一种基于内容存储的软件定义无线Mesh网络的方法技术

本发明专利技术公开了一种基于内容存储的软件定义无线Mesh网络，该方案其中控制平面中的控制器拥有全局的网络状态信息，能够实现基于业务请求和网络状态信息的路由决策，数据平面的Mesh路由器依照控制器下发的路由决策结果传输数据，实现了控制平面与数据平面的分离。同时，Mesh路由器外接存储设备可实现内容存储，在网络状态不好的情况下，先传输优先级高的业务，暂存低优先级的业务，而在链路中断时，暂存业务内容，并请求控制器重新寻路，充分利用有限资源实现高质量传输。本发明专利技术使用OpenFlow机制对数据流量进行路由，而使用AODV协议对OpenFlow控制流量进行路由，或者在控制器不可达的紧急情况下对数据流量进行路由，有效缓解了在网络规模扩大的情况下控制流量不断增大的问题。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种基于内容存储的软件定义无线Mesh网络，属于无线通信

技术介绍
无线Mesh网络是一种新型的宽带无线网络，具有不同于传统无线网络的特点，在灵活组网、提高网络覆盖率、增加网络容量、减少前期投资等方面都显现出较大的优势，尤其适合在缺乏有线网络资源情况下实现宽带接入和覆盖。在当前采用的无线移动Mesh技术中，融合了其他传统无线网络技术(比如wifi，3G，4G等)的优势，传输速度快，理论上可以达到54Mbps，甚至更高，并且自组成了一个含有多跳无线链路的网状网络，这样不仅可以大幅度扩展无线网络的覆盖范围，同时还可以提高原来无线网络的带宽、容量及通信可靠新。正因为如此，无线移动Mesh可突破传统无线网络在远距离传输高质量多媒体方面的技术瓶颈，用以组成视频流业务的传输网络。AODV协议是一种按需路由协议，它根据业务需要建立和维护路由，目前很多WMN协议都是在该协议的基础上改进的。该算法可被称为纯粹的需求路由获取系统，那些不在活跃路径上的节点不会维持任何相关路由信息，也不会参与任何周期路由表的交换。此外，节点没有必要去发现和维持到另一节点的路由，除非这两个节点需要进行通信。移动节点间的局部连接性可以通过几种方法得到，其中包括使用局部广播Hello消息。移动节点为每一个相关的目的节点维护了一个路由表。每一个路由表包含以下一些信息:目的地址、下一跳地址、跳数、目的序列号及路由项的生存时间。路由表在每一次被用来传送一个分组时，它的生存时间都要重新开始计算，也就是用当前时间加上Active-Route-Timeout。如果一个移动节点被提供了到达某一个目的节点的新路由，那么它就会把这个新路由的目的序列号与自己路由表中己有的目的序列号做比较，并将目的序列号大的作为到达目的节点的路由表。如果目的序列号相同，则采用到目的节点所经过的节点数(跳数)最少的那个路由。软件定义网络是一种新型网络创新架构，其核心技术OpenFlow通过将网络设备控制面与数据面分离开来，从而实现了网络流量的灵活控制，为核心网络及应用的创新提供了良好的平台。从路由器的设计上看，它由软件控制和硬件数据通道组成。软件控制包括管理以及路由协议等。数据通道包括针对每个包的查询、交换和缓存。如果将网络中所有的网络设备视为被管理的资源，可以抽象出一个网络操作系统的概念，这个网络操作系统一方面抽象了底层网络设备的具体细节，同时还为上层应用提供了统一的管理视图和编程接口。这样，基于网络操作系统这个平台，用户可以开发各种应用程序，通过软件来定义逻辑上的网络拓扑，以满足对网络资源的不同需求，而无需关心底层网络的物理拓扑结构。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是提出一种基于软件定义的无线Mesh网络体系结构，控制器集中管理各个Mesh路由器的状态信息，Mesh路由器只需实现控制器推送的策略。另外，具有内容存储功能的智能Mesh路由器可以暂时存储低优先级的业务流，传输高优先级的业务流，有效地解决了网络状况不好的情况下提高业务传输质量的问题。技术方案如下：1.一种基于内容存储的软件定义无线Mesh网络，包括：(1)基于软件定义的无线Mesh网络体系结构，将控制平面与数据平面分离，其中控制器平面中的控制器将获取到的全局网络状态信息分类为几个重要的信息表存储在控制器的物理存储媒介中，每次决策需要的信息可以从这些信息表中获取，将其作为决策的输入，同时输出的决策结果也可以用来更新相关的信息表；数据平面中的Mesh路由器可以点对点或多次跳转相连，从而能构成Mesh结构，实现控制器下发的路由决策结果。其中某些Mesh路由器还具有网关功能，称为Mesh网关，可以提供面向互联网的连接。