CN113259848A - 一种基于sdn的地理标识网络构建方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于SDN的地理标识网络构建方法。本发明利用地理位置信息作为传输标识，通过构建基于SDN的地理标识传输架构，实现基于地理标识的通信过程。本发明利用地理标识代替传统的IP标识进行网络传输，有效解决了当前网络IP单一承担的窄腰问题，对于提升网络性能具有较强的现实意义。同时，本发明利用SDN架构集中式地管控网络，能够更为灵活地生成、更新流表，较分布式的自组织网络安全性更好。另外，本发明提供的方法可扩展至多个地理标识区域，实现大面积地实时跨域传输。本发明操作简单，容易实现，具有较高的实时性；适用范围广，可用于构建新型网络，提升网络性能。

Description

一种基于SDN的地理标识网络构建方法

技术领域

本发明属于新型网络架构领域，尤其涉及一种基于SDN的地理标识网络构建方法。

背景技术

当随着网络技术和应用的不断发展，特别是大数据、云计算、人工智能等的出现和应用，互联网迎来了加速裂变式的新一轮革命，促使社会各方面发生颠覆性变化，并深刻改变着人类世界的空间轴、时间轴和思想维度。然而，面对互联网与经济社会深度融合发展带来的专业化服务承载需求，互联网技术内涵的发展却未能充分支撑网络应用外延的拓展，现有网络基础架构及由此构建的技术体系存在网络结构僵化、IP单一承载、未知威胁难以抑制等基础性问题，对质量、安全、融合、扩展、可管可控、效能、移动等的支持能力低下，无法通过有限的资源动态灵活地满足泛在场景下各类型、各层次用户对智慧化、多元化、个性化、高顽健、高效能等高质量用网体验的需求。

为打破上述网络发展困境、创新网络技术，AT&T运营商通过SDN/NFV技术将网络基础设施从“以硬件为中心”转向“以软件为中心”，实现了基于云架构的开放网络，也验证了软件定义转发、软件定义互连、软件定义硬件等理念和技术，可实现对基础网络的拓扑、协议、软硬件、接口等进行全维度定义。尽管发展除IP之外的其他寻址传输方式已经成为共识，但是，如何在“以软件为中心”的全维度定义框架下，实现新型传输方式，目前仍然缺乏相关实施方法。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种基于SDN的地理标识网络构建方法。本发明通过新型传输方式解决目前网络IP单一承担的窄腰问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于SDN的地理标识网络构建方法，包括以下步骤：

步骤一、构建基于SDN的地理标识通信框架，包括接入终端、路边基站、SDN交换机、SDN控制器；

步骤二、网络初始化：SDN控制器收集各个路边基站的精确位置及覆盖半径；路边基站接入网络后定时向SDN控制器发送包含基站身份信息、基站所在经纬度及覆盖半径的地理标识网络数据包；

步骤三、发送端确定需要请求的区域：当某个接入终端需要向一块指定区域发送数据包时，该接入终端成为发送端，发送端指定的区域为请求区域，在请求区域内的所有接入终端为接收端；

步骤四、发送端生成区域广播报文，区域广播报文数据包包括报头及载荷；载荷中定义需要广播的内容；报头包括基本报头、公共报头、数据包序列号、发送端地理位置、请求区域地理信息；

步骤五、发送端向路边基站发送区域广播报文数据包，路边基站收到区域广播报文数据包后转发给与自己直连的SDN交换机；

步骤六、SDN交换机处理区域广播报文数据包：SDN交换机解析出区域广播报文数据包中的请求区域地理信息，并与SDN交换机中存储的流表项进行匹配，如果能够匹配上，则按照流表项中定义的动作进行转发；如果SDN交换机中没有相应匹配的流表项，则上报区域广播报文数据包至SDN控制器，由SDN控制器增加对应的流表项，并将新计算得到的流表下发至SDN交换机，SDN交换机根据新的流表将区域广播报文数据包转发到相应的端口，直至目的端所在的路边基站；

步骤七、目的端所在的路边基站将区域广播报文数据包广播出去，收到报文的终端判断自己当前位置是否处于请求区域内，如果是，则接收该区域广播报文数据包，否则丢弃该区域广播报文数据包。

进一步地，步骤四中，基本报头包括报文版本号、下一报文、保留位、生存时间、剩余可用跳数，分别占用4bit、4bit、8bit、8bit、8bit；其中，生存时间表示数据包在转发路径上在各SDN交换机缓冲区内的排队时间，剩余可用跳数表示该报文允许被转发的剩余跳数。

