CN207304583U - 一种基于软件定义网络的边缘物联网网络架构 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种基于软件定义网络的边缘物联网网络架构，包括基础设施层，数据层，控制层和网络管理运营商层；基础设施层包括多个物联网终端设备，多个雾节点和OpenFlow接入交换机；数据层包括多个OpenFlow核心交换机，网络管理运营商层包括定制服务模块和管理工具模块；本架构采用了集中式与分布式网络组合架构，物联网设备通过卸载计算任务到雾节点来增强其计算容量，缩短任务执行时间，在移动环境下，网络控制器掌握全局信息控制物联网设备正常通信，在设备数量大量增加时，也不会影响网络的运营效率。

Description

一种基于软件定义网络的边缘物联网网络架构

技术领域

本实用新型涉及5G移动通信领域，尤其涉及一种基于软件定义网络的边缘物联网网络架构。

背景技术

随着无线通信技术的广泛使用，物联网将传统的互联网扩展到现实世界，成为下一代网络的重要基础设施，为信息产业带来巨大的经济效益，也改变了人类的交互方式。物联网作为互联网的重要扩展，实现人、机、物之间信息共享，将信息世界与物理世界形成了更加紧密的信息流动系统，进而改变了人们利用传统互联网进行信息通讯和资源共享方式。据评估未来接入到网络中的物联网设备将达到50亿， 由此产生了大量的原始数据需要处理。而现有的网络架构不具有扩展性，且很难高效的处理物联网的大数据；同时由于传输数据到云端需要消耗大量的网络带宽，能量和时间。其次，物联网的数据是以大量与高速的形式传输到云端，所以有必要设计高效的数据处理架构来实时探索有价值的信息。最后，为了能够提高用户的质量服务，物联网服务提供者应该共享所感知的数据（包括用户个人信息）。基于上述原因设计，设计一个高效实时处理且不额外浪费网络资源的物联网网络架构是至关重要的。

软件定义网络将数据与控制相分离。在控制平面其包括逻辑中心和可编程的网络控制器，可掌握全局网络信息方便运营商与科技人员管理配置网络和部署新的协议。OpenFlow核心交换机，具有进行数据转发功能，可以快速处理匹配的数据包以适应未来日益增长的流量需求。

另一方面对于大多说物联网设备来说，其存储和计算都是有限的，而对于一些实时性交互性的业务仅靠自身有限的资源来完成计算任务是不可能的，则需要通过计算卸载将计算任务从本地卸载到雾节点执行，不仅能够扩展物联网设备的资源容量，而且还能延长电池寿命。在网络边缘处理物联网的设备数据，不需要将数据通过网络发送到云端，从而减少了网络中的流量和节省了网络带宽，缩短了用户的执行任务的时间。

实用新型内容

为了解决现有技术中存在的无法执行计算密集型任务，以及当前网络构架扩展性不强与时效性不高的问题，本实用新型提供了一种基于软件定义网络的边缘物联网网络架构，具有提高网络传输效率，加大物联网终端设备容量的效果。本实用新型要解决的技术问题通过以下技术方案实现：

一种基于软件定义网络的边缘物联网网络架构，包括基础设施层，数据层，控制层和网络管理运营商层，基础设施层与数据层通过数据链路相连，数据层与控制层通过控制链路相连，控制层与网络运营商层通过信息传输链路相连；

所述基础设施层包括物联网终端设备、雾节点和OpenFlow接入交换机；

所述数据层包括多个OpenFlow核心交换机，所述OpenFlow核心交换机用于进行核心网的数据转发，并与所述OpenFlow接入交换机进行数据交换；

所述控制层包括网络控制器，网络控制器与网络管理运营商层通过信息传输链路连接，网络控制器用于控制OpenFlow核心交换机的数据交换，从而实现对网络的集中控制；

所述网络运营商管理层包括定制服务模块和管理工具模块，所述定制服务模块和管理工具模块均通过信息传输链路与网络控制器连接。

进一步的，所述物联网终端设备与雾节点通过无线信道通信，所述雾节点包括接入资源、计算资源和存储资源，所述接入资源、计算资源和存储资源通过数据链路相互连接，所述雾节点与OpenFlow接入交换机通过数据链路连接。