控制器存储的重要信息表的说明以及每张表中关键属性包括：业务流信息表：Internet能够提供给用户的业务流信息，包含业务的类型、实时性、传输速率、数据包大小等属性；Mesh路由器信息表：代表每个Mesh路由器的可用资源，如可用带宽等；客户端接入映射表：将底层的客户端和Mesh路由器的连接关系抽象为映射表，建立二者之间连接关系的映射；流表：包括了相应业务的路由决策结果、业务优先级、传输速率等属性；业务请求表：客户端发起的业务请求信息，包括客户端ID、业务ID、业务优先级、传输速率等；内容存储表：表示在链路发生中断或者网络状态不好时，记录了Mesh路由器暂时存储的业务类型的表。(2)基于内容存储的路由转发机制本专利技术的Mesh路由器通过外接存储设备实现内容存储。由于无线Mesh网络的局限性，业务在传输时，遇到网络状态不能满足传输或者出现频繁链路中断的情况下，应考虑引入内容存储机制，如在链路中断时，暂存业务内容，接着请求控制器重新寻路，此外，在网络状态不好的情况下(网络状态是否良好，可以从平均时延、平均丢包率等参数来判断)，可以优先传输优先级高的业务，暂存低优先级的业务，充分利用有限资源实现高质量传输。另外，邻居节点的确立统一采用Hello应答机制，中间节点周期性广播Hello消息，以更新路径的各项信息(如平均时延、平均丢包率、路径可用最小带宽等)，广播Hello消息的周期取值范围为100毫秒至300毫秒。具体步骤为：步骤2-1：控制器不断接收用户请求，为请求的业务分配传输路径，下发路由结果；步骤2-2：业务传输过程中，当前Mesh路由器需要判断该节点的邻居列表NB_INFO中是否包含了决策路径的下一跳，若没有，说明链路已断，此时进行业务存储，同时再次发送Hello消息探测包检测链路修复状况(若链路没有修复好，进行步骤2-3。若链路修复完成，则执行步骤2-4)。若NB_INFO中包含了决策路径的下一跳，则进行步骤2-4；步骤2-3：该节点发送RREQ到控制器进行重新寻路，然后从当前节点开始进行正常传输；步骤2-4：判断网络状态是否良好，如果良好，则进行正常传输。网络状态不好执行步骤2-5；步骤2-5：存储业务，根据优先级从高到低进行业务传输，未传输业务开始等待计时；步骤2-6：若等待时间大于网络容忍时间T_ALLOW_TIME(T_ALLOW_TIME取值范围为3秒至5秒)，则重复步骤2-3，否则执行步骤2-5。(3)OpenFlow与AODV协议的协同路由转发机制为了使无线Mesh网络的节点之间通过多跳数据转发机制进行数据交换，需要路由协议进行分组转发，又鉴于无线Mesh网络的不稳定状态，使用按需式路由协议比较合适，因此本专利技术使用的是AODV协议。但是纯AODV的网络下，Mesh路由器和控制器之间的交互以及控制器返回路由决策后的路由构建会随着网络规模的不断扩大而产生大量的控制流量，所以本专利技术将软件定义网络对应的OpenFlow引入到无线Mesh网络中，具体来讲，使用OpenFlow机制对数据流量进行路由，而使用AODV协议对OpenFlow控制流量进行路由，或者在控制器不可达的紧急情况下对数据流量进行路由。具体步骤为：步骤3-1：初始化，每个Mesh路由器运行AODV协议寻找到达控制器的路径来发送OFPT_HELLO消息，从而建立控制器和各个路由器间的管理通道；步骤3-2：每T时间间隔，路由器利用OFPT_PORT_FEATURES消息向控制器发送一次各路由器获取的节点和链路信息，用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于内容存储的软件定义无线Mesh网络，其特征在于，包括：(1)基于软件定义的无线Mesh网络体系结构，将控制平面与数据平面分离，其中控制平面中的控制器将获取到的全局网络状态信息分类为信息表存储在控制器的物理存储媒介中，每次决策需要的信息从这些信息表中获取，将其作为决策的输入，同时输出的决策结果用来更新相关的信息表；数据平面中的Mesh路由器点对点或多次跳转相连，实现控制器下发的路由决策结果；控制器存储的信息表的说明以及每张表中关键属性包括：业务流信息表：Internet能够提供给用户的业务流信息，包含业务的类型、实时性、传输速率、数据包大小属性；Mesh路由器信息表：代表每个Mesh路由器的可用资源，如可用带宽；客户端接入映射表：将底层的客户端和Mesh路由器的连接关系抽象为映射表，建立二者之间连接关系的映射；流表：包括了相应业务的路由决策结果、业务优先级、传输速率属性；业务请求表：客户端发起的业务请求信息，包括客户端ID、业务ID、业务优先级、传输速率；内容存储表：