綜合管理WiFi網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的軟件定義系統(tǒng)以及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域，具體地講是提出一種軟件定義綜合管理WiFi網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的系統(tǒng)與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，無線終端數(shù)量呈爆炸式增長，無線WiFi技術(shù)逐漸成為因特網(wǎng)占統(tǒng)治地位的最后一跳技術(shù)[1、Cisco T.Cisco visual networkingindex: global mobile data traffic forecast update, 2012 - 2017.Cisco PublicInformat1n, 2013]。各種WiFi移動(dòng)終端的快速增長，引發(fā)了安全性、負(fù)載均衡和節(jié)能環(huán)保等方面的嚴(yán)重問題，對網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和網(wǎng)絡(luò)管理提出了挑戰(zhàn)。然而，現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)對WiFi無線網(wǎng)絡(luò)部分缺乏有效管控能力，當(dāng)WiFi終端通過無線接入點(diǎn)(Access Point, AP)與互聯(lián)網(wǎng)連接時(shí)，由于WiFi終端只能根據(jù)AP的無線信號(hào)強(qiáng)度來決定與某個(gè)AP關(guān)聯(lián)，由此會(huì)出現(xiàn)有的AP因有大量WiFi終端關(guān)聯(lián)而流量過載，而鄰近另一些AP卻極度輕載，網(wǎng)絡(luò)資源得不到優(yōu)化利用，網(wǎng)絡(luò)管理因管理功能有限、管理區(qū)域只限于有線網(wǎng)絡(luò)等原因而產(chǎn)生服務(wù)質(zhì)量下降、安全等級(jí)不夠或能源浪費(fèi)等問題。究其主要原因是因WiFi無線網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)管理的盲區(qū)所致:一是AP功能有限，各廠商都以私有協(xié)議方式擴(kuò)展AP功能；二是網(wǎng)絡(luò)終端功能有限，它們無法得知網(wǎng)絡(luò)信息，只能按預(yù)設(shè)簡單算法工作。
[0003]軟件定義網(wǎng)絡(luò)(Software Defined Networking, SDN)是近年來發(fā)展起來的一種新型網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，為強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)管理、縮短網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新周期和解決互聯(lián)網(wǎng)存在難題提供了有效的方法[2、McKeown N, Anderson T, Balakrishnan H, et al.0penFlow: enablinginnovat1n in campus networks.ACM SIGCOMM Computer Communicat1n Review,2008，38(2): 69-74]。然而，目前SDN技術(shù)研究和應(yīng)用主要集中在數(shù)據(jù)中心網(wǎng)絡(luò)等有線網(wǎng)絡(luò)中，將SDN用于管理控制無線網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)設(shè)備本身的研究較少。在這些研究中，有些要求增加特殊控制器并修改AP的軟件[3、Suresh L, Schulz-Zander J, Merz R, etal.Towards programmable enterprise WLANS with Odin.Proceedings of the firstworkshop on Hot topics in software defined networks.ACM, 2012: 115-120]，有些要求建立新的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)并要求修改WiFi終端的協(xié)議桟[4、R.Murty, J.Padhye,A.ffolman, and M.Welsh.Dyson: an architecture for extensible wireless LANs.1n Proceedings of the 2010 USENIX conference on USENIX annual technicalconference, 2010 ;5、P.Zerfos, G.Zhong, J.Cheng, H.Luo, S.Lu, and J.J.-R.L1.DIRAC: a software-based wireless router system.1n Proceedings of the 9thannual internat1nal conference on Mobile computing and networking, 2003]。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明針對目前WiFi網(wǎng)絡(luò)是網(wǎng)絡(luò)管理盲區(qū)的問題，提出一種綜合管理WiFi網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的軟件定義方法及其系統(tǒng)。首先在WiFi終端和有線終端上擴(kuò)充太極代理模塊，并制定用于SDN控制器與太極代理模塊之間的太極控制協(xié)議；其次，SDN控制器感知流經(jīng)有線網(wǎng)絡(luò)和WiFi網(wǎng)絡(luò)AP流量及其分布信息，并根據(jù)控制策略進(jìn)行決策；第三，通過向OpenFlow交換機(jī)下發(fā)流表或者向太極代理模塊下發(fā)決策信息來控制管理有線網(wǎng)絡(luò)部分，通過向太極代理下發(fā)決策信息來控制管理無線網(wǎng)絡(luò)部分。本發(fā)明具有易于實(shí)施支持增量部署，支持有線/無線網(wǎng)絡(luò)的管理一體化以及與具體網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用無關(guān)和應(yīng)用前景寬等優(yōu)點(diǎn)。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