进一步地，步骤四中，公共报头包括报文类型、报文子类型、流量类型、标志位、载荷长度、最大跳数，分别占用4bit、4bit、8bit、8bit、16bit、8bit；其中，报文类型与报文子类型共同定义了报文的类型，最大跳数表示该报文在转发路径上的最大跳数。

进一步地，当公共报头中的报文类型、报文子类型分别为3、0时表示请求区域为圆形；如果报文类型、报文子类型分别为3、1时，表示请求区域为矩形。

进一步地，步骤四中，发送端地理位置包括直连路由器地址、经度信息、纬度信息、精确标识、移动速度、移动方向，分别占用64bit、32bit、32bit、1bit、15bit、16bit；其中，精确标识是指经纬度信息是否精确。

进一步地，步骤四中，请求区域地理信息包括请求区域的中心经度信息、中心纬度信息、水平方向半径、竖直方向半径，分别占用32bit、32bit、16bit、16bit。

进一步地，步骤六中，SDN控制器增加流表项的方法为：先增加流表项的规则内容为请求区域地理信息；接着为增加的流表项规则定义对应的动作，包含需要转发出去的端口列表。

进一步地，需要转发出去的端口列表，由以下方法得到：SDN控制器判断增加的请求区域是否与路边基站覆盖的区域有交集，如有交集，则将到达该请求区域需要转发的出口端口定义到增加的流表项规则对应的动作中。

进一步地，路边基站覆盖区域与增加的请求区域是否存在交集的判断方法为：如果存在以下情况则说明第i个路边基站与请求区域无交集，否则说明有交集：

其中，m _i ,n _i 分别表示第i个路边基站的经度与纬度坐标，r _i 表示第i个路边基站的覆盖半径；x、y表示请求区域的中心点的经度、纬度；a、b表示请求区域的水平方向半径、竖直方向半径。

进一步地，每台路边基站有且仅只有一台SDN交换机与其相连。

本发明的有益效果是：本发明利用地理位置信息作为传输标识，通过构建基于SDN的地理标识传输架构，实现基于地理标识的通信过程。本发明利用地理标识代替传统的IP标识进行网络传输，有效解决了当前网络IP单一承担的窄腰问题，对于提升网络性能具有较强的现实意义。同时，本发明利用SDN架构集中式地管控网络，能够更为灵活地生成、更新流表，较分布式的自组织网络安全性更好。另外，本发明提供的方法可扩展至多个地理标识区域，实现大面积地实时跨域传输。本发明操作简单，容易实现，具有较高的实时性；适用范围广，可用于构建新型网络，提升网络性能。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本发明的一部分，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1为本发明实施例提供的一种基于SDN的地理标识网络示意图。

具体实施方式

为使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请具体实施例及相应的附图对本申请技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

如图1所示，本发明一种基于SDN的地理标识网络构建方法，包括以下步骤：

步骤一、构建基于SDN的地理标识通信框架，包括接入终端（手机）、路边基站（R1~R4）、SDN交换机（S1~S4）、SDN控制器。其中，接入终端是指各类接入地理标识网络的设备；路边基站是指地理位置固定、具有一定的无线信号覆盖能力、能够转发数据包的网络设备；SDN交换机是支持SDN南向协议的网络交换设备，SDN交换机根据数据包请求的区域与本地流表进行匹配，可由SDN控制器通过特定的命令实现SDN交换机的流表变更、报文转发、数据包特征统计等功能；SDN控制器可用于计算、更新流表，控制报文走向，同时管理、优化网络。

步骤二、网络初始化。SDN控制器收集各个路边基站的精确位置及覆盖半径，为后续流表计算及更新做准备。路边基站接入网络后自主定时向控制器发送包含基站身份信息、基站所在经纬度、及覆盖半径的地理标识网络数据包。用n表示路边基站个数，i=1~n，m _i ,n _i 分别表示第i个路边基站的经度与纬度坐标，r _i 表示第i个路边基站的覆盖半径。其中经纬度坐标单位为度，范围为0-180度，覆盖半径单位为米。在本实施例中，控制器收集到R1(10,40,0.3)、R2(10,10,0.3)、R3(25,25,0.3)、R4(40,40,0.3)。

