CN112020112A - Sdn架构下基于mptcp的异构网络切换方法和系统 - Google Patents

Sdn架构下基于mptcp的异构网络切换方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种SDN架构下基于MPTCP的异构网络切换方法和系统，所述方法包括：SDN控制器综合来自网络侧与移动终端侧的信息作出切换判断后，向移动终端发出切换指令，指定切换的目标网络；所述移动终端接收到所述切换指令后，新建一个MPTCP会话，该会话包含了使用目标网络所建立的子流subflow；所述移动终端将正在传输的业务的数据包从原始MPTCP会话转交到新建的MPTCP会话进行传输；其中，所述原始MPTCP会话包含了使用原始网络所建立的subflow。应用本发明可以可以保证异构网络切换场景下移动终端的业务数据传输的连续性。

Description

SDN架构下基于MPTCP的异构网络切换方法和系统
技术领域
本发明涉及通信网络技术领域，特别是指一种SDN架构下基于MPTCP的异构网络切换方法和系统。
背景技术
异构网络(Heterogeneous Network)是由不同制造商生产的计算机，网络设备和系统组成的，大部分情况下运行在不同的协议上支持不同的功能或应用。也就是说，将相互重叠的不同类型网络融合起来以构成异构网络，从而满足未来终端的业务多样性需求。
为了可以同时接入到多个网络，移动终端应当具备可以接入多个网络的接口，这种移动终端被称为多模终端。由于多模终端可以接入到多个网络中，因此肯定会涉及到不同网络之间的切换，与同构网络(Homogeneous Wireless Networks)中的水平切换(Horizontal Handoff,HHO)不同，这里称不同通信系统之间的切换为垂直切换(VerticalHandoff，VHO)。
异构网络中的固定移动网络融合(FMC：Fixed Mobile Convergence)，是通过固定网络与移动网络之间的融通、合作，从而实现全业务及融合业务的经营，为用户提供多样的高质量的通信、信息和娱乐等业务。固移融合解决方案为固定和移动用户提供统一的语音、数据、视频服务业务等，提升用户的体验。
现有技术的一种基于SDN的LTE与WLAN异构网络切换系统与方法，如图1所示，该方法通过建立无线接入网关WAG与分组数据网关PGW之间的隧道协议实现移动用户在异构网络环境下的无缝切换。WLAN使用无线接入网关WAG，并通过隧道协议将WAG与LTE中的分组数据网关PGW连接。WAG和PGW受SDN控制器控制，控制器通过收集用户的相关信息，做出相应的切换决策，之后将决策信息发送到网关，网关根据控制信息完成网络切换的数据包转发。
该方法利用隧道协议完成下行数据的转发，在网络切换的过程中，一定程度上保证了业务的连续性。但是在网关之间建立隧道增加了控制器的复杂度，通过隧道的数据包转发还会引入一定的时延。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提出一种SDN架构下基于MPTCP的异构网络切换方法和系统，可以保证异构网络切换场景下移动终端的业务数据传输的连续性，且不用在网关之间建立隧道，通过隧道进行数据包转发，从而可以避免切换过程中的数据包转发延迟。
基于上述目的，本发明提供一种SDN架构下基于MPTCP的异构网络切换方法，包括：
SDN控制器综合来自网络侧与移动终端侧的信息作出切换判断后，向移动终端发出切换指令，指定切换的目标网络；
所述移动终端接收到所述切换指令后，新建一个MPTCP会话，该会话包含了使用目标网络所建立的子流subflow；
所述移动终端将正在传输的业务的数据包从原始MPTCP会话转交到新建的MPTCP会话进行传输；
其中，所述原始MPTCP会话包含了使用原始网络所建立的subflow。
进一步，在所述新建一个MPTCP会话之后，还包括：
在原始MPTCP会话结束剩余数据的传输后，移除原始MPTCP会话。
进一步，在所述移动终端将正在传输的业务的数据包从原始MPTCP会话转交到新建的MPTCP会话进行传输后，还包括：
所述数据包的接收端将从新建的MPTCP会话解析出的数据包序列首端，接续到从原始MPTCP会话解析出的数据包队列末端。
其中，所述原始网络为移动网络，所述目标网络为固定网络；或者
