CN109996300B - 一种基于sdn架构的无线移动网络切换管理方法 - Google Patents

一种基于sdn架构的无线移动网络切换管理方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供的一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法，包括以下步骤：步骤1，对OFS流表项进行扩展；步骤2，通过步骤1扩展后的OFS流表项将信令由无线接入点AP传输到SDN控制器；步骤3，SDN控制器将信令转发到切换管理服务器HM，切换管理服务器HM进行切换决策，并将决策结果传输到OFS；OFS将切换决策转发到无线接入点AP，由无线接入点AP进行用户终端的无缝切换；步骤4，用户终端的原属OFS根据更新后的流表将用户终端请求的缓存数据转发到用户终端现属无线接入点AP；本发明采用的无线移动通信网络结合SDN架构，将网络设备虚拟化，可有效解决网络设备的升级换代、新应用的高效部署并解决传统网络路由器负载过重的问题。

Description

一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法
技术领域
本发明属于软件定义网络与无线网络融合架构下的移动节点无缝切换管理方法，具体涉及一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法。
背景技术
SDN的主要思想是控制平面与转发平面解耦合、网络可编程和集中控制，其简化了网络管理，使网络变得更加智能。作为5G关键技术之一，SDN必须解决在无线网络场景中移动终端的无缝切换问题。
传统网络中数据依靠路由表进行转发，在SDN架构中的数据转发规则依赖于数据平面OpenFlow交换机(OpenFlow Switch，OFS)中的流表，流表中的转发规则由SDN控制器决策，OFS只负责数据平面上的数据转发，这样大大。OpenFlow v1.0协议规定流表项包头域有12个信息，OpenFlow v1.3协议规定匹配域能匹配39个信息，这些匹配域中的信息除了二到四层的寻址信息(MAC、IP、Port)外，还有MPLS、IPv6等。
在移动通信网络中，切换管理(Handover Management，HM)服务器在移动终端(MobileNode，MN)的切换请过程中，扮演着切换请求转发、切换命令下发、根据全局网络拓扑进行切换后MN数据转发路径计算、更新流表项的切换管理作用。SDN控制器拥有网络全局拓扑，将移动切换管理HM作为应用层应用，HM可调用SDN控制器提供的北向接口来获取用户信息和网络全局拓扑来支持用户的移动性。
目前正在运营的移动通信网络存在网络设备软硬件更新复杂、新应用部署难度大、路由器承载重的问题。
发明内容
本发明提供的一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法，解决了现有技术中存在的不足，能够实现在SDN无线网络架构下，SDN域内单OFS下或两个相邻OFS下的移动节点由当前服务无线接入点AP移动到相邻AP，这两种场景的无缝切换。
为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是：
本发明提供的一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法，包括以下步骤：
步骤1，对OFS流表项进行扩展；
步骤2，通过步骤1扩展后的OFS流表项将信令由无线接入点AP传输到SDN控制器；
步骤3，SDN控制器将信令转发到切换管理服务器HM，切换管理服务器HM进行切换决策，并将决策结果传输到OFS；OFS将切换决策转发到无线接入点AP，由无线接入点AP进行用户终端的无缝切换；
步骤4，用户终端的原属OFS根据更新后的流表将用户终端请求的缓存数据转发到用户终端现属无线接入点AP。
优选地，步骤1中，OFS流表项进行扩展的具体方法是：
OFS流表项的包头域扩展为入端口、源MAC地址、目的MAC地址、以太网类型、VLANID、VLAN优先级、源IP、目的IP、IP协议、IP TOS位、TCP/IP源端口、TCP/IP目的端口和数据类型，其中，数据类型占用1bit，且0代表普通数据类型，1代表切换信令消息类型。