一種綜合管理WiFi網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的軟件定義系統(tǒng)，它包括:
一臺(tái)SDN控制器:它與本管理域內(nèi)的OpenFlow交換機(jī)相連，通過運(yùn)行軟件定義的管理應(yīng)用程序讀取OpenFlow交換機(jī)流表項(xiàng)來獲取本管理域的流量分布情況，和向OpenFlow交換機(jī)下發(fā)流表項(xiàng)來控制網(wǎng)絡(luò)行為；
一臺(tái)或多臺(tái)OpenFlow交換機(jī):它與SDN控制器相連，接受該控制器軟件定義的邏輯控制；有線終端、有線太極終端、AP通過有線鏈路與之相連；它們在本管理域有線區(qū)域都采用OpenFlow規(guī)范轉(zhuǎn)發(fā)分組；
多臺(tái)AP設(shè)備=WiFi終端、WiFi太極終端通過無線WiFi鏈路與AP相連，各AP均與OpenFlow交換機(jī)的某個(gè)端口相連；
多臺(tái)WiFi終端:提供WiFi接口的互聯(lián)網(wǎng)終端；
多臺(tái)WiFi太極終端:具有WiFi終端的功能且能通過太極協(xié)議與SDN控制器交換信息的終端；
多臺(tái)有線終端:提供以太網(wǎng)接口的互聯(lián)網(wǎng)終端；
多臺(tái)有線太極終端:具有有線終端的功能且能通過太極協(xié)議與SDN控制器交換信息的終端。
[0006]綜合管理WiFi網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的軟件定義系統(tǒng)遵從圖1所示的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)。
[0007]本發(fā)明的WiFi太極終端包括太極控制代理模塊，有線太極終端也包括太極控制代理模塊，所述的太極控制代理模塊與SDN控制器之間采用太極控制協(xié)議通信。
[0008]一種綜合管理WiFi網(wǎng)絡(luò)和有線網(wǎng)絡(luò)的軟件定義方法，
在無線網(wǎng)絡(luò)部分，WiFi終端和WiFi太極終端通過無線采用IEEE 802.11協(xié)議與AP通信，AP再通過有線鏈路與OpenFlow交換機(jī)進(jìn)行通信；WiFi太極終端采用太極控制協(xié)議與SDN控制器進(jìn)行通信；SDN控制器能夠?qū)⑾嚓P(guān)網(wǎng)絡(luò)信息傳送給WiFi太極終端，供太極控制代理模塊獨(dú)立決策。
[0009]在有線網(wǎng)絡(luò)部分，有線終端和有線太極終端與OpenFlow交換機(jī)相連，均采用IEEE802.3協(xié)議與OpenFlow交換機(jī)通信；有線太極終端采用太極控制協(xié)議與SDN控制器進(jìn)行通信；SDN控制器能夠?qū)⑾嚓P(guān)網(wǎng)絡(luò)信息傳送給有線太極終端，供太極控制代理模塊獨(dú)立決策或?qū)嵤┛刂啤?br>[0010]本發(fā)明包括以下步驟:
A、ffiFi太極終端或有線太極終端與網(wǎng)絡(luò)連接后，這兩種終端上的太極控制代理模塊利用太極控制協(xié)議向SDN控制器注冊；
B、SDN控制器上運(yùn)行的管理應(yīng)用程序，利用太極控制協(xié)議向WiFi太極終端或有線太極終端上的太極控制代理發(fā)送控制報(bào)文；
C、太極控制協(xié)議報(bào)文格式至少包括以下字段:類型、參數(shù)、身份標(biāo)識(shí)和序號(hào)等，其中類型字段用于標(biāo)識(shí)請求方向及所請求的管理應(yīng)用程序的功能，參數(shù)字段用于放置對應(yīng)類型字段所使用的具體參數(shù)，身份標(biāo)識(shí)字段用于標(biāo)識(shí)某個(gè)特定的WiFi太極終端或有線太極終端的特征值，序號(hào)字段用于標(biāo)識(shí)報(bào)文的次序；
所述的請求方向是指:是WiFi太極終端或有線太極終端向SDN控制器發(fā)送信息，還是SDN控制器向WiFi太極終端或有線太極終端發(fā)送信息；
所述的功能包括:注冊，即WiFi太極終端或有線太極終端向SDN控制器注冊；控制，即SDN控制器向WiFi太極終端或有線太極終端發(fā)送的命令，要求它們立即執(zhí)行某種管理應(yīng)用程序定義的功能；信息，即SDN控制器向WiFi太極終端或有線太極終端發(fā)送的流量分布或統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)。
[0011]本發(fā)明的管理應(yīng)用程序所執(zhí)行的功能包括:推送網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)，即SDN控制器告知WiFi太極終端或有線太極終端相關(guān)AP和OpenFlow網(wǎng)絡(luò)上的流量情況，以供WiFi太極終端能夠基于信號(hào)強(qiáng)度和流量負(fù)載等信息優(yōu)化選擇關(guān)聯(lián)的AP，以供有線太極終端能夠基于流量分布及負(fù)載大小等進(jìn)行優(yōu)化控制；AP切換，即SDN控制器要求WiFi太極終端立即將相關(guān)流切換到指定的AP上；安全接入:SDN控制器指令WiFi太極終端或有線太極終端從特定接入點(diǎn)或路徑入網(wǎng)；綠色節(jié)能:SDN控制器發(fā)現(xiàn)某些AP或有線線路流量較小時(shí)，先啟動(dòng)AP切換功能，再指令太極代理切斷相關(guān)AP或OpenFlow交換機(jī)的供電電源。
[0012]本發(fā)明的有益效果:
本發(fā)明無需改變WiFi網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)、AP軟硬件和WiFi終端。在無需改變WiFi終端軟硬件結(jié)構(gòu)情況下，就能方便擴(kuò)展WiFi太極代理功能。WiFi太極終端或有線太極終端能夠在現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下工作，并且現(xiàn)有WiFi終端和有線網(wǎng)絡(luò)終端也能在圖2所示架構(gòu)下工作，易于增量部署。即使僅有部分WiFi終端為WiFi太極終端，也能達(dá)到優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)