本發(fā)明屬于網(wǎng)絡(luò)資源管理領(lǐng)域，特別涉及一種面向數(shù)據(jù)流的基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理方法。

背景技術(shù)：

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的迅速發(fā)展，移動(dòng)應(yīng)用也越來(lái)越多。隨著智能手機(jī)的普及以及移動(dòng)端應(yīng)用數(shù)量的快速增長(zhǎng)，越來(lái)越多的人們選擇通過(guò)移動(dòng)端來(lái)使用互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)，例如：觀看視頻，語(yǔ)音通話，電子郵件等。因此，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中如何為移動(dòng)應(yīng)用提供更好的服務(wù)也成為學(xué)者越來(lái)越關(guān)注的問(wèn)題。由于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)本身的特性，其無(wú)線資源的分配都是基于移動(dòng)終端，無(wú)法為移動(dòng)終端上的多個(gè)數(shù)據(jù)流劃分更為細(xì)粒度的資源。

SDN(Software Defined Networking)--軟件定義網(wǎng)絡(luò)的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，通過(guò)抽象網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的控制功能，將網(wǎng)絡(luò)中的控制功能集中到了控制器中，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備變成了簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)包的轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)了網(wǎng)絡(luò)中數(shù)據(jù)平面和控制平面的分離。SDN因?yàn)槠涓叨鹊撵`活性，可編程性引起了廣大的關(guān)注。在SDN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，SDN控制器和SDN交換機(jī)之間通過(guò)Openflow協(xié)議交互信令，目前有36種消息類型。通過(guò)Openflow協(xié)議，SDN控制器完成向SDN交換機(jī)完成下發(fā)流表，以及收集信息等功能。流表由流表項(xiàng)組成，每個(gè)流表項(xiàng)就是一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則。SDN交換機(jī)通過(guò)查詢流表來(lái)確定一個(gè)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的目的端口。

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中的出現(xiàn)了新問(wèn)題，越來(lái)越多的學(xué)者將SDN的架構(gòu)引入到無(wú)線網(wǎng)絡(luò)?；谲浖x網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理也成為近些年的研究重點(diǎn)?；谲浖x網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)一般如圖1所示，圖1中與無(wú)線接入點(diǎn)相連接的SDN交換機(jī)以及SDN控制器與傳統(tǒng)的軟件定義網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的SDN交換機(jī)與SDN控制器一致，只是增加了無(wú)線接入點(diǎn)AP接入到SDN交換機(jī)上，并且SDN控制器可以對(duì)無(wú)線接入點(diǎn)和SDN交換機(jī)進(jìn)行統(tǒng)一管理和配置。圖1中所示的實(shí)線為數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)路徑，無(wú)線接入點(diǎn)AP的數(shù)據(jù)流通過(guò)SDN交換機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；虛線為SDN網(wǎng)絡(luò)中的控制平面，SDN控制器通過(guò)Openflow協(xié)議向SDN交換機(jī)下發(fā)流表和向無(wú)線接入點(diǎn)AP配置無(wú)線參數(shù)。

在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，終端通過(guò)無(wú)線網(wǎng)卡關(guān)聯(lián)無(wú)線接入點(diǎn)AP接入SDN網(wǎng)絡(luò)并進(jìn)行通信。傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中終端結(jié)構(gòu)如圖2所示，包含物理無(wú)線網(wǎng)卡，802.11驅(qū)動(dòng)模塊以及TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊。應(yīng)用程序模塊諸如視頻，語(yǔ)音，郵件等產(chǎn)生的數(shù)據(jù)通過(guò)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊，封裝成可以發(fā)送的數(shù)據(jù)包，然后通過(guò)802.11驅(qū)動(dòng)模塊，由物理無(wú)線網(wǎng)卡發(fā)出。

在有線網(wǎng)絡(luò)中，Qos(服務(wù)質(zhì)量)可以通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)端口控制隊(duì)列帶寬來(lái)實(shí)現(xiàn)。SDN交換機(jī)可以將不同的數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)發(fā)到不同速率的隊(duì)列中，從而可以為不同的數(shù)據(jù)流配置不同的網(wǎng)絡(luò)帶寬。相比于有線網(wǎng)絡(luò)，在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，無(wú)線資源的參數(shù)更加復(fù)雜，包含頻點(diǎn)，頻寬，功率等多個(gè)維度，實(shí)現(xiàn)在無(wú)線上數(shù)據(jù)平面和控制平面的解耦較為困難。

