本發(fā)明涉及一種軟件定義網(wǎng)絡和802.11無線接入網(wǎng)的管理方法，屬于通信網(wǎng)絡領域。

背景技術：

目前人們對無線網(wǎng)絡接入的需求越來越大，與之同時支持無線數(shù)據(jù)業(yè)務的網(wǎng)絡設備的使用也越來越廣，整個社會對無線網(wǎng)絡接入的需求日益增長。ieee提出的802.11無線接入技術在過去的十幾年中得到快速的發(fā)展，并成為企業(yè)、校園以及公共場所提供無線網(wǎng)絡接入的關鍵技術。

由于一個無線接入點的服務范圍非常局限，為了擴大無線接入范圍以及提高服務質(zhì)量，企業(yè)網(wǎng)或校園網(wǎng)通常會進行大規(guī)模的無線接入點部署。然而，在進行無線接入點的大規(guī)模部署中仍然面臨很多不容忽視的問題，一方面，網(wǎng)絡設備商提供的解決方案是私有的、兼容性差，客戶必須購買整套價格昂貴的硬件和軟件設備；另一方面設備商提供的私有軟件管理平臺能夠提供管理能力是有限的，使得網(wǎng)絡管理員不能靈活地對網(wǎng)絡設備進行管理和配置。

sdn（軟件定義網(wǎng)絡）是一種新型的網(wǎng)絡架構，通過數(shù)據(jù)面和控制面的分離以及sdn控制器對底層的網(wǎng)絡設備進行集中式管理來靈活地管理網(wǎng)絡。利用sdn，網(wǎng)絡功能開發(fā)人員不需要關系底層的網(wǎng)絡設備，只需要根據(jù)sdn控制器提供的接口進行編程，這種新型網(wǎng)絡架構大大提高了網(wǎng)絡的自動化管理和控制能力，此外，openflow協(xié)議作為sdn架構中主流的南向接口中的一種，具有開放性，sdn控制器通過openflow協(xié)議控制支持openflow的網(wǎng)絡設備執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā)策略，sdn架構下的轉(zhuǎn)發(fā)設備只需要根據(jù)sdn控制器的策略執(zhí)行相應的轉(zhuǎn)發(fā)動作即可，這種控制面和數(shù)據(jù)面分離的方式使得硬件交換機或轉(zhuǎn)發(fā)設備的成本大大降低，而且具有更強的通用性。

值得注意的是，目前sdn的應用場景主要集中在數(shù)據(jù)中心里，未應用于無線接入網(wǎng)。事實上，openflow協(xié)議只定義了如何對以太網(wǎng)的交換機進行控制，所以目前sdn的控制器只能對以太網(wǎng)交換機進行集中式的控制，而無法對無線接入網(wǎng)進行管理。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種基于軟件定義網(wǎng)絡的802.11無線接入網(wǎng)的管理方法，通過對openflow協(xié)議進行無線功能擴展實現(xiàn)sdn控制器對802.11無線接入網(wǎng)中的無線接入點進行集中式管理，從而解決目前在無線接入網(wǎng)管理中存在的兼容性差的問題。