优选地，步骤2中，通过步骤1扩展后的OFS流表项将信令由无线接入点AP传输到SDN控制器的具体方法是：
S1：移动终端MN与当前服务无线接入点AP正常进行下行数据传输，移动终端MN通过周期性地测量当前服务无线接入点AP和相邻无线接入点AP的通信质量，并发送测量报告给当前服务无线接入点AP，其中，测量报告包括测量ID、当前服务无线接入点AP的服务质量测量结果和相邻无线接入点AP服务质量的测量结果；
S2：当前服务无线接入点AP通过MN上报的测量报告中的测量结果，判决是否进行切换；若当前服务无线接入点AP的服务质量高于设定门限阈值，则不进行切换；
若相邻无线接入点AP的服务质量高于当前服务无线接入点AP的服务质量与设定门限阈值之和，则需要将MN切换到相邻无线接入点AP实现数据传输的不间断性；
S3：当前服务无线接入点AP发送“切换请求”消息到当前所在域的OFS，OFS通过查找与之匹配的流表项，将“切换请求”从该流表项中列出的目的端口转发到SDN控制器，SDN控制器再通知到切换管理服务器HM。
优选地，S3中，OFS通过查找与之匹配的流表项的具体方法是：
匹配的OFS流表项匹配域“入端口”为OFS到当前服务无线接入点AP的端口；“出端口”为OFS到Controller的端口；“数据类型”字段为“1”，而OFS流表项的“动作”域为“CONTROLLER”。
优选地，步骤3中，用户终端进行无缝切换包括两个网络场景，分别是在SDN域内单个OFS下的移动节点MN从当前服务无线接入点AP移动到MN相邻无线接入点AP的切换及数据转发，以及在SDN域内移动节点从当前所在OFS域内的当前服务无线接入点AP移动到相邻OFS域内的MN相邻无线接入点AP的切换及数据转发。
优选地，当在SDN域内单个OFS下的移动节点MN从当前服务无线接入点AP移动到MN相邻无线接入点AP的切换及数据转发，具体包括以下步骤
S1，由于SDN控制器拥有全局网络拓扑，切换管理服务器HM告知SDN控制器通过OFS向MN的相邻服务无线接入点AP转发“切换请求”消息；
S2，MN的相邻服务无线接入点AP接收到“切换请求”消息后，根据是否满足接入新终端的所需的条件来判决是否进行切换；若满足，则通过OFS向SDN控制器的上层切换管理服务器HM转发“切换请求确认”消息；
S3，切换管理服务器HM接收到“切换请求确认”后，告知SDN控制器通过OFS向MN的当前服务无线接入点AP转发“切换命令”消息；
S4，MN当前服务无线接入点AP接收到“切换命令”消息后，向MN发送“测量控制”，即通过RRC链接重配置消息携带的measConfig信元将测量配置消息通知给MN，用于执行切换；
S5，切换管理服务器HM根据“切换请求”与“切换确认”消息计算一条MN到相邻服务无线接入点AP的新路径，并通知SDN控制器更新OFS流表项；
S6，MN在接收到“RRC连接重配置”消息后执行切换，切换到MN相邻服务无线接入点AP后，向该无线接入点AP发送“RRC连接重配置完成”消息；
S7，切换后MN的当前服务无线接入点AP通过OFS流表项转发“切换完成”消息给切换管理服务器控制器，此时，切换执行阶段完成。
优选地，S5中，SDN控制器更新OFS流表项的具体方法是：
将MN当前的“目的IP”更新为MN切换后的“目的IP”；将MN当前的“目的端口”更新为OFS到相邻无线接入点AP的“目的端口”。
优选地，当在SDN域内移动节点从当前所在OFS域内的当前服务无线接入点AP移动到相邻OFS域内的MN相邻无线接入点AP的切换及数据转发，包括以下步骤：
S1，由于SDN控制器拥有全局网络拓扑，切换管理服务器HM告知SDN控制器通过接受切换请求的OFS2向MN的相邻无线接入点AP转发“切换请求”消息；
S2，MN的相邻无线接入点AP接收到“切换请求”消息后，根据是否满足接入新终端的所需的条件来判决是否进行切换；若满足，则通过接受切换请求的OFS2向SDN控制器的上层切换管理服务器HM转发“切换请求确认”消息；
S3，HM接收到“切换请求确认”后，告知SDN控制器通过切换当前所在域OFS1向MN的当前服务无线接入点AP转发“切换命令”消息；