进一步的，所述OpenFlow核心交换机包括转发表、流量分类、MAC层和部分物理层，转发表用于制定转发规则，流量分类将确保优先级高的数据先转发，MAC层用于冲突的检测与处理、信道与通信资源的分配， 部分物理层用于为数据端设备提供传送数据通路以传输数据。

进一步的，所述定制服务模块包括路由模块、移动管理模块和用户数据库,所述路由模块、移动管理模块和用户数据库均通过信息传输链路与网络控制器连接。

进一步的，所述管理工具模块包括全局流量监控模块、网络管理模块和流量均衡控制模块，所述全局流量监控模块、网络管理模块和流量均衡控制模块均通过信息传输链路分别与网络控制器连接。

本实用新型的有益效果：

本架构采用了集中式与分布式网络组合架构，软件定义网络将数据与控制平面解耦，提供可编程网络控制器方便网络配置和部署新协议，简化了网络管理，为营运商减少了运营成本；另一方面，利用分布式雾计算架构，使物联网设备通过卸载计算任务给雾节点来增强其计算容量，保证了通信的时效性，在移动环境下，网络控制器掌握全局信息控制物联网设备正常通信，在设备数量大量增加时，也不会影响网络的运营效率。

以下将结合附图及实施例对本实用新型做进一步详细说明。

附图说明

图1是边缘物联网网络原理示意图。

图2是边缘物联网网络架构示意图。

具体实施方式

为进一步阐述本实用新型达成预定目的所采取的技术手段及功效，以下结合附图及实施例对本实用新型的具体实施方式、结构特征及其功效，详细说明如下。

为了加大物联网设备的资源容量，增强物联网的扩展性和时效性，如图1、图2所示，本实施例提供一种基于软件定义网络的边缘物联网网络架构，包括基础设施层，数据层，控制层和网络管理运营商层，基础设施层与数据层通过数据链路相连，数据层与控制层通过控制链路相连，控制层与网络运营商层通过信息传输链路相连；

基础设施层包括物联网终端设备、雾节点和OpenFlow接入交换机；

数据层包括多个OpenFlow核心交换机，OpenFlow核心交换机用于进行核心网的数据转发，并与OpenFlow接入交换机进行数据交换；

控制层包括网络控制器，控制器与网络管理运营商层通过信息传输链路连接，网络控制器用于控制OpenFlow核心交换机的数据交换，负责掌控网络中信道条件、路由表信息和用户信息等，从而实现对网络的集中控制，网络控制器具有逻辑中心化和可编程性，方便实现网络配置和新协议部署，简化了网络管理同时减少了运营成本。

网络运营商管理层包括定制服务模块和管理工具模块，定制服务模块和管理工具模块均通过信息传输链路与网络控制器连接，网络管理运营商一方面通过给网络控制器下发指令来管理整个网络，另一方面，可以为物联网用户提供定制的服务；定制服务模块为物联网终端设备提供最优的路由算法、确保物联网终端移动时的通讯保持以及存储物联网用户服务信息并推送服务需求；管理工具模块监管网络流量与故障，并通过网络控制器对网络进行控制。

进一步的，物联网终端设备与雾节点通过无线信道通信，上传要卸载的数据，雾节点是安装在无线信道通讯节点的虚拟机，其包括通过数据链路相互连接的接入资源、计算资源和存储资源，雾节点与OpenFlow接入交换机通过数据链路连接，计算资源用于计算卸载到雾节点的任务，存储资源负责存储物联网终端设备的数据，接入资源负责将雾节点接入到网络中。

