一種實(shí)現(xiàn)移動終端在ap間快速切換的通信系統(tǒng)及通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種通信系統(tǒng)及通信方法，具體涉及一種在無線局域網(wǎng)絡(luò)中基于 SDN(軟件定義網(wǎng)絡(luò)）的實(shí)現(xiàn)移動終端在AP (無線接入點(diǎn)）間快速切換的通信系統(tǒng)及通信方 法，屬于通信技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 在無線局域網(wǎng)中，移動設(shè)備通過無線接入點(diǎn)（AP)與因特網(wǎng)或者無線局域網(wǎng)中的 其他站點(diǎn)通信，但無線接入點(diǎn)的覆蓋范圍有限，如果需要在一個(gè)相對較大的區(qū)域提供無線 覆蓋服務(wù)，則必須在該區(qū)域配置多個(gè)無線接入點(diǎn)。隨著無線局域網(wǎng)的快速普及，無線接入點(diǎn) 的密度將不斷增加，而移動終端設(shè)備必須能夠迅速地切斷與一個(gè)無線接入點(diǎn)的連接，然后 快速的連接到另一個(gè)無線接入點(diǎn)上。切換過程中會有一定的時(shí)延，這個(gè)時(shí)延是由終端探測 無線接入點(diǎn)的時(shí)間、安全認(rèn)證時(shí)間和業(yè)務(wù)重新關(guān)聯(lián)時(shí)間三部分組成，其中探測時(shí)延最大。
[0003] 軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Networking, SDN)是一種計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的創(chuàng) 新概念，其目標(biāo)是極大地簡化網(wǎng)絡(luò)控制和管理，通過網(wǎng)絡(luò)可編程來引導(dǎo)創(chuàng)新。它把執(zhí)行轉(zhuǎn)發(fā) 的硬件部分從控制決策部分中分離出來，使得控制平面與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面分離。
[0004] 軟件定義網(wǎng)絡(luò)的典型架構(gòu)分為三層：
[0005] (1)最上層為應(yīng)用層，包括各種不同的業(yè)務(wù)和應(yīng)用；
[0006] (2)中間層為控制層，主要負(fù)責(zé)處理數(shù)據(jù)平面資源的編排，維護(hù)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、狀態(tài)信 息等；
[0007] (3)最下層為基礎(chǔ)設(shè)施層，主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理、轉(zhuǎn)發(fā)和狀態(tài)收集。
[0008] 除了上述三個(gè)層次之外，控制層的控制器與基礎(chǔ)設(shè)施層之間的接口、應(yīng)用層與控 制層的接口，此兩個(gè)接口也是SDN架構(gòu)中的兩個(gè)重要的部分。按照接口與控制層的位置關(guān) 系，前者通常被稱為南向接口，后者被稱為北向接口?，F(xiàn)階段比較常用的南向接口協(xié)議是開 發(fā)網(wǎng)絡(luò)基金會制定的OpenFlow協(xié)議，而北向接口的協(xié)議還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。
[0009] OpenFlow交換機(jī)包括一個(gè)流表，流表負(fù)責(zé)執(zhí)行數(shù)據(jù)包的查表和轉(zhuǎn)發(fā)，交換機(jī)的每 個(gè)流表保存一組流的記錄，流記錄中包括：
[0010] 1、首部字段或匹配字段、數(shù)據(jù)包首部中的提取的信息、輸入端口以及元數(shù)據(jù)信息， 這些信息用于匹配輸入的包；