在傳統(tǒng)的基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中，SDN控制器可以為無(wú)線接入點(diǎn)配置無(wú)線參數(shù)，同時(shí)下發(fā)流表給與無(wú)線接入點(diǎn)連接的SDN交換機(jī)，但網(wǎng)絡(luò)的瓶頸主要在無(wú)線一側(cè)，而無(wú)線資源的管理主要是面向終端，難以實(shí)現(xiàn)像有線SDN架構(gòu)中面向數(shù)據(jù)流的資源管理。由于多個(gè)數(shù)據(jù)流通過(guò)同一個(gè)網(wǎng)卡發(fā)送，如果對(duì)某一個(gè)數(shù)據(jù)流分配無(wú)線資源，配置無(wú)線參數(shù)，則會(huì)影響這個(gè)網(wǎng)卡上的所有數(shù)據(jù)流，所以當(dāng)前的無(wú)線SDN網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)無(wú)法實(shí)現(xiàn)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中面向數(shù)據(jù)流的資源管理。

虛擬網(wǎng)卡，是一種虛擬化技術(shù)，使得多個(gè)虛擬的網(wǎng)卡可以工作在同一塊物理網(wǎng)卡之上。通過(guò)虛擬網(wǎng)卡技術(shù)，可以將一個(gè)物理網(wǎng)卡抽象成多塊網(wǎng)卡，以支撐上層的業(yè)務(wù)應(yīng)用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是為針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)在無(wú)線SDN網(wǎng)絡(luò)中無(wú)法實(shí)現(xiàn)面向數(shù)據(jù)流的資源分配問(wèn)題，提出一種面向數(shù)據(jù)流的基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理方法。本發(fā)明通過(guò)以虛擬網(wǎng)卡的方式，完成在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中相同終端上的不同數(shù)據(jù)流映射到不同的虛擬網(wǎng)卡，從而在無(wú)線SDN網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)面向數(shù)據(jù)流的資源管理。

本發(fā)明提出的面向數(shù)據(jù)流的基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

1)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入終端進(jìn)行擴(kuò)展，具體包括以下內(nèi)容：

在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入終端中新增數(shù)據(jù)流管理模塊和本地控制器；數(shù)據(jù)流管理模塊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流與虛擬網(wǎng)卡之間的映射，按照本地控制器下發(fā)的配置文件，將不同優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)流分配到不同的虛擬網(wǎng)卡上；本地控制器通過(guò)接收網(wǎng)絡(luò)側(cè)的SDN控制器發(fā)送的的配置文件，生成，合并或者刪除虛擬網(wǎng)卡，并且生成數(shù)據(jù)流與虛擬網(wǎng)卡的映射文件發(fā)送給數(shù)據(jù)流管理模塊；

2)對(duì)SDN網(wǎng)絡(luò)中SDN控制器和Openflow協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展，具體包括以下內(nèi)容：

2-1)對(duì)SDN網(wǎng)絡(luò)中的SDN控制器進(jìn)行擴(kuò)展，增加虛擬網(wǎng)卡與物理網(wǎng)卡之間的映射關(guān)系表，以實(shí)現(xiàn)在SDN網(wǎng)絡(luò)中對(duì)虛擬網(wǎng)卡的支持；

2-2)對(duì)SDN控制器和SDN交換機(jī)之間的Openflow協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展，新增消息類型，使得接入終端和SDN控制器之間交互信令；擴(kuò)展的消息包括使得接入終端生成虛擬網(wǎng)卡、刪除虛擬網(wǎng)卡以及合并虛擬網(wǎng)卡；

3)對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行管理，具體包含以下步驟：

3-1)當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入終端產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)流，由終端側(cè)的本地控制器向SDN網(wǎng)絡(luò)中的SDN控制器發(fā)出資源申請(qǐng)；