本發(fā)明實現(xiàn)其目的所采取的技術方案是：

本發(fā)明基于軟件定義網(wǎng)絡的802.11無線接入網(wǎng)的管理方法所述802.11無線接入網(wǎng)包括sdn控制器、網(wǎng)絡應用和一個以上無線接入點，所述網(wǎng)絡應用包括接入管理應用、切換管理應用、以及信道配置與干擾管理應用；openflow協(xié)議設有擴展功能接口，所述擴展功能接口包括接入管理功能接口、切換管理功能接口和干擾管理功能接口；sdn控制器將接收到的無線終端的接入請求上報給接入管理應用，接入管理應用根據(jù)所接收到的接入請求中的消息制定接入策略并向sdn控制器發(fā)出執(zhí)行接入請求，sdn控制器將該執(zhí)行接入請求轉(zhuǎn)化為控制消息并通過openflow協(xié)議的接入管理功能接口將該控制消息發(fā)送給待與該無線終端關聯(lián)的目標無線接入點的openflow代理，該openflow代理根據(jù)接收到的控制消息決定是否允許該無線終端接入目標無線接入點，若該無線終端被允許并接入目標無線接入點，則切換管理應用向sdn控制器下發(fā)對該無線終端的鏈路狀態(tài)進行監(jiān)控的請求，sdn控制器收到該請求后向各無線接入點下發(fā)監(jiān)控該無線終端的鏈路狀態(tài)的請求，若該無線終端的鏈路狀態(tài)觸發(fā)切換事件，則被鏈路狀態(tài)觸發(fā)的無線接入點通過切換管理功能接口向sdn控制器上報切換事件，sdn控制器將接收到的切換事件上報給切換管理網(wǎng)絡應用，切換管理網(wǎng)絡應用根據(jù)所接收到的切換事件中的消息制定切換策略并向sdn控制器發(fā)出執(zhí)行切換請求，sdn控制器將該執(zhí)行切換請求轉(zhuǎn)化為相應的控制消息并通過切換管理功能接口將該控制消息發(fā)送給目標無線接入點和待與該無線終端關聯(lián)的新無線接入點的openflow代理，該兩個openflow代理根據(jù)接收到的控制消息將與該無線終端關聯(lián)的無線接入點由目標無線接入點切換為新無線接入點；

sdn控制器將接收到的無線接入點之間的干擾信息上報給信道配置和干擾管理應用，信道配置和干擾管理應用根據(jù)所接收到的干擾信息制定信道分配策略并向sdn控制器發(fā)出執(zhí)行無線接入點的信道配置的請求，sdn控制器將該請求轉(zhuǎn)化為控制消息并通過openflow協(xié)議的干擾管理功能接口將該控制消息發(fā)送給所有無線接入點的openflow代理，各無線接入點的openflow代理根據(jù)接收到的控制消息進行信道的重新配置。

進一步地，在本發(fā)明中，無線終端在向目標無線接入點發(fā)送接入請求后接入wlan，目標無線接入點接收到接入請求后通過接入管理功能接口向sdn控制器轉(zhuǎn)發(fā)接入請求，sdn控制器通過rest接口將接收到的接入請求中的信息上報給接入管理應用，接入管理應用根據(jù)設定的允許訪問列表來決定是否允許該無線終端接入：如果該無線終端在允許訪問列表當中，則接入管理應用向sdn控制器發(fā)出接入該無線終端的請求，sdn控制器將該請求轉(zhuǎn)化為控制消息并通過接入管理功能接口將控制消息發(fā)送給目標無線接入點的openflow代理，該openflow代理根據(jù)接收到的控制消息在目標無線接入點上建立為該無線終端服務的虛擬無線接入點。

進一步地，本發(fā)明中，當無線終端接入目標無線接入點時，切換管理應用通過rest接口向sdn控制器下發(fā)對該無線終端的鏈路狀態(tài)進行監(jiān)控的請求，sdn控制器收到該請求后向各無線接入點下發(fā)監(jiān)控該無線終端的鏈路狀態(tài)的請求，若該無線終端的鏈路狀態(tài)觸發(fā)了無線接入點設定的接收信號指示強度的觸發(fā)器，則被鏈路狀態(tài)觸發(fā)的無線接入點通過切換管理功能接口向sdn控制器上報該切換事件，sdn控制器將接收到的切換事件通過rest接口上報給切換管理應用，切換管理應用根據(jù)該切換事件來決定該無線終端是否切換到待關聯(lián)的新無線接入點，若決定切換，則切換管理應用向sdn控制器發(fā)出執(zhí)行切換請求，sdn控制器將該執(zhí)行切換請求轉(zhuǎn)化為相應的控制消息并通過切換管理功能接口將該控制消息發(fā)送給目標無線接入點和新無線接入點的openflow代理，目標無線接入點的openflow代理根據(jù)該控制消息刪除原虛擬無線接入點，新無線接入點的openflow代理根據(jù)該控制消息建立新虛擬無線接入點。