进一步的，OpenFlow核心交换机包括转发表、流量分类、MAC层和部分物理层，转发表用于制定转发规则，流量分类将确保优先级高的数据先转发，MAC层用于冲突的检测与处理、信道与通信资源的分配， 部分物理层用于为数据端设备提供传送数据通路以传输数据。

进一步的，定制服务模块包括路由模块、移动管理模块和用户数据库, 路由模块、移动管理模块和用户数据库均通过信息传输链路与网络控制器连接，其中路由模块提供最优的路由算法，以实现规划出从源路由器到目的路由器的最低开销路径；移动管理模块确保当物联网终端设备移动时能够达到无缝切换无线通讯节点，以保证物联网设备通信不中断；用户数据库保存有用户的身份信息、运营商为用户提供的服务等信息，为用户推送多种服务需求。

进一步的，管理工具模块包括全局流量监控模块、网络管理模块和流量均衡控制模块，全局流量监控模块、网络管理模块和流量均衡控制模块均通过信息传输链路分别与网络控制器连接，全局流量监控模块负责实时监控整个网络的流量，并反馈给网络控制器，以确保整个网络不过载；网络管理模块主要负责发现网络故障，并反馈给网络控制器，网络控制器下发指令给OpenFlow核心交换机重新规划转发路径，确保通信正常，流量均衡控制模块重要负责使网络的负载达到均衡，减少拥塞。

本实用新型实施例提供了一种基于软件定义网络的边缘物联网网络架构，采用了集中式与分布式网络组合架构，物联网设备通过卸载计算任务到雾节点来增强其计算容量，缩短任务执行时间，在移动环境下，网络控制器掌握全局信息控制物联网设备正常通信，在设备数量大量增加时，也不会影响网络的运营效率。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于软件定义网络的边缘物联网网络架构，其特征在于：包括基础设施层，数据层，控制层和网络管理运营商层，基础设施层与数据层通过数据链路相连，数据层与控制层通过控制链路相连，控制层与网络运营商层通过信息传输链路相连；

所述基础设施层包括物联网终端设备、雾节点和OpenFlow接入交换机；

所述数据层包括多个OpenFlow核心交换机，所述OpenFlow核心交换机用于进行核心网的数据转发，并与所述OpenFlow接入交换机进行数据交换；

所述控制层包括网络控制器，网络控制器与网络管理运营商层通过信息传输链路连接，网络控制器用于控制OpenFlow核心交换机的数据交换，从而实现对网络的集中控制；

所述网络运营商管理层包括定制服务模块和管理工具模块，所述定制服务模块和管理工具模块均通过信息传输链路与网络控制器连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于软件定义网络的边缘物联网网络架构，其特征在于：所述物联网终端设备与雾节点通过无线信道通信，所述雾节点包括接入资源、计算资源和存储资源，所述接入资源、计算资源和存储资源通过数据链路相互连接，所述雾节点与OpenFlow接入交换机通过数据链路连接。

3.根据权利要求1或2所述的一种基于软件定义网络的边缘物联网网络架构，其特征在于：所述OpenFlow核心交换机包括转发表、流量分类、MAC层和部分物理层，转发表用于制定转发规则，流量分类将确保优先级高的数据先转发，MAC层用于冲突的检测与处理、信道与通信资源的分配， 部分物理层用于为数据端设备提供传送数据通路以传输数据。

4.根据权利要求1或2所述的一种基于软件定义网络的边缘物联网网络架构，其特征在于：所述定制服务模块包括路由模块、移动管理模块和用户数据库,所述路由模块、移动管理模块和用户数据库均通过信息传输链路与网络控制器连接。

5.根据权利要求1或2所述的一种基于软件定义网络的边缘物联网网络架构，其特征在于：所述管理工具模块包括全局流量监控模块、网络管理模块和流量均衡控制模块，所述全局流量监控模块、网络管理模块和流量均衡控制模块均通过信息传输链路分别与网络控制器连接。