所述原始网络为固定网络，所述目标网络为移动网络。
较佳地，所述原始网络为移动网络，以及在所述SDN控制器综合来自网络侧与移动终端侧的信息作出切换判断之前，所述移动终端移动到移动网络和固定网络重复覆盖的区域；以及
所述移动终端新建的MPTCP会话中包含两个子流，分别为使用移动网络和固定网络的子流subflow。
本发明还提供一种SDN架构下基于MPTCP的异构网络切换系统，包括：
SDN控制器，用于综合来自网络侧与移动终端侧的信息作出切换判断后，向移动终端发出切换指令，指定切换的目标网络；
移动终端，用于接收到所述切换指令后，新建一个MPTCP会话，该会话包含了使用目标网络所建立的子流subflow；并将正在传输的业务的数据包从原始MPTCP会话转交到新建的MPTCP会话进行传输；其中，所述原始MPTCP会话包含了使用原始网络所建立的subflow。
本发明的技术方案中，SDN控制器综合来自网络侧与移动终端侧的信息作出切换判断后，向移动终端发出切换指令，指定切换的目标网络；所述移动终端接收到所述切换指令后，新建一个MPTCP会话，该会话包含了使用目标网络所建立的子流subflow；所述移动终端将正在传输的业务的数据包从原始MPTCP会话转交到新建的MPTCP会话进行传输；其中，所述原始MPTCP会话包含了使用原始网络所建立的subflow。从而，业务的数据包可以通过新建的MPTCP会话，使用切换的目标网络继续传输，保证了异构网络切换场景下移动终端的业务数据传输的连续性，且不用在网关之间建立隧道，通过隧道进行数据包转发，从而避免了切换过程中的数据包转发延迟。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为现有技术的一种SDN架构下的异构网络切换系统的架构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种SDN架构下基于MPTCP的异构网络切换系统的架构示意图；
图3为本发明实施例提供的一种SDN架构下基于MPTCP的异构网络切换方法流程图；
图4为本发明实施例提供的一种SDN架构下基于MPTCP的异构网络切换时的信令流程图；
图5为本发明实施例提供的一种MPTCP的架构示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
需要说明的是，除非另外定义，本发明实施例使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
本发明的发明人考虑到，移动终端使用MPTCP协议在固移融合的异构网络中进行数据通信，MPTCP是由TCP协议发展出的网络协议，它允许应用程序透明地使用多个路径的TCP子流进行网络连接和传输数据，这使得MPTCP在动态变化的网络中具备很好的适应性，也为异构网络中的切换问题带来了新的解决思路。
移动终端可以具备两个网络端口，其中一个网络接口用于连接WLAN网络，另一个用于连接蜂窝网络。目前应用于Linux的MPTCP支持在初始化阶段创建子流，但在会话进行过程中不支持创建新的子流。因此单独一个MPTCP会话无法执行网络切换。但是通过创建一路新的MPTCP会话，可以创建不同于原始MPTCP会话的子流集合，此特性为异构网络间的切换提供了新的解决方案。
由此，本发明技术方案中，在固移融合的异构网络场景下，基于SDN架构与MPTCP协议机制设计一种网络切换的执行方法，使得移动终端能够在固定网络(比如，无线局域网WLAN)和移动网络(比如，蜂窝网络)间无缝切换，在保障业务连续性的同时，更高效地利用网络资源、提升移动终端数据速率。在SDN架构下，本发明的技术方案基于SDN固有的集中控制和可编程性的特点以及MPTCP的多流通信机制，提出一种异构网络切换方法，并设计了相关的切换信令流程。从而保证了异构网络切换场景下移动终端的业务数据传输的连续性，且不用在网关之间建立隧道，通过隧道进行数据包转发，从而可以避免切换过程中的数据包转发延迟。
下面结合附图详细说明本发明实施例的技术方案。
本发明实施例提供的一种SDN架构下基于MPTCP的异构网络切换系统，如图2所示，包括：SDN架构中的SDN控制器101、移动终端102。
在SDN架构下，SDN控制器101通过集中式的网络感知与控制做出切换决策；