進一步地，在本發(fā)明中，各無線接入點通過干擾管理功能接口周期性地向sdn控制器上報無線接入點的干擾消息，所述無線接入點的干擾消息包括各無線接入點的鏈路狀況以及各無線接入點受周圍無線接入點的干擾情況，sdn控制器將各無線接入點的干擾消息上報給信道配置與干擾管理應用，信道配置與干擾管理應用根據(jù)接收到的干擾信息對各無線接入點工作的信道配置制定策略并向sdn控制器發(fā)出執(zhí)行無線接入點的信道配置的請求，sdn控制器將該請求轉(zhuǎn)化為控制消息并通過干擾管理功能接口將該控制消息發(fā)送給各無線接入點的openflow代理，各openflow代理根據(jù)接收到的控制消息對各無線接入點的工作信道進行重新配置。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果是：通過對openflow協(xié)議進行無線功能擴展，擴展的功能接口包括：無線接入管理功能接口、切換管理功能接口和干擾管理功能接口。從而利用開放的openflow接口實現(xiàn)sdn控制器對無線接入點的集中式管理，使得sdn控制器既能管理核心網(wǎng)又能管理無線接入網(wǎng)，解決了現(xiàn)有無線接入點和無線控制器之間兼容性差的問題。同時，通過為每一個無線終端建立vap來對其進行服務，提高了無線終端在切換時的靈活性，能夠降低切換的時延。此外，sdn控制器能夠根據(jù)無線網(wǎng)絡的運行狀況對無線接入點進行動態(tài)的信道配置，減少無線接入點之間的干擾，提高系統(tǒng)的性能。本發(fā)明基于openflow擴展的控制器能夠?qū)W(wǎng)絡狀況進行全局監(jiān)控，動態(tài)管理和分配網(wǎng)絡資源，進一步優(yōu)化網(wǎng)絡性能。

附圖說明

圖1是本發(fā)明管理方法的網(wǎng)絡架構示意圖。

具體實施方式

如圖1所示，本發(fā)明管理方法所用802.11無線網(wǎng)絡架構包括若干個無線接入點、一個sdn控制器以及若干個網(wǎng)絡應用（app）。其中，網(wǎng)絡應用負責對網(wǎng)絡功能進行編排，在本發(fā)明中，這些網(wǎng)絡應用包括接入管理應用、切換管理應用、以及信道配置與干擾管理應用。這些應用通過rest接口將網(wǎng)絡功能下發(fā)給sdn控制器實現(xiàn)。sdn控制器負責管理各無線接入點，處理無線接入點上報的事件消息以及狀態(tài)信息，并實現(xiàn)各網(wǎng)絡應用下發(fā)的網(wǎng)絡功能請求。各無線接入點通常包括無線網(wǎng)卡、以太網(wǎng)卡、系統(tǒng)內(nèi)核以及實現(xiàn)openflow擴展協(xié)議的openflow代理。無線網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡分別負責發(fā)送和接收802.11幀和以太網(wǎng)幀，系統(tǒng)內(nèi)核負責將從無線網(wǎng)卡和以太網(wǎng)卡接收到的數(shù)據(jù)幀進行處理并轉(zhuǎn)發(fā)給openflow代理進行進一步處理，同時openflow代理將需要發(fā)送的數(shù)據(jù)包傳遞給系統(tǒng)內(nèi)核進行發(fā)送。openflow代理負責根據(jù)控制器的請求完成對無線終端提供服務、上報觸發(fā)事件和鏈路信息以及信道切換等功能。