3-2)SDN網(wǎng)絡(luò)中的SDN控制器收到步驟3-1)所述的資源申請(qǐng)請(qǐng)求后，SDN控制器為步驟3-1)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流分配無(wú)線資源，并生成一個(gè)虛擬網(wǎng)卡的MAC地址，將該MAC地址與所述數(shù)據(jù)流的信息以及優(yōu)先級(jí)通過(guò)步驟2)中擴(kuò)展的Openflow協(xié)議告知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入終端；同時(shí)SDN控制器為該數(shù)據(jù)流下發(fā)流表到無(wú)線接入點(diǎn)以及與無(wú)線接入點(diǎn)連接的SDN交換機(jī)；

3-3)當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入終端的本地控制器收到步驟3-2)生成的包含指定MAC地址、數(shù)據(jù)流信息以及優(yōu)先級(jí)的消息后，生成一塊虛擬網(wǎng)卡，并且通過(guò)MAC地址更改軟件將該虛擬網(wǎng)卡的MAC地址改成指定地址，即步驟3-2)所生成的MAC地址；

3-4)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入終端側(cè)，本地控制器告知數(shù)據(jù)流管理模塊，將步驟3-1)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流分配到步驟3-3)生成的虛擬網(wǎng)卡上；

3-5)SDN網(wǎng)絡(luò)中的SDN交換機(jī)收到如步驟3-2)所述的流表，流表包含步驟3-2)生成的虛擬網(wǎng)卡MAC地址的數(shù)據(jù)包，所述SDN交換機(jī)將數(shù)據(jù)包中虛擬網(wǎng)卡MAC地址替換為原有物理網(wǎng)卡MAC地址，并將更改后的數(shù)據(jù)包重新打包后，按照流表匹配項(xiàng)從指定端口轉(zhuǎn)發(fā)；

3-6)當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入終端側(cè)的本地控制器發(fā)現(xiàn)與步驟3-1)所述數(shù)據(jù)流具有相同優(yōu)先級(jí)需求的新數(shù)據(jù)流，將新數(shù)據(jù)流合并到步驟3-3)生成的虛擬網(wǎng)卡上，并且刪除所述新數(shù)據(jù)流已經(jīng)不再使用的虛擬網(wǎng)卡，回收資源，并將合并和刪除的消息通過(guò)步驟2)中擴(kuò)展的Openflow協(xié)議告知SDN網(wǎng)絡(luò)中的SDN控制器；

3-7)SDN網(wǎng)絡(luò)中的SDN控制器收到步驟3-6)所述的合并和刪除消息后，生成相應(yīng)的流表下發(fā)給無(wú)線接入點(diǎn)以及與無(wú)線接入點(diǎn)連接的SDN交換機(jī)，完成對(duì)數(shù)據(jù)流的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理。

本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)及有益效果在于：

本發(fā)明通過(guò)采用虛擬網(wǎng)卡的方式，實(shí)現(xiàn)了將同一終端上的數(shù)據(jù)流映射到不同的虛擬網(wǎng)卡上，從而可以通過(guò)為不同的虛擬網(wǎng)卡配置無(wú)線參數(shù)實(shí)現(xiàn)為同一終端上的不同數(shù)據(jù)流分配不同的無(wú)線參數(shù)，從而可以實(shí)現(xiàn)為不同的數(shù)據(jù)流配置不同的優(yōu)先級(jí)，優(yōu)化無(wú)線資源的分配與管理。通過(guò)本方法，可以實(shí)現(xiàn)在無(wú)線SDN網(wǎng)絡(luò)中面向數(shù)據(jù)流的分配無(wú)線資源，統(tǒng)一了在有線SDN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和無(wú)線SDN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中的調(diào)度對(duì)象，為未來(lái)的有線網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的資源統(tǒng)一調(diào)度與管理奠定了基礎(chǔ)。

附圖說(shuō)明

圖1為傳統(tǒng)無(wú)線SDN網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為傳統(tǒng)終端結(jié)構(gòu)圖示意圖。

圖3為本發(fā)明實(shí)施例中終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4為本發(fā)明方法中數(shù)據(jù)流管理流程框圖。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明提出的面向數(shù)據(jù)流的基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理方法，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明如下：

本發(fā)明提出的面向數(shù)據(jù)流的基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理方法，該方法包括以下步驟：