在SDN控制器101控制下，移动终端102新建一个MPTCP会话，并将正在传输的业务数据从原始MPTCP会话转交到新建MPTCP会话，之后移除原始MPTCP会话。其中，原始MPTCP会话包含了使用原始网络所建立的subflow，新建立的MPTCP会话承接现有的业务数据传输，并且利用切换决策中的目标网络建立了子流(subflow)，因此该切换执行过程实现了MPTCP子流的动态更新。基于上述新建和移除MPTCP会话以及数据转交的操作，实现了通过MPTCP子流的动态更新来执行切换决策，从而实现了固移融合场景下异构网络的无缝切换。其中，所述原始网络可以是移动网络，目标网络为固定网络，从而实现从移动网络到固定网络的无缝切换。或者，所述原始网络为固定网络，目标网络为移动网络，从而实现从固定网络到移动网络的无缝切换。
进一步，本发明实施例提供的一种SDN架构下基于MPTCP的异构网络切换系统中还可包括：数据包的接收端103。
移动终端102即为数据包的发送端，所述数据包的接收端103在接收到原始MPTCP会话和新建的MPTCP会话的数据包后，将从新建的MPTCP会话解析出的数据包序列首端，接续到从原始MPTCP会话解析出的数据包队列末端，从而得到业务的所有数据包，实现异构网络的切换，并可以保证异构网络切换场景下移动终端的业务数据传输的连续性。
具体地，基于上述的SDN架构下基于MPTCP的异构网络切换系统，本发明实施例提供的一种SDN架构下基于MPTCP的异构网络切换方法，具体流程如图3所示，包括如下步骤：
步骤S201：SDN控制器101综合来自网络侧与移动终端侧的信息作出切换判断后，向移动终端102发出切换指令，指定切换的目标网络。
具体地，在SDN环境下，SDN控制器101实时收集移动终端102参数和网络参数，SDN控制器101综合来自网络侧与移动终端侧的信息，做出合理的网络切换决策、切换判断后，向移动终端102发出切换指令，指定切换的目标网络。即SDN进行集中式的信息收集分析和决策控制，在切换条件被触发时，向移动终端发出切换指令。
例如，移动终端102由LTE(移动网络)覆盖区域移动到LTE(移动网络)与WLAN(固定网络)重叠覆盖区域，SDN控制器101综合来自网络侧与移动终端侧的信息，发出切换指令，指定切换的目标网络可以包括LTE与WLAN。
步骤S202：移动终端102接收到所述切换指令后，新建一个MPTCP会话，该会话包含了使用目标网络所建立的子流subflow。
具体地，移动终端102接收到所述切换指令后，初始化一个新的MPTCP会话。MPTCP配置了子流创建功能模块，因此通过SDN控制器可以对子流创建模式进行灵活配置。本文配置了“fullmesh”子流创建模式初始化新的MPTCP。在“fullmesh”模式下，MPTCP协议规定在收发两端不同的IP地址对间创建所有可用的subflow，因此新建MPTCP会话的子流中包含使用目标网络建立的subflow。
例如，移动终端102接收到SDN控制器101发出的切换指令，指定切换的目标网络包括LTE与WLAN，则移动终端102新建一个MPTCP会话记为MPTCP1，该新建的MPTCP会话，如图4所示，包含两个子流subflow1、subflow2，分别为使用移动网络(LTE)和固定网络(WLAN)的子流subflow。
步骤S203：移动终端102将正在传输的业务的数据包从原始MPTCP会话转交到新建的MPTCP会话进行传输。
具体地，移动终端102在步骤S202新建一个MPTCP会话之前，在原始网络的覆盖区域之中已建立了一个原始MPTCP会话，该原始MPTCP会话包含了使用原始网络所建立的subflow；移动终端102将应用层待传输的当前业务的数据包交由该原始MPTCP会话进行传输。
例如，如图4所示，MPTCP0为移动终端102之前在LTE(移动网络)覆盖区域中通过SDN控制器101创建的原始MPTCP会话，MPTCP0包含一个子流subflow0，为使用移动网络(LTE)的子流subflow。
在新建的MPTCP会话初始化完成之后，本步骤中，移动终端102以当前时刻为断点，将接下来需要继续传输的应用层的业务的数据包交送至新建的MPTCP会话进行传输，因此新建的MPTCP会话中所传输的业务的数据包接续了原始MPTCP会话所传输的数据包队列的末端。