[0011] 2、計(jì)數(shù)器，用于對特定的流進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，如統(tǒng)計(jì)所接收數(shù)據(jù)包的個(gè)數(shù)、字?jǐn)?shù)以及流的 持續(xù)時(shí)間等；
[0012] 3、一組用于所匹配的數(shù)據(jù)包的指令或具體操作，決定如何處理符合匹配條件的數(shù) 據(jù)包。例如，將數(shù)據(jù)包從指定端口轉(zhuǎn)發(fā)出去。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0013] 本發(fā)明的目的在于提供一種在無線局域網(wǎng)絡(luò)中基于SDN(軟件定義網(wǎng)絡(luò)）的實(shí)現(xiàn) 移動終端在AP (無線接入點(diǎn)）間快速切換的通信系統(tǒng)及通信方法，該通信系統(tǒng)及通信方法 不僅可以減少切換過程中移動終端掃描的時(shí)間，而且可以減少移動終端切換后與AP重新 認(rèn)證的時(shí)間，從而有效提高移動終端的切換速度。
[0014] 為了實(shí)現(xiàn)上述目標(biāo)，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：
[0015] -種實(shí)現(xiàn)移動終端在AP間快速切換的通信系統(tǒng)，其特征在于，通信系統(tǒng)由基礎(chǔ)設(shè) 施層和SDN控制層組成，
[0016] 前述基礎(chǔ)設(shè)施層由AP和移動終端組成，前述AP支持Openf low協(xié)議，能夠通過 Openflow協(xié)議與SDN控制層的SDN控制器進(jìn)行交互，前述AP還能夠向移動終端傳送數(shù)據(jù)、 接收從移動終端發(fā)來的數(shù)據(jù)，不同的AP工作在不同的信道；前述移動終端在移動的過程中 發(fā)生服務(wù)AP的切換，移動終端的切換重新認(rèn)證服務(wù)由SDN控制層的SDN控制器實(shí)現(xiàn)；
[0017] 前述SDN控制層只包括SDN控制器，前述SDN控制器管理著多個(gè)AP、保存著通過認(rèn) 證的移動終端的MAC地址、并且有整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)?，前述SDN控制器的功能由Floodlight 軟件具體實(shí)現(xiàn)。
[0018] -種基于前述的通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)移動終端在AP間快速切換的通信方法，其特征在 于，包括以下步驟：
[0019] Stepl :移動終端在移動的過程中，當(dāng)接受到的信號強(qiáng)度值低于掃描門限時(shí)，通過 服務(wù)AP從SDN控制器中獲得本網(wǎng)內(nèi)的其他AP所在的信道的信息；
[0020] Step2 :移動終端根據(jù)獲得到的AP的信道信息切換到不同的信道，然后廣播探測 請求幀，發(fā)送完探測請求幀后立即返回當(dāng)前工作信道繼續(xù)當(dāng)前的會話；
[0021] Step3:所有的潛在AP接收到探測請求幀后，將上行的信號強(qiáng)度值上報(bào)給SDN控制 器，SDN控制器根據(jù)各個(gè)AP的信號強(qiáng)度值和定期更新的AP負(fù)載情況決策出最佳的切換AP;
[0022] Step4 :SDN控制器通過當(dāng)前服務(wù)AP將決策出的AP的信息告知移動終端，移動終 端通過當(dāng)前服務(wù)AP返回一個(gè)應(yīng)答信息給SDN控制器；
[0023] Step5 :移動終端繼續(xù)移動，當(dāng)移動終端發(fā)現(xiàn)服務(wù)AP的信號強(qiáng)度值低于切換門限 時(shí)，切換開始；
[0024] St印6 :移動終端斷開與當(dāng)前服務(wù)AP的連接，跳轉(zhuǎn)到?jīng)Q策出的新AP所在的信道，發(fā) 送請求認(rèn)證幀，請求認(rèn)證幀攜帶移動終端的MAC地址信息，決策出的新AP接收到請求認(rèn)證 幀后，將移動終端信息發(fā)送給SDN控制器，SDN控制器查詢通過認(rèn)證的移動終端的MAC地址 列表，驗(yàn)證該移動終端是否通過認(rèn)證，SDN控制器將認(rèn)證結(jié)果發(fā)送給新AP，新AP向移動終端 返回認(rèn)證響應(yīng)幀；