S4，MN当前服务无线接入点AP接收到“切换命令”消息后，向MN发送“测量控制”，即通过RRC链接重配置消息携带的measConfig信元将测量配置消息通知给MN，用于执行切换；
S5，HM根据“切换请求”与“切换确认”消息计算一条MN到相邻无线接入点AP的新路径，并通知SDN控制器更新OFS1和OFS2的流表项；
S6，MN在接收到“RRC连接重配置”消息后执行切换，切换到MN相邻无线接入点AP后，向该无线接入点AP发送“RRC连接重配置完成”消息；
S7，切换后MN的当前服务无线接入点AP通过OFS2流表项转发“切换完成”消息给控制器；切换执行阶段完成。
优选地，S5中，SDN控制器更新OFS1和OFS2的流表项的具体方法是：
将MN当前的“目的IP”更新为MN切换后的“目的IP”；将MN当前的“目的端口”更新为OFS1到OFS2的“目的端口”；
同时，在OFS2上新增两条MN转发流表项，分别是：将更新后的OFS1转发流表项上的“入端口”更新为OFS2到OFS1的端口；将更新后的OFS1转发流表项上的“出端口”更新为OFS2到AP3的“出端口”；以及将更新后的OFS2转发流表项上的“入端口”更新为OFS2到Internet的端口；更新后的OFS2转发流表项上的“出端口”更新为OFS2到AP3的端口。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明提供的一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法，通过改进SDN控制器的OFS流表项，使其支持移动切换信令由下到上转发，并提出了SDN域内单OFS下以及连个相邻OFS下移动节点MN的无缝切换和数据转发过程，并考虑移动节点MN缓存数据所在OFS和切换后所在域的OFS上MN所对应转发流表项的更新。利用SDN控制器北向接口在应用层部署切换管理HM应用，集中控制移动切换过程并计算切换后移动节点MN的转发路径，并通知控制器更新、添加、删除OpenFlow交换机流表项；
由于在移动终端切换过程中需要与SDN控制器上层的移动切换管理HM应用进行通信，所以需要在原有OpenFlow协议的基础上进行流表项扩展，使其支持由无线接入点AP到SDN控制器，即由下到上的移动切换信令传输；
本发明采用的无线移动通信网络结合SDN架构，将网络设备虚拟化，可有效解决网络设备的升级换代、新应用的高效部署并解决传统网络路由器负载过重的问题。
附图说明
图1是本发明提供优选实施例基于SDN架构的无线网络移动切换的总体架构图；
图2是用于支持SDN架构中移动切换信令由下到上转发而改进的OpenFlow流表项示意图；
图3是SDN域内涉及单OpenFlow交换机下的移动切换场景示意图；
图4是SDN域内涉及两个OpenFlow交换机下的移动切换场景示意图；
图5是SDN域内涉及单OpenFlow交换机下的移动切换与数据转发过程示意图；
图6是SDN域内涉及两个OpenFlow交换机下的移动切换与数据转发过程示意图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明进一步详细说明。
如图1所示，本发明提供的一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法，SDN控制器的北向接口连接移动切换管理应用设备HM。该方法能够实现在SDN域内单个OFS下的移动节点MN从当前服务无线接入点AP移动到移动节点MN相邻无线接入点AP的切换及数据转发、以及在SDN域内移动节点从当前所在OFS域内的当前服务无线接入点AP移动到相邻OFS域内的移动节点MN相邻无线接入点AP的切换及数据转发。
具体地：本发明提供的一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法，包括以下步骤：
步骤1，对OFS流表项进行扩展；
步骤2，通过步骤1扩展后的OFS流表项将信令由无线接入点AP传输到SDN控制器；
步骤3，SDN控制器将信令转发到切换管理服务器HM，切换管理服务器HM进行切换决策，并将决策结果传输到OFS；