更优地，在原始MPTCP会话结束剩余数据的传输后，亦即最后一个传输的数据包收到ACK回复后，移动终端102移除原始MPTCP会话。该操作保证了应用层数据包转流节点之前的数据包的完整可靠传输，并且通过移除原始MPTCP会话使移动终端102的MPTCP系统返回到初始状态。
例如，如图4所示，移动终端102通过MPTCP1同时使用LTE和WLAN进行业务数据传输。然后在MPTCP0传输结束后，终止MPTCP0。之后，若移动终端102进入只有WLAN覆盖的区域，则使用LTE网络的subflow2的数据传输中止，但使用WLAN网络的subflow1仍持续传输数据，业务数据的连续性得以保障。
步骤S204：数据包的接收端103将从新建的MPTCP会话解析出的数据包序列首端，接续到从原始MPTCP会话解析出的数据包队列末端。
具体地，基于MPTCP协议的通信中，MPTCP定义了DSN和SSN，如图5所示。其中，DSN(Data Sequence Number，数据序列号)代表MPTCP会话的数据序列号，SSN(SubflowSequence Number，子流序列号)记录了所对应TCP子流的数据包顺序。在接收端的传输控制层，根据DSN与SSN映射关系对数据包进行正确的重排，从而保证了通过多流进行传输的MPTCP会话数据包的正确解析。
由此，本步骤中，数据包的接收端103接收端接收到所述原始MPTCP会话和新建的MPTCP会话中的数据包后，根据两个MPTCP会话各自的会话的数据序列号DSN和数据包序号SSN独立地进行传输控制层的解析，并分别得到两个MPTCP会话各自的数据包队列；进而，将从新建的MPTCP会话解析出的数据包序列首端，接续到从原始MPTCP会话解析出的数据包队列末端得到所述业务的所有数据包，再转交MPTCP的上层进行后续解析处理。
在接收端，由于原始MPTCP会话和新建MPTCP会话分别独立地进行可靠数据传输，这样就确保了应用层数据包转流节点之前(交由原始MPTCP会话传输)和之后(交由新建MPTCP会话传输)的数据包的可靠传输；然后通过上述的对数据包队列的接续操作，便实现了业务的数据包的可靠连续传输；最终保证了切换过程中业务数据的连续性及可靠传输。
本发明的技术方案中，SDN控制器综合来自网络侧与移动终端侧的信息作出切换判断后，向移动终端发出切换指令，指定切换的目标网络；所述移动终端接收到所述切换指令后，新建一个MPTCP会话，该会话包含了使用目标网络所建立的子流subflow；所述移动终端将正在传输的业务的数据包从原始MPTCP会话转交到新建的MPTCP会话进行传输；其中，所述原始MPTCP会话包含了使用原始网络所建立的subflow。从而，业务的数据包可以通过新建的MPTCP会话，使用切换的目标网络继续传输，保证了异构网络切换场景下移动终端的业务数据传输的连续性，且不用在网关之间建立隧道，通过隧道进行数据包转发，从而避免了切换过程中的数据包转发延迟。
本实施例的计算机可读介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机的存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。
所属领域的普通技术人员应当理解：以上任何实施例的讨论仅为示例性的，并非旨在暗示本公开的范围(包括权利要求)被限于这些例子；在本发明的思路下，以上实施例或者不同实施例中的技术特征之间也可以进行组合，步骤可以以任意顺序实现，并存在如上所述的本发明的不同方面的许多其它变化，为了简明它们没有在细节中提供。
另外，为简化说明和讨论，并且为了不会使本发明难以理解，在所提供的附图中可以示出或可以不示出与集成电路(IC)芯片和其它部件的公知的电源/接地连接。此外，可以以框图的形式示出装置，以便避免使本发明难以理解，并且这也考虑了以下事实，即关于这些框图装置的实施方式的细节是高度取决于将要实施本发明的平台的(即，这些细节应当完全处于本领域技术人员的理解范围内)。在阐述了具体细节(例如，电路)以描述本发明的示例性实施例的情况下，对本领域技术人员来说显而易见的是，可以在没有这些具体细节的情况下或者这些具体细节有变化的情况下实施本发明。因此，这些描述应被认为是说明性的而不是限制性的。
尽管已经结合了本发明的具体实施例对本发明进行了描述，但是根据前面的描述，这些实施例的很多替换、修改和变型对本领域普通技术人员来说将是显而易见的。例如，其它存储器架构(例如，动态RAM(DRAM))可以使用所讨论的实施例。