[0025] St印7 :SDN控制器下發(fā)流表更新指令，更新域內(nèi)所有AP的流表項(xiàng)，告知移動終端 已經(jīng)和新AP連接，刪除所有關(guān)于移動終端和舊AP連接的流表項(xiàng)；
[0026] Step8 :移動終端向新AP發(fā)送關(guān)聯(lián)請求幀，新AP返回關(guān)聯(lián)響應(yīng)幀，關(guān)聯(lián)完成。
[0027] 本發(fā)明的有益之處在于：
[0028] 1、減少了切換掃描的時(shí)間。
[0029] 在本發(fā)明中，移動終端不需要每個(gè)彳目道都去掃描，而是只掃描域內(nèi)存在AP的{目 道；移動終端發(fā)送完探測請求幀后，不用停留在信道上等待應(yīng)答消息，應(yīng)答處理交給AP和 SDN控制器進(jìn)行，所以本發(fā)明從這兩方面有效減少了切換掃描的時(shí)間。
[0030] 2、省去了重新認(rèn)證中四次握手的過程。
[0031] 移動終端在域內(nèi)發(fā)生切換，說明移動終端在連接上網(wǎng)絡(luò)時(shí)已經(jīng)通過了認(rèn)證，因SDN 控制器保留了通過認(rèn)證的移動終端的MAC地址，所以當(dāng)移動終端切換到新AP時(shí)，就不需要 通過認(rèn)證服務(wù)器重新認(rèn)證了，因此本發(fā)明省去了重新認(rèn)證中四次握手的過程。
[0032] 3、減少了 AP的負(fù)荷。
[0033] 本發(fā)明把維護(hù)AP信道信息和負(fù)載信息上交給了 SDN控制器進(jìn)行，把確定切換目標(biāo) 的決策算法交給了 SDN控制器處理，因此有效降低了 AP的工作負(fù)荷。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明的通信系統(tǒng)的場景圖。
【具體實(shí)施方式】
[0035] 以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明作具體的介紹。
[0036] 首先介紹能夠?qū)崿F(xiàn)移動終端在AP間快速切換的通信系統(tǒng)。
[0037] 參照圖1，本發(fā)明的通信系統(tǒng)由基礎(chǔ)設(shè)施層和SDN控制層組成。
[0038] 一、基礎(chǔ)設(shè)施層
[0039] 基礎(chǔ)設(shè)施層由AP (無線接入點(diǎn)）和移動終端組成。
[0040] 1、AP (無線接入點(diǎn)）
[0041 ] AP支持Openflow協(xié)議，能夠通過Openflow協(xié)議與SDN控制層的SDN控制器進(jìn)行 交互，例如流表的更新、AP上傳自己的負(fù)載情況等。
[0042] AP還能夠向移動終端傳送數(shù)據(jù)，以及接收從移動終端發(fā)來的數(shù)據(jù)。不同的AP工作 在不同的信道。
[0043] 2、移動終端
[0044] 移動終端連接在AP上。在本實(shí)施例中，移動終端1、移動終端2連接在API上，API 工作在信道2上；移動終端3、移動終端4和移動終端5連接在AP2上，AP2工作在信道6上； 移動終端6、移動終端7、移動終端8和移動終端9連接在AP3上，AP3工作在信道11上。
[0045] 移動終端在移動的過程中發(fā)生服務(wù)AP的切換。在本實(shí)施例中，移動終端5在移動 的過程中發(fā)生了服務(wù)AP的切換，箭頭方向?yàn)橐苿咏K端5的移動方向。
[0046] 移動終端的切換重新認(rèn)證服務(wù)由SDN控制層的SDN控制器實(shí)現(xiàn)。
[0047] 二、SDN 控制層
[0048] SDN控制層只包括SDN控制器。
[0049] SDN控制器管理著多個(gè)AP (例如：監(jiān)測多個(gè)AP的工作狀態(tài)；AP周期上報(bào)自己所在 的信道和負(fù)載情況，SDN控制器存儲和定期更新這些數(shù)據(jù)，即維護(hù)AP上傳的信息；決策出最 佳的切換AP ;