步骤4，OFS将切换决策转发到无线接入点AP，由无线接入点AP进行用户终端的无缝切换；
步骤5，用户终端的原属OFS根据更新后的流表将用户终端请求的缓存数据转发到用户终端现属无线接入点AP。
步骤1中，如图2所示，OFS流表项进行扩展的具体方法是：
OFS流表项的包头域扩展为入端口、源MAC地址、目的MAC地址、以太网类型、VLANID、VLAN优先级、源IP、目的IP、IP协议、IP TOS位、TCP/IP源端口、TCP/IP目的端口和数据类型，其中，数据类型占用1bit，且0代表普通数据类型，1代表切换信令消息类型。
步骤2中，将信令由无线接入点AP传输到SDN控制器的具体方法是：
如图3所示，当在SDN域内单个OFS下的移动节点MN从当前服务无线接入点AP移动到MN相邻无线接入点AP的切换及数据转发时，具体包括以下步骤：
步骤A1：移动终端MN与当前服务无线接入点AP正常进行下行数据传输，移动终端MN通过周期性地测量当前服务无线接入点AP和相邻无线接入点AP的通信质量，并发送测量报告给当前服务无线接入点AP，其中，测量报告包括测量ID、当前服务无线接入点AP的服务质量测量结果和相邻无线接入点AP服务质量的测量结果；
步骤A2：当前服务无线接入点AP通过MN上报的“测量报告”中的测量结果，来判决是否进行切换。若当前服务无线接入点AP的服务质量高于设定门限阈值，则不进行切换；若相邻无线接入点AP的服务质量高于当前服务无线接入点AP的服务质量与设定门限阈值之和，则需要将MN切换到相邻无线接入点AP实现数据传输的不间断性；此时，切换准备阶段完成；
步骤A3：当前服务无线接入点AP发送“切换请求”消息到当前所在域的OFS，通过查找与之匹配的流表项，将“切换请求”从该流表项中列出的目的端口转发到SDN控制器，SDN控制器再通知到切换管理服务器HM；
步骤A4：由于SDN控制器拥有全局网络拓扑，切换管理服务器HM告知SDN控制器通过OFS向MN的相邻无线接入点AP转发“切换请求”消息；
步骤A5：MN的相邻无线接入点AP接收到“切换请求”消息后，根据是否满足接入新终端的所需的条件来判决是否进行切换。若满足，则通过OFS向SDN控制器的切换管理服务器HM转发“切换请求确认”消息；
步骤A6：切换管理服务器HM接收到“切换请求确认”后，告知SDN控制器通过OFS向MN的当前服务无线接入点AP转发“切换命令”消息；
步骤A7：MN当前服务无线接入点AP接收到“切换命令”消息后，向MN发送“测量控制”，即通过RRC链接重配置消息携带的measConfig信元将测量配置消息通知给MN，用于执行切换；
步骤A8：切换管理服务器HM根据“切换请求”与“切换确认”消息计算一条MN到相邻无线接入点AP的新路径，并通知SDN控制器更新OFS流表项；
步骤A9：MN在接收到“RRC连接重配置”消息后执行切换，切换到MN相邻无线接入点AP后，向该无线接入点AP发送“RRC连接重配置完成”消息；
步骤A10：切换后MN的当前服务无线接入点AP通过OFS流表项转发“切换完成”消息给切换管理服务器控制器，此时，切换执行阶段完成；
步骤A11：切换完成后，移动节点MN需要接收两种下行数据。第一种来自Internet(即源IP地址对应工作站上的数据)，第二种是缓存在切换前服务无线接入点AP上排队转发到MN的数据。这两种数据都可根据OFS上更新后的流表项转发到移动节点MN。
如图4所示，在SDN域内移动节点MN从当前所在OFS域内的当前服务无线接入点AP移动到相邻OFS域内的移动节点MN相邻无线接入点AP的切换及数据转发步骤为，其中，以下OFS1代表MN切换前所在域的OpenFlow交换机，OFS2代表接受切换请求的OpenFlow交换机：
步骤B1：移动终端MN与当前服务无线接入点AP正常进行下行数据传输，移动终端MN通过周期性地测量当前服务无线接入点AP和相邻无线接入点AP的通信质量，并发送“测量报告”给当前服务无线接入点AP，其中，测量报告包括测量ID、当前服务无线接入点AP的服务质量测量结果、和相邻无线接入点AP服务质量的测量结果；