下面就實現(xiàn)應用層的接入管理應用、切換管理應用和信道配置與干擾管理應用功能，以具體的實施例進行詳細的說明。

1、實現(xiàn)接入管理

如圖1所示，以無線終端sta1和無線終端sta2接入無線接入點1為例來說明無線接入管理app對無線終端的接入管理。處于無線接入點1的信號范圍內(nèi)的無線終端sta1和無線終端sta2在接入wlan之前分別向無線接入點1發(fā)送proberequest管理幀，無線接入點1上的802.11無線網(wǎng)卡接收到有關proberequest管理幀的信號后，無線接入點1中的系統(tǒng)內(nèi)核提取出proberequest管理幀并在幀頭部添加上與該幀有關的附加信息（包括時間同步功能計時器、信道、rssi、功率以及速率），接著系統(tǒng)內(nèi)核將proberequest管理幀傳遞給openflow代理，openflow代理記錄下與無線終端有關的信息（包括mac地址、rssi、信道、時間同步功能計時器、功率以及速率）并通過openflow協(xié)議的接入管理功能接口向sdn控制器發(fā)送有關無線終端sta1和無線終端sta2的proberequest消息，sdn控制器接收到proberequest消息后通過rest接口向接入管理應用上報該事件，接入管理應用根據(jù)設定的允許訪問列表決定是否允許無線終端sta1和無線終端sta2的接入并由sdn控制器來執(zhí)行決定，如無線終端sta1和無線終端sta2處于允許訪問列表，則允許其接入并向sdn控制器發(fā)出執(zhí)行接入請求，否則拒絕其接入。如果允許無線終端sta1和無線終端sta2接入，那么sdn控制器將該執(zhí)行接入請求轉(zhuǎn)化為控制消息并通過openflow協(xié)議的接入管理功能接口將該控制消息發(fā)送給待與無線終端sta1和無線終端sta2關聯(lián)的目標無線接入點1的openflow代理,即sdn控制器通過openflow協(xié)議的接入管理功能接口向無線接入點1的openflow代理發(fā)出為無線終端sta1和無線終端sta2建立vap的請求并下發(fā)proberesponse消息。無線接入點1上的openflow代理接收到建立vap的請求后，為無線終端sta1建立單獨為之服務的vap1，為無線終端sta2建立單獨為之服務的vap2，，并由vap1和vap2負責分別向無線終端sta1和無線終端sta2發(fā)送proberesponse管理幀和beacon管理幀，其中beacon幀包含了多個無線接入點支持的ssid（服務集標識），此后便由vap1和vap2分別處理無線終端sta1和無線終端sta2發(fā)送來的802.11無線管理幀和數(shù)據(jù)幀。無線終端sta1和無線終端sta2接收到beacon管理幀后向無線接入點1發(fā)送authenticationrequest管理幀，vap1和vap2接收到認證請求后向無線終端發(fā)送authenticationresponse管理幀，接著無線終端sta1和無線終端sta2向無線接入點1發(fā)送associationrequest管理幀，vap1和vap2接收到關聯(lián)請求后分別向無線終端sta1和無線終端sta2發(fā)送associationresponse管理幀，至此，無線終端sta1和無線終端sta2已經(jīng)成功接入了wlan。同樣的，處于無線接入點2信號范圍的sta3和sta4也以同樣的方式接入無線接入點2。

openflow協(xié)議是開放的接口，sdn控制器通過openflow協(xié)議管理和控制支持openflow協(xié)議的無線接入點，解決了sdn控制器和無線接入點無法兼容的問題。

