Sdn网络下移动终端切换时备用ap的选择方法
【技术领域】
[0001] 本发明公开了一种在SDN网络环境下移动终端在不同的AP之间进行快速切换的 一种方法。用于解决在移动终端在进行切换时，控制器如何决策选择一个最优的AP进行接 入，并且将转发路径建立好的方法。属于移动终端切换领域。
【背景技术】
[0002] 近年来，随着互联网的广泛应用以及移动流量的急剧增长，移动用户需要像固定 桌面用户一样稳定的接入网络，共享网络资源。在无线网络中，移动终端在不同的AP之间 切换是个不可回避的问题，切换是一个程序，当移动终端想要改变无线AP时，或者终端移 出了 AP的覆盖范围时就会发生切换。由于现在广泛使用的TCP/IP设计时没有将移动性作 为一个关键技术考虑在内，为了维护在TCP/IP下移动终端通信的不中断，出现了许多协议 或者规范来解决在TCP/IP下移动终端的切换问题，例如移动IP技术。但是移动IP会有一 些问题，例如信令开销大，传输时延长以及三角路由问题，这些问题的存在一定程度上制约 了在TCP/IP网络架构下无线通信的发展。
[0003] 传统的因特网将控制与转发紧耦合在网络的设备上，这一特点导致了控制管理网 络变得复杂，也使得新的技术很难在现有网络中部署。SDN网络是由斯坦福大学提出的一个 未来网络的一个框架，它的主要思想是将控制模块从转发设备中分离，形成一个单独的控 制器来控制全网的信息，包括网络信息的获取、转发路径的建立等。而转发设备只负责简单 的转发任务。网络的控制、决策等全交由控制器来控制，网络管理者可以在控制器中根据需 要编写程序灵活的控制网络。
[0004] 现在基于移动主机的切换也提出了很多的方案，但是许多的方案都需要对现有的 网络设备进行改进，同时服务质量也不能很好的得到保证。同时现在一些新的针对无线网 络的项目已经提出，但这些项目现在大多都处于研宄阶段，目前还没有部署的实例，但是已 经表明了，移动互联网是未来网络的一个方向，而终端的切换是未来网络的一个关键问题。 本发明是在移动终端进行通信时，提前将要切换到的AP选择好同时将该AP到目的结点的 路径建立好，移动终端进行切换时，直接接入到所选择的AP，这样可以降低切换时的开销和 时延，可以有效的保证用户的服务质量。在众多的AP中如何选出一个最优的AP是一个十 分重要的问题。本发明是利用SDN网络的控制器来进行选择，由于控制器可以获得整个网 络链路的参数信息，例如带宽、时延等，本发明根据这些参数来选择AP，通过计算出每个AP 到目的结点的链路代价，选出一个链路代价最小的，同时链路还要满足一定的时延要求，选 出的链路所包含的AP就是本发明所选的AP，通过该AP接入网络，能达到较好的传输效果， 同时有能满足快速切换的目的，降低了拥塞发生的概率，充分利用网络带宽并且提高了网 络链路的传输能力。
【发明内容】
[0005] 本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的缺陷，利用SDN架构，提供一 种对移动终端在移动过程中，从多个AP中选出一个最优的AP以备切换的方法。通过本发 明，可以有效的降低切换时延实现快速切换，并保证切换的服务质量提高网络链路的利用 效率，充分利用网络带宽。
[0006] 本发明为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种在SDN网络环境下移动终端 在不同的AP之间进行快速切换机制，假设一个虚拟的源节点，并且假设从该源节点到每一 个AP都有一条所有参数都相同的链路，这样，就可以把选择最优的AP的问题就转为选出一 条最优的传输路径的问题。将在终端移动方向上的AP组成一个集合，并且该集合中所有的 AP都是移动终端能感知到信号强度的AP，最后所选的AP就是集合中的一个。所述的获得 AP的方法其过程如下：
[0007] 步骤一：假定一个虚拟源节点s，从该源节点s到达每一个集合中的AP都有一个 虚拟链路，所有虚拟链路的参数全部相同。
[0008] 步骤二：控制器获取集合中每个AP到目的结点链路的带宽T、时延d，同时设定链 路的最大带宽B。
[0009] 步骤三：根据获得的带宽T以及设定的最大带宽B，计算每条链路的丢包率1，然后 再计算整个路径的丢包率loss。通过获取到的带宽T以及设定的链路的最大带宽B，来计 算链路的丢包率其计算公式如下：
【主权项】