步骤B2：当前服务无线接入点AP当前服务无线接入点AP通过MN上报的“测量报告”中的测量结果，来判决是否进行切换。若当前服务无线接入点AP当前服务无线接入点AP的服务质量高于设定门限阈值，则不进行切换；若相邻无线接入点AP的服务质量高于当前服务无线接入点AP当前服务无线接入点AP的服务质量与设定门限阈值之和，则需要将MN切换到相邻无线接入点AP实现数据传输的不间断性。；此时，切换准备阶段完成；
步骤B3：当前服务无线接入点AP发送“切换请求”消息到OFS1交换机，通过查找与之匹配的流表项，将“切换请求”从该流表项中列出的目的端口转发到控制器，控制器再通知到切换管理服务器HM；
步骤B4：由于SDN控制器拥有全局网络拓扑，HM告知控制器通过OFS2向MN的相邻无线接入点AP转发“切换请求”消息；
步骤B5：MN的相邻无线接入点AP接收到“切换请求”消息后，根据是否满足接入新终端的所需的条件来判决是否进行切换。若满足，则通过OFS2向控制器上层应用HM转发“切换请求确认”消息；
步骤B6：HM接收到“切换请求确认”后，告知控制器通过OFS1向MN的当前服务无线接入点AP转发“切换命令”消息；
步骤B7：MN当前服务无线接入点AP接收到“切换命令”消息后，向MN发送“测量控制”，即通过RRC链接重配置消息携带的measConfig信元将测量配置消息通知给MN，用于执行切换；
步骤B8：HM根据“切换请求”与“切换确认”消息计算一条MN到相邻无线接入点AP的新路径，并通知控制器更新OFS1和OFS2的流表项；
步骤B9：MN在接收到“RRC连接重配置”消息后执行切换，切换到MN相邻无线接入点AP后，向该无线接入点AP发送“RRC连接重配置完成”消息；
步骤B10：切换后MN的当前服务无线接入点AP通过OFS2流表项转发“切换完成”消息给控制器。切换执行阶段完成；
步骤B11：切换完成后，MN需要接收两种下行数据。第一种来自Internet(即源IP地址对应工作站上的数据)，该数据根据OFS2上更新后的流表项转发到MN。第二种是缓存在切换前服务无线接入点AP上排队转发到MN的数据，该数据根据OFS1上更新后的流表项转发到MN；
步骤B12：OFS1上MN缓存数据转发完成后，将MN在OFS1中的相关流表资源删除释放。
实施例
本发明基于以下网络场景：
场景一：如图3所示，在SDN域内的单个OpenFlow交换机OFS1上连接了两个彼此相邻的无线接入点AP1和AP2，移动节点MN当前连接AP1正在进行数据通信，解决MN在SDN数据平面上从AP1到AP2的无缝切换的场景。
场景二：如图4所示，在SDN域内的两个OpenFlow交换机OFS1和OFS2分别连接了两个彼此相邻的无线接入点AP2和AP3，移动节点MN当前连接AP2正在进行数据通信，解决MN在SDN数据平面上从AP2到AP3的无缝切换的场景。
关于场景一的解决方案如图5所示，其切换和数据转发流程的具体步骤如下：
步骤A1：移动节点MN与当前服务无线接入点AP1正常进行下行数据传输，MN通过周期性地测量当前服务无线接入点AP1和相邻AP2的通信质量，并发送“测量报告”给当前服务无线接入点AP1，测量报告包括测量ID、当前服务无线接入点AP1的服务质量测量结果、相邻AP2服务质量的测量结果；
步骤A2：当前服务无线接入点AP1通过MN上报的“测量报告”中的测量结果，来判决是否进行切换；其中，若当前服务无线接入点AP1的服务质量高于设定门限阈值，则不进行切换；若相邻AP2的服务质量高于当前服务无线接入点AP1的服务质量与设定门限阈值之和，则需要将MN切换到相邻AP2实现数据传输的不间断性；切换准备阶段完成；
步骤A3：MN的当前服务无线接入点AP1发送“切换请求”消息到OFS1交换机，通过查找与之匹配的流表项，将“切换请求”从该流表项中列出的目的端口转发到控制器，控制器再通知到切换管理服务器HM；
此时匹配的OFS1流表项匹配域“入端口”为OFS1到AP1的端口，“出端口”为OFS1到Controller的端口，“数据类型”字段为“1”，而流表项“动作”域为“CONTROLLER”；
步骤A4：由于SDN控制器拥有全局网络拓扑，切换管理服务器HM告知SDN控制器通过OFS向MN的相邻AP转发“切换请求”消息；
步骤A5：MN的相邻AP2接收到“切换请求”消息后，根据是否满足接入新终端的所需的条件来判决是否进行切换。若满足，则通过OFS1向控制器上层应用HM转发“切换请求确认”消息；