步骤三、发送端确定需要请求的区域。当某个接入终端需要向一块指定区域发送数据包时，该接入终端成为发送端，发送端所指定的区域即为请求区域，在请求区域内的所有终端即为接收端。用(x,y,a,b)表示发送端需要请求的地理区域，其中，x表示请求区域的中心点的经度，y表示请求区域的中心点的纬度，a表示请求区域的水平方向半径，b表示请求区域的竖直方向半径，其中，x,y范围为0-180度，a,b覆盖半径单位为米。在本实施例中，假设发送端需要请求的区域为(25,25,0.15)。

步骤四、发送端生成并发送区域广播报文。构造该广播报文需要构造报头及载荷。载荷中定义需要广播的内容，报头包括基本报头、公共报头、数据包序列号、发送端地理位置、请求区域地理信息。

基本报头包括报文版本号、下一报文、保留位、生存时间、剩余可用跳数，分别占用4bit、4bit、8bit、8bit、8bit，其中，生存时间表示数据包在转发路径上在各交换机缓冲区内的排队时间，剩余可用跳数表示该报文允许被转发的剩余跳数。

公共报头包括报文类型、报文子类型、流量类型、标志位、载荷长度、最大跳数，分别占用4bit、4bit、8bit、8bit、16bit、8bit，其中报文类型与报文子类型共同定义了报文的类型，最大跳数表示该报文在转发路径上的最大跳数。

公共报头包括报文类型、报文子类型、流量类型、标志位、载荷长度、最大跳数，分别占用4bit、4bit、8bit、8bit、16bit、8bit，其中报文类型与报文子类型共同定义了报文的类型，最大跳数表示该报文在转发路径上的最大跳数。

请求区域包括请求区域的中心经纬度信息、横纵方向距离，分别占用32bit、32bit、16bit、16bit，其中，当公共报头中的报文类型、报文子类型分别为3、0时表示请求区域为圆形；如果报文类型、报文子类型分别为3、1时，表示请求区域为矩形，当a=b时，则矩形特殊化为正方形。

本实施例中假设请求区域为正方形，因此，公共报头中的报文类型、报文子类型应当设置为3、1，请求区域的中心经纬度信息、横纵方向距离分别设置为25、25、0.15、0.15。

步骤五、发送端向路边基站发出请求，路边基站收到数据包后转发给与自己直连的SDN交换机。每台路边基站有且仅只有一台SDN交换机与其相连。

步骤六、SDN交换机处理该数据包。交换机解析出数据包中的中心经纬度信息、横纵方向距离，并与交换机中存储的流表项进行匹配，如果能够匹配上，则按照流表项中定义的动作进行转发；如果交换机中没有相应匹配的流表项，则上报至控制器，由控制器处理。当控制器收到来自交换机的数据包时，说明交换机没有相应的流表项，需要更新流表项。

控制器增加流表项的方法为：先增加流表项的规则内容，规则内容即为请求的区域范围，由(x,y,a,b)进行表征。接着为该匹配规则定义相对应的动作，包含需要转发出去的端口列表。控制器依次判断请求区域是否与路边基站所覆盖的区域有交集，如有交集，则将到达该区域需要转发的出口端口定义到该流表项规则对应的动作中。

路边基站所覆盖区域与请求是否存在交集的判断方法为：如果以下情况，则说明第i个路边基站与请求区域无交集；否则说明有交集：

当请求报文第一次到达交换机时，交换机没有任何流表项能与之匹配，因此，交换机将该报文上报控制器，控制器根据上式判断出该请求区域仅与R3有交集，因此该报文最终需要达到R3，由此可进一步计算流表如下：

S1流表

S2流表

S3流表

S4流表

控制器将新计算得到的流表下发至交换机，交换机更新流表后根据新的流表将数据包转发到相应的端口，直至目的端所在的路边基站。

步骤六、路边基站将数据包广播出去，收到报文的终端判断自己当前位置是否处于请求区域内，如果是，则接收该数据包，否则丢弃该数据包。

本发明利用SDN架构提出了面向区域的地理标识寻址转发方法。本发明利用地理标识代替传统的IP标识进行网络传输，有效解决了当前网络IP单一承担的窄腰问题，对于提升网络性能具有较强的现实意义。同时，本发明利用SDN架构集中式地管控网络，能够更为灵活地计算、生成、更新流表。因此，本发明提供的方法可扩展至多个地理标识区域，实现大面积地实时跨域传输，具有较好的实用性、创新性。

上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

Claims (10)

1.一种基于SDN的地理标识网络构建方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤一、构建基于SDN的地理标识通信框架，包括接入终端、路边基站、SDN交换机、SDN控制器；