本发明的实施例旨在涵盖落入所附权利要求的宽泛范围之内的所有这样的替换、修改和变型。因此，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何省略、修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种SDN架构下基于MPTCP的异构网络切换方法，其特征在于，包括：
SDN控制器综合来自网络侧与移动终端侧的信息作出切换判断后，向移动终端发出切换指令，指定切换的目标网络；
所述移动终端接收到所述切换指令后，新建一个MPTCP会话，该会话包含了使用目标网络所建立的子流subflow；
所述移动终端将正在传输的业务的数据包从原始MPTCP会话转交到新建的MPTCP会话进行传输；
其中，所述原始MPTCP会话包含了使用原始网络所建立的subflow。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述新建一个MPTCP会话之后，还包括：
在原始MPTCP会话结束剩余数据的传输后，移除原始MPTCP会话。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述移动终端将正在传输的业务的数据包从原始MPTCP会话转交到新建的MPTCP会话进行传输后，还包括：
所述数据包的接收端将从新建的MPTCP会话解析出的数据包序列首端，接续到从原始MPTCP会话解析出的数据包队列末端。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述将从新建的MPTCP会话解析出的数据包序列首端，接续到从原始MPTCP会话解析出的数据包队列末端，具体为：
所述接收端接收到所述原始MPTCP会话和新建的MPTCP会话中的数据包后，根据两个MPTCP会话各自的会话的数据序列号DSN和数据包序号SSN独立地进行传输控制层的解析，并分别得到两个MPTCP会话各自的数据包队列；进而，将从新建的MPTCP会话解析出的数据包序列首端，接续到从原始MPTCP会话解析出的数据包队列末端得到所述业务的所有数据包。
5.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述原始网络为移动网络，所述目标网络为固定网络；或者
所述原始网络为固定网络，所述目标网络为移动网络。
6.根据权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，所述原始网络为移动网络，以及在所述SDN控制器综合来自网络侧与移动终端侧的信息作出切换判断之前，所述移动终端移动到移动网络和固定网络重复覆盖的区域；以及
所述移动终端新建的MPTCP会话中包含两个子流，分别为使用移动网络和固定网络的子流subflow。
7.一种SDN架构下基于MPTCP的异构网络切换系统，其特征在于，包括：
SDN控制器，用于综合来自网络侧与移动终端侧的信息作出切换判断后，向移动终端发出切换指令，指定切换的目标网络；
移动终端，用于接收到所述切换指令后，新建一个MPTCP会话，该会话包含了使用目标网络所建立的子流subflow；并将正在传输的业务的数据包从原始MPTCP会话转交到新建的MPTCP会话进行传输；其中，所述原始MPTCP会话包含了使用原始网络所建立的subflow。
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，
所述移动终端还用于在原始MPTCP会话结束剩余数据的传输后，移除原始MPTCP会话。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，还包括：
所述数据包的接收端，用于将从新建的MPTCP会话解析出的数据包序列首端，接续到从原始MPTCP会话解析出的数据包队列末端。
10.根据权利要求7-9任一所述的系统，其特征在于，所述原始网络为移动网络，所述目标网络为固定网络；或者
所述原始网络为固定网络，所述目标网络为移动网络。
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