步骤A6：HM接收到“切换请求确认”后，告知控制器通过OFS1向MN的当前服务无线接入点AP1转发“切换命令”消息；
步骤A7：MN当前服务无线接入点AP1接收到“切换命令”消息后，向MN发送“测量控制”，即通过RRC链接重配置消息携带的measConfig信元将测量配置消息通知给MN，用于执行切换；
步骤A8：HM根据“切换请求”与“切换确认”消息计算一条MN到相邻AP2的新路径，并通知控制器更新OFS1流表项。更新MN在OFS1的转发流表项时，仅更新“目的IP”为MN切换后的IP，“目的端口”为OFS1到AP2的端口；
步骤A9：MN在接收到“RRC连接重配置”消息后执行切换。切换到MN相邻AP2后，MN向AP2发送“RRC连接重配置完成”消息；
步骤A10：切换后MN的当前服务无线接入点AP2通过OFS1流表项转发“切换完成”消息给控制器。切换执行阶段完成；
步骤A11：切换完成后，MN需要接收两种下行数据。第一种来自Internet(即源IP地址对应工作站上的数据)，第二种是切换前缓存在OFS1上排队转发到MN的数据。这两种数据都可根据OFS1上更新后的流表项转发到MN；
关于场景二的解决方案如图6所示，其切换和数据转发流程的具体步骤如下：
步骤B1：移动节点MN与当前服务无线接入点AP2正常进行下行数据传输，MN通过周期性地测量当前服务无线接入点AP2和相邻AP3的通信质量，并发送“测量报告”给当前服务无线接入点AP2，测量报告包括测量ID、当前服务无线接入点AP2的服务质量测量结果、相邻AP3服务质量的测量结果；
步骤B2：MN的当前服务无线接入点AP2通过MN上报的“测量报告”中的测量结果，来判决是否进行切换；其中，
若当前服务无线接入点AP2的服务质量高于设定门限阈值，则不进行切换；
若相邻AP3的服务质量高于当前服务无线接入点AP2的服务质量与设定门限阈值之和，则需要将MN切换到相邻AP3实现数据传输的不间断性，切换准备阶段完成；
步骤B3：当前服务无线接入点AP2发送“切换请求”消息到OFS1交换机，通过查找与之匹配的流表项，将“切换请求”从该流表项中列出的目的端口转发到控制器，控制器再通知到上层HM应用。此时匹配的OFS1流表项匹配域“入端口”为OFS1到AP2的端口，“出端口”为OFS1到Controller的端口，“数据类型”字段为“1”，而流表项“动作”域为“CONTROLLER”；
步骤B4：由于SDN控制器拥有全局网络拓扑，HM告知控制器通过OFS2向MN的相邻AP3转发“切换请求”消息；
步骤B5：MN的相邻AP3接收到“切换请求”消息后，根据是否满足接入新终端的所需的条件来判决是否进行切换。若满足，则通过OFS2向控制器上层应用HM转发“切换请求确认”消息；
步骤B6：HM接收到“切换请求确认”后，告知控制器通过OFS1向MN的当前服务无线接入点AP2转发“切换命令”消息；
步骤B7：MN当前服务无线接入点AP2接收到“切换命令”消息后，向MN发送“测量控制”，即通过RRC链接重配置消息携带的measConfig信元将测量配置消息通知给MN，用于执行切换；
步骤B8：HM根据“切换请求”与“切换确认”消息计算一条MN到相邻AP3的新路径，并通知控制器更新OFS1和OFS2的MN转发流表项。更新MN在OFS1的转发流表项时，仅更新“目的IP”为MN切换后的IP，“目的端口”为OFS1到OFS2的端口。在OFS2上新增两条MN转发流表项，分别在更新后的OFS1关于MN的转发流表项的基础上更新“入端口”为OFS2到OFS1的端口、“出端口”为OFS2到AP3的端口，以及“入端口”为OFS2到Internet的端口、“出端口”为OFS2到AP3的端口；
步骤B9：MN在接收到“RRC连接重配置”消息后执行切换。切换到MN相邻AP3后，MN向AP3发送“RRC连接重配置完成”消息；
步骤B10：切换后MN的当前服务无线接入点AP3通过OFS2流表项转发“切换完成”消息给控制器。切换执行阶段完成；
