚拟化的一种实现方式，诞生于美国GENI项目资助的斯坦福大学Clean Slate课题，其核心思想在于将网络设备的控制面与数据面分离，从而更加方便地管理网络流量。
物联网络数据的多样化和SDN相结合，可以满足物联物联网络对带宽、延时等的要求，同时，将控制器集中化之后，进行DPI检测将更加快速，成本降低，针对不同类型数据可以进行有针对性的转发控制策略，提高网络的传输效率。
发明内容
针对物联网络中网络数据的转发方法的单一性和对网络环境利用的低效率，本发明提出了一种基于SDN的物联网络数据转发系统。本发明将SDN软件定义网络平台与物联网络中的数据转发相结合，实现一种基于SDN网络的物联网络数据转发系统，该系统在转发海量物联网络的基础上，针对物联网络数据多样化的特点，通过采用对网络设备进行统一的管控，进行有针对性的转发方案，从而在有限的网络环境中，提高物联网络数据转发的效率和各种结构化数据与非结构化数据对延时、带宽等的不同要求。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种基于软件定义网络SDN的物联网络数据转发系统，该系统包括底层物联网络设备层、OpenFlow交换机层、SDN控制层、表述性状态传递应用程序编程接口REST API抽象层、物联网客户端层，其特征在于：所述底层物联网络设备层包括环境监测的传感器、摄像头、环境控制器，通过zigbee或近场通信协议将数据发送到网关；
所述OpenFlow交换机层包括通过在编译OpenWRT系统的过程中添加对OpenFlow协议支持的硬件交换机、Mininet平台中使用的Open vSwitch虚拟交换机；
所述SDN控制层使用的是POX控制器，POX控制器负责下发OpenFlow流表；
所述REST API抽象层，对POX控制器中的控制模块进行抽象，抽象出满足RESTful规范的网络接口，用于最上层的物联网络客户端；
所述物联网客户端层包括基于HTML5的浏览器、Android客户端和IOS客户端；
所述物联网客户端采用基于REST API的设计，应用于浏览器、安卓客户端、IOS客户端；
所述系统建立于SDN平台上，在SDN平台中，将物联网络数据交给分类器进行分类处理，将分类后的数据根据数据类型发送给不同的二次处理单元，二次处理单元处理之后，将数据发送给优先级控制器，最后将数据发送出去；建立的全双工接口可以同时接收物联网络客户端发送到网络中的命令。
特别地，SDN平台中的分类器采用的是深度包检测DPI的分类方法，将数据分为安全类数据、视频图像类数据、环境参数数据，其中，安全类数据包括火灾、防盗等数据，对延时要求高，对数据的安全性要求更高；视频图像类数据数据量较大，对延时也有一定的要求；环境参数类数据包括温度、湿度、PM2.5等数据，对实时性和延时要求不高，数据量较小。
特别地，二次处理单元包括针对安全类数据的重复校验器、对视频图像类数据的码流控制器。
特别地，优先级控制器中，对不同类型的数据分别赋予不同的优先级，按照从高到低的顺序，依次为安全类数据、物联网络客户端控制命令、视频图像类数据、环境参数数据。
特别地，全双工接口可以在发送数据的同时，接收到物联网络客户端发送来的命令，并将命令加入到优先级控制器中，通过POX控制器发送给物联网络基础设备。
OpenFlow、OpenWRT、Mininet、Open vSwitch、POX是SDN(Software DefinedNetwork，软件定义网络)专业领域中的惯用表达，分别代表南向接口的交互协议、一种用于路由器上的Linux系统发行版、一种网络环境仿真平台、一种虚拟交换机、一种SDN中常用的控制器。
本发明的有益效果：
1系统构建了一种基于SDN的物联网络数据转发系统，提高对网络资源的利用效率。
2系统采用SDN转发的方式，极大的提高了物联网络的吞吐量，集中化的控制器保证了足够的计算资源，能够对物联网络数据进行充分的分析。
3本系统将物联网络数据的转发与SDN相结合，控制器集中化，使得硬件成本大幅度降低。
4利用SDN网络，物联网络数据的转发更加有针对性，针对不同种类的物联网络数据，进行不同优先级、不同安全性、不同流量的转发，提高了系统的稳健性和可用性。
附图说明
图1是本发明基于SDN平台的物联网络数据转发系统的整体架构图；
图2是本发明基于SDN平台的物联网络数据转发系统的整体流程图；
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本发明的技术内容，下面结合附图对本发明作进一步说明。
本发明将SDN软件定义网络平台与物联网络中的数据转发相结合，实现一种基于SDN网络的物联网络数据转发系统，该系统在转发海量物联网络的基础上，针对物联网络数据多样化的特点，通过采用对网络设备进行统一的管控，进行有针对性的转发方案，从而在有限的网络环境中，提高物联网络数据转发的效率和各种结构化数据与非结构化数据对延时、带宽等的不同要求。
图1给出了本发明所述系统的整体架构，整个系统分为五层：物联网络设备层、OpenFlow交换机层、SDN控制层、REST API抽象层、物联网客户端层。各层的具体功能为：