表示在链路发生中断或者网络状态不好时，记录了Mesh路由器暂时存储的业务类型的表；(2)基于内容存储的路由转发机制Mesh路由器通过外接存储设备实现内容存储；业务在传输时，遇到链路中断，需暂存业务内容，接着请求控制器重新寻路；在网络状态不好的情况下，优先传输优先级高的业务，暂存低优先级的业务，充分利用有限资源实现高质量传输；具体步骤为：步骤2‑1：控制器不断接收用户请求，为请求的业务分配传输路径，下发路由结果；步骤2‑2：业务传输过程中，当前Mesh路由器需要判断该节点的邻居列表NB_INFO中是否包含了决策路径的下一跳，若没有，说明链路已断，此时进行业务存储，同时再次发送Hello消息探测包检测链路修复状况；若链路没有修复好，进行步骤2‑3；若链路修复完成，则执行步骤2‑4；若NB_INFO中包含了决策路径的下一跳，则进行步骤2‑4；步骤2‑3：该节点发送RREQ到控制器进行重新寻路，然后从当前节点开始进行正常传输；步骤2‑4：判断网络状态是否良好，如果良好，则进行正常传输；网络状态不好执行步骤2‑5；步骤2‑5：存储业务，根据优先级从高到低进行业务传输，未传输业务开始等待计时；步骤2‑6：若等待时间大于网络容忍时间T_ALLOW_TIME，取值范围为3秒至5秒，则重复步骤2‑3，否则执行步骤2‑5；(3)OpenFlow与AODV协议的协同路由转发机制，具体步骤为：步骤3‑1：初始化，每个Mesh路由器运行AODV协议寻找到达控制器的路径来发送OFPT_HELLO消息，从而建立控制器和各个路由器间的管理通道；步骤3‑2：每T时间间隔，路由器利用OFPT_PORT_FEATURES消息向控制器发送一次各路由器获取的节点和链路信息，用以更新控制器所有的网络状态表，T时间间隔取为1秒至3秒；步骤3‑3：客户端发起业务请求，选择信号最强的Mesh路由器作为接入点；步骤3‑4：接入的Mesh路由器中维护着控制器节点路由表，记录着当前Mesh路由器到控制器的路由，然后查表并向控制器发送RREQ_S业务请求信息；步骤3‑5：控制器接收到业务请求消息后，综合网络全局状态信息，依据优化方法做出路由决策；步骤3‑6：路由决策后的结果由控制器软件编写成到对应于该规划路径的流表，形式如：<头域，操作>,再利用AODV协议的基本寻路方法将流表转发给对应的Mesh路由器和Mesh网关；步骤3‑7：数据流从与Internet相连的Mesh网关开始，按照流表规则依次传输到达客户端。...

【技术特征摘要】
1.一种基于内容存储的软件定义无线Mesh网络，其特征在于，包括：(1)基于软件定义的无线Mesh网络体系结构，将控制平面与数据平面分离，其中控制平面中的控制器将获取到的全局网络状态信息分类为信息表存储在控制器的物理存储媒介中，每次决策需要的信息从这些信息表中获取，将其作为决策的输入，同时输出的决策结果用来更新相关的信息表；数据平面中的Mesh路由器点对点或多次跳转相连，实现控制器下发的路由决策结果；控制器存储的信息表的说明以及每张表中关键属性包括：业务流信息表：Internet能够提供给用户的业务流信息，包含业务的类型、实时性、传输速率、数据包大小属性；Mesh路由器信息表：代表每个Mesh路由器的可用资源，如可用带宽；客户端接入映射表：将底层的客户端和Mesh路由器的连接关系抽象为映射表，建立二者之间连接关系的映射；流表：包括了相应业务的路由决策结果、业务优先级、传输速率属性；业务请求表：客户端发起的业务请求信息，包括客户端ID、业务ID、业务优先级、传输速率；内容存储表：表示在链路发生中断或者网络状态不好时，记录了Mesh路由器暂时存储的业务类型的表；(2)基于内容存储的路由转发机制Mesh路由器通过外接存储设备实现内容存储；业务在传输时，遇到链路中断，需暂存业务内容，接着请求控制器重新寻路；在网络状态不好的情况下，优先传输优先级高的业务，暂存低优先级的业务，充分利用有限资源实现高质量传输；具体步骤为：步骤2-1：控制器不断接收用户请求，为请求的业务分配传输路径，下发路由结果；步骤2-2：业务传输过程中，当前Mesh路由器需要判断该节点的邻居列表NB_INFO中是否包含了决策路径的下一跳，若没有，说明链路已断，此时进行业务存储，同时再次发送Hello消息探测包检测链路修复状况；若链路没有修复好，进行步骤2-3；若链路修复完成，则执行步骤2-...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱晓荣，吴璇，殷攀，余雪勇，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32