1)對(duì)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入終端進(jìn)行擴(kuò)展，具體包括以下內(nèi)容：

在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入終端中新增數(shù)據(jù)流管理模塊和本地控制器。本實(shí)施例中終端擴(kuò)展結(jié)構(gòu)如圖3所示，在傳統(tǒng)終端結(jié)構(gòu)的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)協(xié)議模塊與802.11驅(qū)動(dòng)模塊之間增加了一個(gè)數(shù)據(jù)流管理模塊，同時(shí)增加了一個(gè)本地控制器實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)流管理模塊以及虛擬網(wǎng)卡的管理。數(shù)據(jù)流管理模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)流與虛擬網(wǎng)卡之間的映射，按照本地控制器下發(fā)的配置文件，將不同優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)流分配到不同的虛擬網(wǎng)卡上。本地控制器通過(guò)接收網(wǎng)絡(luò)側(cè)的SDN控制器發(fā)送的的配置文件，生成、合并或者刪除虛擬網(wǎng)卡，并且生成數(shù)據(jù)流與虛擬網(wǎng)卡的映射文件發(fā)送給數(shù)據(jù)流管理模塊。當(dāng)終端上有相同優(yōu)先級(jí)的數(shù)據(jù)流，本地控制器在本地做出決策，將其分配到已有優(yōu)先級(jí)的虛擬網(wǎng)卡之上，降低網(wǎng)絡(luò)側(cè)的SDN控制器的負(fù)載。

2)對(duì)SDN網(wǎng)絡(luò)中SDN控制器和Openflow協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展，具體包括以下內(nèi)容：

2-1)對(duì)SDN網(wǎng)絡(luò)中的SDN控制器進(jìn)行擴(kuò)展，增加虛擬網(wǎng)卡與物理網(wǎng)卡之間的映射關(guān)系表，以實(shí)現(xiàn)在SDN網(wǎng)絡(luò)中對(duì)虛擬網(wǎng)卡的支持。

2-2)對(duì)SDN控制器和SDN交換機(jī)之間的Openflow協(xié)議進(jìn)行擴(kuò)展，新增消息類型，使得接入終端和SDN控制器之間交互信令；擴(kuò)展的消息包括使得接入終端生成虛擬網(wǎng)卡、刪除虛擬網(wǎng)卡以及合并虛擬網(wǎng)卡；具體擴(kuò)展消息如下(由于已有的消息類型為0-35號(hào)，所以類型從36號(hào)開(kāi)始)：

2-2-1)新增消息類型36；消息具體包含：終端告知SDN控制器虛擬網(wǎng)卡的MAC地址，物理網(wǎng)卡的MAC地址，以及該虛擬網(wǎng)卡上的數(shù)據(jù)流信息，包括源、目的IP，源、目的端口以及優(yōu)先級(jí)；

2-2-2)新增消息類型37；消息具體包括：SDN控制器告知終端將指定的數(shù)據(jù)流使用指定的虛擬網(wǎng)卡，告知終端一下信息：虛擬網(wǎng)卡的MAC地址，物理網(wǎng)卡的MAC地址，以及該虛擬網(wǎng)卡上的數(shù)據(jù)流信息，包括源、目的IP，源、目的端口以及優(yōu)先級(jí)；

2-2-3)新增消息類型38；消息具體包括：終端告知SDN控制器，刪除指定虛擬網(wǎng)卡，告知控制器該虛擬網(wǎng)卡的MAC地址以及該終端的物理網(wǎng)卡的MAC地址；

2-2-4)新增消息類型39；消息具體包括：SDN控制器告知終端刪除指定虛擬網(wǎng)卡，告知終端要?jiǎng)h除的虛擬網(wǎng)卡MAC地址以及終端的物理網(wǎng)卡MAC地址；

2-2-5)新增消息類型40；消息具體包括：終端告知SDN控制器，將虛擬網(wǎng)卡1與虛擬網(wǎng)卡2合并，即將虛擬網(wǎng)卡2上的數(shù)據(jù)流合并到虛擬網(wǎng)卡1上，并刪除虛擬網(wǎng)卡2，告知控制器虛擬網(wǎng)卡1的MAC地址，虛擬網(wǎng)卡2的MAC地址，以及該終端的物理網(wǎng)卡的MAC地址；