2、實現(xiàn)切換管理

若無線終端sta1和無線終端sta2被允許并接入無線網(wǎng)絡，則切換管理應用通過rest接口向sdn控制器下發(fā)對無線終端sta1和無線終端sta2的鏈路狀態(tài)的監(jiān)控請求，sdn控制器收到該請求后通過openflow協(xié)議的切換管理功能接口向所有無線接入點下發(fā)無線終端sta1和無線終端sta2的鏈路狀態(tài)的監(jiān)控請求，當與無線終端sta1建立關聯(lián)的無線接入點1監(jiān)測到無線終端sta1的鏈路狀態(tài)變差，而且接收到的rssi低于門限值（如-70dbm）時，此時觸發(fā)切換事件。位于無線接入點1上的vap1通過openflow協(xié)議的切換管理功能接口向sdn控制器上報切換事件，sdn控制器將接收到的切換事件通過rest接口上報給切換管理應用，同時sdn控制器通知所有其它的無線接入點對無線終端進行監(jiān)測并在接收到的rssi高于門限值（如-50dbm）時向sdn控制器上報觸發(fā)事件，sdn控制器收集所有無線接入點上報的關于切換的事件消息并將消息上報給切換管理應用，切換管理應用根據(jù)該切換事件來決定該無線終端是否切換到待關聯(lián)的新無線接入點，若決定切換，則切換管理應用為無線終端sta1選擇無線接入點中rssi值在門限值以上且當前的負載最小的無線接入點進行切換并向sdn控制器發(fā)出執(zhí)行切換請求，sdn控制器將該執(zhí)行切換請求轉(zhuǎn)化為相應的控制消息并通過切換管理功能接口將該控制消息發(fā)送給目標無線接入點和新無線接入點的openflow代理，目標無線接入點的openflow代理根據(jù)該控制消息刪除原虛擬無線接入點，新無線接入點的openflow代理根據(jù)該控制消息建立新虛擬無線接入點。這種切換流程不需要進行重新認證和關聯(lián)，縮短了切換時間，提高了服務質(zhì)量。

3、實現(xiàn)信道配置與干擾管理

為了避免物理位置相鄰的無線接入點工作在相鄰或相同的信道上，需要對無線接入點之間的干擾狀況進行監(jiān)控并靈活地切換無線接入點工作的信道，提高無線接入點的工作效率以及整個網(wǎng)絡的服務質(zhì)量。各無線接入點的無線網(wǎng)卡接收周圍所有工作在同一頻段的無線終端和其它無線接入點發(fā)出的無線信號并發(fā)送給系統(tǒng)內(nèi)核，系統(tǒng)內(nèi)核從接收到的數(shù)據(jù)流中提取出802.11幀，并將接收無線幀時獲得的有關該802.11幀的信息（包括時間同步功能計時器、信道、rssi、功率以及速率）添加到幀頭并發(fā)送給openflow代理，openflow代理根據(jù)802.11幀的來源以及地址信息記錄周圍的無線終端和其他無線接入點與本無線接入點之間的鏈路質(zhì)量與干擾情況。如圖1所示，無線接入點1監(jiān)控無線接入點2的干擾大小以及無線終端sta1和無線終端sta2的信號質(zhì)量，無線接入點2監(jiān)控無線接入點1的干擾大小以及無線終端sta3和無線終端sta4的信號質(zhì)量，無線接入點1和無線接入點2上的openflow代理記錄下鄰近無線接入點的干擾信息和關聯(lián)無線終端的信號質(zhì)量，并通過openflow協(xié)議的干擾管理接口周期性地向sdn控制器上報鏈路質(zhì)量與干擾信息，sdn控制器收集并處理各無線接入點上報的消息，如果出現(xiàn)多個（如3個以上）物理位置相鄰的無線接入點工作在同一信道，信道配置與干擾管理應用為無線接入點重新分配工作信道并向sdn控制器發(fā)出執(zhí)行無線接入點的信道配置的請求，sdn控制器將該請求轉(zhuǎn)化為控制消息并通過干擾管理功能接口將該控制消息發(fā)送給各無線接入點的openflow代理，各openflow代理根據(jù)接收到的控制消息對各無線接入點的工作信道進行重新配置。。經(jīng)過信道配置與干擾管理應用優(yōu)化過的信道分配方法能夠保證系統(tǒng)的服務質(zhì)量的穩(wěn)定性，實現(xiàn)了無線接入點的自動化配置，更加適應現(xiàn)在靈活的部署方案。