步骤B11：切换完成后，MN需要接收两种下行数据。第一种来自Internet(即源IP地址对应工作站上的数据)，该数据根据OFS2上更新后的流表项转发到MN。第二种是切换前缓存在OFS1上排队转发到MN的数据，该数据根据OFS1上更新后的流表项转发到OFS2，再转发到MN；
步骤B12：OFS1上MN缓存数据转发完成后，将MN在OFS1中的相关流表资源删除释放。
本发明提出的一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法，能够实现SDN域内单OpenFlow交换机下以及两个相邻OpenFlow交换机下移动节点MN的无缝切换场景。利用改进后的流表可实现在切换过程中移动切换信令由下到上的转发。切换管理作为SDN控制器之上的应用，调用Controller北向接口API获取SDN域内全局网络拓扑、计算转发路径、灵活调度流量，降低了数据平面的复杂性，实现了控制面的集中管理。

Claims (8)

1.一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，对OFS流表项进行扩展；
步骤2，通过步骤1扩展后的OFS流表项将信令由无线接入点AP传输到SDN控制器；
步骤3，SDN控制器将信令转发到切换管理服务器HM，切换管理服务器HM进行切换决策，并将决策结果传输到OFS；OFS将决策结果转发到无线接入点AP，由无线接入点AP进行用户终端的无缝切换；
步骤4，用户终端的原属OFS根据更新后的流表将用户终端请求的缓存数据转发到用户终端现属无线接入点AP；
步骤1中，OFS流表项进行扩展的具体方法是：
OFS流表项的包头域扩展为入端口、源MAC地址、目的MAC地址、以太网类型、VLAN ID、VLAN优先级、源IP、目的IP、IP协议、IP TOS位、TCP/IP源端口、TCP/IP目的端口和数据类型，其中，数据类型占用1bit，且0代表普通数据类型，1代表切换信令消息类型。
2.根据权利要求1所述的一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法，其特征在于，步骤2中，通过步骤1扩展后的OFS流表项将信令由无线接入点AP传输到SDN控制器的具体方法是：
S1：移动终端MN与当前服务无线接入点AP正常进行下行数据传输，移动终端MN通过周期性地测量当前服务无线接入点AP和相邻无线接入点AP的通信质量，并发送测量报告给当前服务无线接入点AP，其中，测量报告包括测量ID、当前服务无线接入点AP的服务质量测量结果和相邻无线接入点AP服务质量的测量结果；
S2：当前服务无线接入点AP通过MN上报的测量报告中的测量结果，判决是否进行切换；若当前服务无线接入点AP的服务质量高于设定门限阈值，则不进行切换；
若相邻AP的服务质量高于当前服务无线接入点AP的服务质量与设定门限阈值之和，则需要将MN切换到相邻AP实现数据传输的不间断性；
S3：当前服务无线接入点AP发送“切换请求”消息到当前所在域的OFS，OFS通过查找与之匹配的流表项，将“切换请求”从该流表项中列出的目的端口转发到SDN控制器，SDN控制器再通知到切换管理服务器HM。
3.根据权利要求2所述的一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法，其特征在于，S3中，OFS通过查找与之匹配的流表项的具体方法是：
匹配的OFS流表项匹配域“入端口”为OFS到当前服务无线接入点AP的端口；“出端口”为OFS到SDN控制器的端口；“数据类型”字段为“1”，而OFS流表项的“动作”域为“SDN控制器”。
4.根据权利要求1所述的一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法，其特征在于，步骤3中，用户终端进行无缝切换包括两个网络场景，分别是在SDN域内单个OFS下的移动节点MN从当前服务无线接入点AP移动到相邻AP的切换及数据转发，以及在SDN域内移动节点从当前所在OFS域内的当前服务无线接入点AP移动到相邻OFS域内相邻AP的切换及数据转发。
5.根据权利要求4所述的一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法，其特征在于，当在SDN域内单个OFS下的移动节点MN从当前服务无线接入点AP移动到相邻AP的切换及数据转发，具体包括以下步骤