2-2-6)新增消息類型41；消息具體包括：SDN控制器告知終端，將虛擬網(wǎng)卡1與虛擬網(wǎng)卡2合并，即將虛擬網(wǎng)卡2上的數(shù)據(jù)流合并到虛擬網(wǎng)卡1上，并刪除虛擬網(wǎng)卡2，告知控制器虛擬網(wǎng)卡1的MAC地址，虛擬網(wǎng)卡2的MAC地址，以及該終端的物理網(wǎng)卡的MAC地址；

3)對(duì)數(shù)據(jù)流進(jìn)行管理，數(shù)據(jù)流管理的流程框圖如圖4所示，具體包含以下步驟：

3-1)當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入終端產(chǎn)生一個(gè)數(shù)據(jù)流，由終端側(cè)的本地控制器向SDN網(wǎng)絡(luò)中的SDN控制器發(fā)出資源申請(qǐng)；

3-2)SDN網(wǎng)絡(luò)中的SDN控制器收到步驟3-1)所述的資源申請(qǐng)請(qǐng)求后，SDN控制器為步驟3-1)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流分配無(wú)線資源，并生成一個(gè)虛擬網(wǎng)卡的MAC地址，將該MAC地址與所述數(shù)據(jù)流的信息以及優(yōu)先級(jí)通過(guò)步驟2)中擴(kuò)展的Openflow協(xié)議告知無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入終端；同時(shí)SDN控制器為該數(shù)據(jù)流下發(fā)流表(此次流表與傳統(tǒng)SDN網(wǎng)絡(luò)中的流表一致)到無(wú)線接入點(diǎn)以及與無(wú)線接入點(diǎn)連接的SDN交換機(jī)；

3-3)當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入終端的本地控制器收到步驟3-2)生成的包含指定MAC地址、數(shù)據(jù)流信息以及優(yōu)先級(jí)的消息后，生成一塊虛擬網(wǎng)卡，并且通過(guò)MAC地址更改軟件(例如：macchangger)將該虛擬網(wǎng)卡的MAC地址改成指定地址，即步驟3-2)所生成的MAC地址；

3-4)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入終端側(cè)，本地控制器告知數(shù)據(jù)流管理模塊，將步驟3-1)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)流分配到步驟3-3)生成的虛擬網(wǎng)卡上；

3-5)SDN網(wǎng)絡(luò)中的SDN交換機(jī)收到如步驟3-2)所述的流表，流表包含步驟3-2)生成的虛擬網(wǎng)卡MAC地址的數(shù)據(jù)包，所述SDN交換機(jī)將數(shù)據(jù)包中虛擬網(wǎng)卡MAC地址替換為原有物理網(wǎng)卡MAC地址，并將更改后的數(shù)據(jù)包重新打包后，按照流表匹配項(xiàng)從指定端口轉(zhuǎn)發(fā)。通過(guò)將虛擬MAC地址重新轉(zhuǎn)換成真實(shí)物理網(wǎng)卡的MAC地址，防止在有線網(wǎng)絡(luò)中出現(xiàn)相同的虛擬網(wǎng)卡MAC地址。

3-6)當(dāng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)接入終端側(cè)的本地控制器發(fā)現(xiàn)與步驟3-1)所述數(shù)據(jù)流具有相同優(yōu)先級(jí)需求的新數(shù)據(jù)流，將新數(shù)據(jù)流合并到步驟3-3)生成的虛擬網(wǎng)卡上，并且刪除所述新數(shù)據(jù)流已經(jīng)不再使用的虛擬網(wǎng)卡，回收資源，并將合并和刪除的消息通過(guò)步驟2)中擴(kuò)展的Openflow協(xié)議告知SDN網(wǎng)絡(luò)中的SDN控制器；

3-7)SDN網(wǎng)絡(luò)中的SDN控制器收到步驟3-6)所述的合并和刪除消息后，生成相應(yīng)的流表下發(fā)給無(wú)線接入點(diǎn)以及與無(wú)線接入點(diǎn)連接的SDN交換機(jī)，完成對(duì)數(shù)據(jù)流的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源管理。