1. 一种在SDN网络架构下移动终端在AP之间切换的方法，其特征在于，从多个AP中， 计算每个AP到目的结点链路的代价，选出最优的一个AP以备切换。具体步骤如下： 假设备选的AP组成一个集合，集合中的AP全部位于终端的移动方向上，并且集合中的 AP都是终端能感知到信号强度的AP ; 步骤一：假定一个虚拟源节点s，从该源节点s到达每一个集合中的AP都有一个虚拟 路径，所有虚拟链路的参数全部相同； 步骤二：控制器获取集合中每个AP到目的结点链路的带宽T、时延d，同时设定链路的 最大带宽B ; 步骤三：根据获得的带宽T以及设定的最大带宽B，计算每条链路的丢包率1，然后再计 算整个路径的丢包率loss，其计算公式如下：
步骤四：设定约束条件，同时要满足路径的最小代价c，时延约束如下： d (ρ) Δ delay 其中d(p)是路径上的时延，Δ delay是路径上时延的约束； 步骤五：根据代价c求一条从源节点s到目的结点的最短路径P。，检验P。的时延是否 满足Λ delay，满足则P。就是所选的路径，该路径中所包含的AP就是所选AP，否则进入步 骤六； 步骤六：再根据时延d求一条从源节点s到目的结点的最短路径Pd，如果路径Pd的时 延大于Λ delay，则没有最优的AP，否则重新定义代价c λ (ρ)，进入步骤七，其公式如下所 示： C λ (P) = C (P) + λ d (P) 步骤七：根据重新定义的代价C λ (P)求一条从源节点S到目的结点的代价C λ (P)最 小的路径P(CA)，如果路径P(CA)的时延小于约束的时延，则返回路径p(cA)， p(cA)就 是所选的路径；否则，重新设定λ的值，循环步骤五，直到找到最优路径。
2. 如权利要求1所述假定一个虚拟源节点s，从该源节点s到达每一个集合中的AP都 有一个虚拟路径，则本发明中选择AP的问题就转化为选择一条从该源节点到目的结点代 价最小的路径问题，选出的路径中所包含的AP就为本发明要选择的ΑΡ。
3. 如权利要求1所述的从多个AP中，计算每个AP到目的结点链路的代价，选出最优的 一个ΑΡ，其特征在于：通过计算利用每条路径的链路代价，求一条路径代价最小的路径，代 价由路径的时延和丢包率共同决定，其计算公式如下： c(p) = d (ρ) + a loss (ρ)
4. 如权利要求1所述的获取集合中每个AP到目的结点链路的带宽T、时延d，同时设定 链路的最大带宽B，其特征在于：链路的带宽T是通过控制器观察到的流的数量来确定的， 控制器发送FEATURE_REQUEST消息，交换机会回复FEATURE_REPLY消息，该消息中包含链路 的流的数量，通过获取到的带宽T以及设定的链路的最大带宽B，来计算链路的丢包率，公 式如下所示：
如果当前链路的带宽超过最大带宽的65%，链路就会发生丢包，若没有超过，则不会丢 包。时延本发明通过路径的跳数来决定时延d。
5. 如权利要求1所述的根据代价c求一条从源节点s到目的结点的最短路径P。，其特 征在于：根据代价c，利用最短路径算法，从源节点s到目的结点的所有路径中选出一条代 价最小的，若该路径的时延（即链路跳数）小于预先设定的时延约束，那么该路径就是所选 的路径。
6. 如权利要求1所述的重新定义代价，其特征在于：根据之前的代价c选不出一条满 足要求的最短路径，所以本发明要重新定义代价的函数，公式如下所示： C λ (P) = C (P) + λ d (P) 根据新定义的代价函数依据最短路径算法重新计算一条从源节点S到目的节点的最 短路径，若选出的路径的时延小于约束时延，则该路径就是所选路径，否则重新设定λ的 值，直到选出该路径，重新设定λ的公式如下所示：
7. 如权利3要求所述求链路丢包率的公式，本发明假定链路超过最大带宽的65%，链 路发生拥塞的概率就会增大，导致发生丢包的概率会增大。所以假定，链路超过最大带宽的 65 %就会发生丢包。
【专利摘要】本发明公开了一种在SDN网络下，当移动终端在不同的AP之间进行切换时，如何提前选好备用的AP，以达到快速切换目的同时又保证用户的服务质量。本发明是在移动终端切换之前，提前把要准备切换的备用AP选好，并且把该AP到目的结点的链路通过SDN控制器建立好。本发明利用SDN控制器来获取链路的一些参数信息，同时SDN控制器还要保证建立一条源到目的的路径，根据链路的丢包率以及时延等链路参数信息，由SDN控制器计算出一条最优的传输路径，该路径中所包含的AP就是所要选择的AP。
【IPC分类】H04W36-08, H04W36-00
【公开号】CN104869597
【申请号】CN201510220768
【发明人】钱红燕, 孙茂鑫
【申请人】南京航空航天大学
【公开日】2015年8月26日
【申请日】2015年4月29日