(1)物联网设备层位于系统架构的最底层，主要为系统提供基础的物联网设备，包括采集环境参数的传感器、调节环境的控制器、基于Zigbee和RF协议的近场通信模块、收集物联网络数据的网关。
(2)OpenFlow交换机层包括硬件支持OpenFlow协议的交换机和路由器、支持OpenFlow协议的虚拟交换机Open vSwitch。
(3)SDN控制层是本系统的核心控制层，对物联网络数据进行合理的、有计划的数据转发，采用的控制器是POX控制器，POX控制器通过对交换机下发OpenFlow流表，对物联网络数据的转发行为进行控制。SDN控制器中，接收到数据之后，首先对物联网络数据进行分类，分类之后根据分类结果分别发送给码流控制器、重复器，对数据进行处理之后发送给优先级控制器，使用优先级控制器进行排序之后发送数据。设定全双工接口，可以接收客户端发送来的命令，将此命令也加入优先级控制器，进行整体的调控。
(4)REST API抽象层，将已经进行分类处理并进行针对性处理之后的数据进行抽象，抽象为符合REST的形式。
(5)物联网客户端层，包括基于HTML5的浏览器、Android客户端、IOS客户端，负责接收物联网络数据，并对物联网络设备下发控制命令。
本发明所述的一种基于SDN的物联网络数据转发系统主要流程图如图2所示。具体步骤为：
(1)SDN环境初始化，启动控制器，启动OpenFlow交换机。
(2)等待数据到达，没有数据到达的时候进行等待。
(3)判断是否接收到传感器数据，如果接收到传感器数据，则跳转到(5)，如果没有接收到传感器数据，则跳转到(4)。
(4)判断是否接收到客户端命令，如果接收到客户端命令，则跳转到(8)。
(5)判断接收到的数据是否为火灾、防盗等安全类数据，如果是，则对数据进行重复校验，并赋予数据最高优先级，直接进行发送，如果不是，则跳转到(6)。
(6)判断接收到的数据是否为视频、图像等数据量较大的数据，如果是，则使用码流控制器，根据客户端设置和当前网络环境，对码流进行调整，然后将数据发送给优先级控制器进行优先级的控制，如果不是，则跳转到(7)。
(7)剩下的数据类型为环境参数类的数据，这类数据对延时要求不高，数据量也不大，将数据发送给优先级控制器。
(8)优先级控制器对数据进行优先级设定，判定数据的发送顺序和QoS。
(9)根据优先级，对数据进行发送。

Claims (5)

1.一种基于软件定义网络SDN的物联网络数据转发系统，该系统包括底层物联网络设备层、OpenFlow交换机层、SDN控制层、表述性状态传递应用程序编程接口REST API抽象层、物联网客户端层，其特征在于：所述底层物联网络设备层包括环境监测的传感器、摄像头、环境控制器，通过zigbee或近场通信协议将数据发送到网关；
所述OpenFlow交换机层包括通过在编译OpenWRT系统的过程中添加对OpenFlow协议支持的硬件交换机、Mininet平台中使用的Open vSwitch虚拟交换机；
所述SDN控制层使用的是POX控制器，POX控制器负责下发OpenFlow流表；
所述REST API抽象层，对POX控制器中的控制模块进行抽象，抽象出满足RESTful规范的网络接口，用于最上层的物联网络客户端；
所述物联网客户端层包括基于HTML5的浏览器、Android客户端和IOS客户端；
所述物联网客户端采用基于REST API的设计，应用于浏览器、安卓客户端、IOS客户端；
所述系统建立于SDN平台上，在SDN平台中，将物联网络数据交给分类器进行分类处理，将分类后的数据根据数据类型发送给不同的二次处理单元，二次处理单元处理之后，将数据发送给优先级控制器，最后将数据发送出去；建立的全双工接口可以同时接收物联网络客户端发送到网络中的命令。
2.根据权利要求1所述的一种基于软件定义网络SDN的物联网络数据转发系统，其特征在于：SDN平台中的分类器采用的是深度包检测DPI的分类方法，将数据分为安全类数据、视频图像类数据、环境参数数据，其中，安全类数据包括火灾、防盗等数据，对延时要求高，对数据的安全性要求更高；视频图像类数据数据量较大，对延时也有一定的要求；环境参数类数据包括温度、湿度、PM2.5等数据，对实时性和延时要求不高，数据量较小。
3.根据权利要求1所述的一种基于软件定义网络SDN的物联网络数据转发系统，其特征在于：二次处理单元包括针对安全类数据的重复校验器、对视频图像类数据的码流控制器。
4.根据权利要求1所述的一种基于软件定义网络SDN的物联网络数据转发系统，其特征在于：优先级控制器中，对不同类型的数据分别赋予不同的优先级，按照从高到低的顺序，依次为安全类数据、物联网络客户端控制命令、视频图像类数据、环境参数数据。
5.根据权利要求1所述的一种基于软件定义网络SDN的物联网络数据转发系统，其特征在于：全双工接口可以在发送数据的同时，接收到物联网络客户端发送来的命令，并将命令加入到优先级控制器中，通过POX控制器发送给物联网络基础设备。
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