S1，由于SDN控制器拥有全局网络拓扑，切换管理服务器HM告知SDN控制器通过OFS向相邻无线接入点AP转发“切换请求”消息；
S2，相邻无线接入点AP接收到“切换请求”消息后，根据是否满足接入新终端的所需的条件来判决是否进行切换；若满足，则通过OFS向SDN控制器的上层切换管理服务器HM转发“切换请求确认”消息；
S3，切换管理服务器HM接收到“切换请求确认”后，告知SDN控制器通过OFS向MN的当前服务无线接入点AP转发“切换命令”消息；
S4，MN当前服务无线接入点AP接收到“切换命令”消息后，向MN发送“执行切换配置信息”，即通过RRC链接重配置消息携带的measConfig信元将MN接入相邻无线接入点AP所需要的参数消息通知给MN，用于执行切换；
S5，切换管理服务器HM根据“切换请求”与“切换确认”消息计算一条MN到相邻无线接入点AP的新路径，并通知SDN控制器更新OFS流表项；
S6，MN在接收到“RRC连接重配置”消息后执行切换，切换到相邻无线接入点AP后，向该AP发送“RRC连接重配置完成”消息；
S7，切换后MN的当前服务无线接入点AP通过OFS流表项转发“切换完成”消息给切换管理服务器控制器，此时，切换执行阶段完成。
6.根据权利要求5所述的一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法，其特征在于，S5中，SDN控制器更新OFS流表项的具体方法是：
将MN当前的“目的IP”更新为MN切换后的“目的IP”；将MN当前的“目的端口”更新为OFS到相邻AP的“目的端口”。
7.根据权利要求4所述的一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法，其特征在于，当在SDN域内，移动节点MN从当前所在OpenFlow交换机OFS1域内的当前服务无线接入点AP1移动到相邻OpenFlow交换机OFS2域内相邻无线接入点AP2的切换及数据转发，包括以下步骤：
S1，由于SDN控制器拥有全局网络拓扑，切换管理服务器HM告知SDN控制器通过接受切换请求的OFS2向AP2转发“切换请求”消息；
S2，AP2接收到“切换请求”消息后，根据是否满足接入新终端的所需的条件来判决是否进行切换；若满足，则通过接受切换请求的OFS2向SDN控制器的上层切换管理服务器HM转发“切换请求确认”消息；
S3，HM接收到“切换请求确认”后，告知SDN控制器通过切换当前所在域OFS1向AP2转发“切换命令”消息；
S4，AP1接收到“切换命令”消息后，向MN发送“执行切换配置信息”，即通过RRC链接重配置消息携带的measConfig信元将MN接入AP2所需要的参数消息通知给MN，用于执行切换；
S5，HM根据“切换请求”与“切换确认”消息计算一条MN到AP2的新路径，并通知SDN控制器更新OFS1和OFS2的流表项；
S6，MN在接收到“RRC连接重配置”消息后执行切换，切换到AP2后，向AP2发送“RRC连接重配置完成”消息；
S7，切换后AP1通过OFS2流表项转发“切换完成”消息给控制器；切换执行阶段完成。
8.根据权利要求7所述的一种基于SDN架构的无线移动网络切换管理方法，其特征在于，S5中，SDN控制器更新移动节点MN当前所在OpenFlow交换机OFS1和相邻OpenFlow交换机OFS2的流表项的具体方法是：
将MN当前的“目的IP”更新为MN切换后的“目的IP”；将MN当前的“目的端口”更新为OFS1到OFS2的“目的端口”；
同时，在OFS2上新增两条MN转发流表项，分别是：将更新后的OFS1转发流表项上的“入端口”更新为OFS2到OFS1的端口；将更新后的OFS1转发流表项上的“出端口”更新为OFS2到AP3的“出端口”；以及将更新后的OFS2转发流表项上的“入端口”更新为OFS2到Internet的端口；更新后的OFS2转发流表项上的“出端口”更新为OFS2到OFS2域内的相邻无线接入点AP3的端口。
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