步骤二、网络初始化：SDN控制器收集各个路边基站的精确位置及覆盖半径；路边基站接入网络后定时向SDN控制器发送包含基站身份信息、基站所在经纬度及覆盖半径的地理标识网络数据包；

步骤三、发送端确定需要请求的区域：当某个接入终端需要向一块指定区域发送数据包时，该接入终端成为发送端，发送端指定的区域为请求区域，在请求区域内的所有接入终端为接收端；

步骤四、发送端生成区域广播报文，区域广播报文数据包包括报头及载荷；载荷中定义需要广播的内容；报头包括基本报头、公共报头、数据包序列号、发送端地理位置、请求区域地理信息；

步骤五、发送端向路边基站发送区域广播报文数据包，路边基站收到区域广播报文数据包后转发给与自己直连的SDN交换机；

步骤六、SDN交换机处理区域广播报文数据包：SDN交换机解析出区域广播报文数据包中的请求区域地理信息，并与SDN交换机中存储的流表项进行匹配，如果能够匹配上，则按照流表项中定义的动作进行转发；如果SDN交换机中没有相应匹配的流表项，则上报区域广播报文数据包至SDN控制器，由SDN控制器增加对应的流表项，并将新计算得到的流表下发至SDN交换机，SDN交换机根据新的流表将区域广播报文数据包转发到相应的端口，直至目的端所在的路边基站；

步骤七、目的端所在的路边基站将区域广播报文数据包广播出去，收到报文的终端判断自己当前位置是否处于请求区域内，如果是，则接收该区域广播报文数据包，否则丢弃该区域广播报文数据包。

2.如权利要求1所述基于SDN的地理标识网络构建方法，其特征在于，步骤四中，基本报头包括报文版本号、下一报文、保留位、生存时间、剩余可用跳数，分别占用4bit、4bit、8bit、8bit、8bit；其中，生存时间表示数据包在转发路径上在各SDN交换机缓冲区内的排队时间，剩余可用跳数表示该报文允许被转发的剩余跳数。

3.如权利要求1所述基于SDN的地理标识网络构建方法，其特征在于，步骤四中，公共报头包括报文类型、报文子类型、流量类型、标志位、载荷长度、最大跳数，分别占用4bit、4bit、8bit、8bit、16bit、8bit；其中，报文类型与报文子类型共同定义了报文的类型，最大跳数表示该报文在转发路径上的最大跳数。

4.如权利要求3所述基于SDN的地理标识网络构建方法，其特征在于，当公共报头中的报文类型、报文子类型分别为3、0时表示请求区域为圆形；如果报文类型、报文子类型分别为3、1时，表示请求区域为矩形。

5.如权利要求1所述基于SDN的地理标识网络构建方法，其特征在于，步骤四中，发送端地理位置包括直连路由器地址、经度信息、纬度信息、精确标识、移动速度、移动方向，分别占用64bit、32bit、32bit、1bit、15bit、16bit；其中，精确标识是指经纬度信息是否精确。

6.如权利要求1所述基于SDN的地理标识网络构建方法，其特征在于，步骤四中，请求区域地理信息包括请求区域的中心经度信息、中心纬度信息、水平方向半径、竖直方向半径，分别占用32bit、32bit、16bit、16bit。

7.如权利要求1所述基于SDN的地理标识网络构建方法，其特征在于，步骤六中，SDN控制器增加流表项的方法为：先增加流表项的规则内容为请求区域地理信息；接着为增加的流表项规则定义对应的动作，包含需要转发出去的端口列表。

8.如权利要求7所述基于SDN的地理标识网络构建方法，其特征在于，需要转发出去的端口列表，由以下方法得到：SDN控制器判断增加的请求区域是否与路边基站覆盖的区域有交集，如有交集，则将到达该请求区域需要转发的出口端口定义到增加的流表项规则对应的动作中。

9.权利要求8所述基于SDN的地理标识网络构建方法，其特征在于，路边基站覆盖区域与增加的请求区域是否存在交集的判断方法为：如果存在以下情况则说明第i个路边基站与请求区域无交集，否则说明有交集：

其中，m _i ,n _i 分别表示第i个路边基站的经度与纬度坐标，r _i 表示第i个路边基站的覆盖半径；x、y表示请求区域的中心点的经度、纬度；a、b表示请求区域的水平方向半径、竖直方向半径。

10.如权利要求1所述基于SDN的地理标识网络构建方法，其特征在于，每台路边基站有且仅只有一台SDN交换机与其相连。

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