一种实现移动终端在ap间快速切换的通信系统及通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种通信系统及通信方法，具体涉及一种在无线局域网络中基于 SDN(软件定义网络）的实现移动终端在AP (无线接入点）间快速切换的通信系统及通信方 法，属于通信技术领域。
【背景技术】
[0002] 在无线局域网中，移动设备通过无线接入点（AP)与因特网或者无线局域网中的 其他站点通信，但无线接入点的覆盖范围有限，如果需要在一个相对较大的区域提供无线 覆盖服务，则必须在该区域配置多个无线接入点。随着无线局域网的快速普及，无线接入点 的密度将不断增加，而移动终端设备必须能够迅速地切断与一个无线接入点的连接，然后 快速的连接到另一个无线接入点上。切换过程中会有一定的时延，这个时延是由终端探测 无线接入点的时间、安全认证时间和业务重新关联时间三部分组成，其中探测时延最大。
[0003] 软件定义网络（Software Defined Networking, SDN)是一种计算机网络领域的创 新概念，其目标是极大地简化网络控制和管理，通过网络可编程来引导创新。它把执行转发 的硬件部分从控制决策部分中分离出来，使得控制平面与数据转发平面分离。
[0004] 软件定义网络的典型架构分为三层：
[0005] (1)最上层为应用层，包括各种不同的业务和应用；
[0006] (2)中间层为控制层，主要负责处理数据平面资源的编排，维护网络拓扑、状态信 息等；
[0007] (3)最下层为基础设施层，主要负责数据处理、转发和状态收集。
[0008] 除了上述三个层次之外，控制层的控制器与基础设施层之间的接口、应用层与控 制层的接口，此两个接口也是SDN架构中的两个重要的部分。按照接口与控制层的位置关 系，前者通常被称为南向接口，后者被称为北向接口。现阶段比较常用的南向接口协议是开 发网络基金会制定的OpenFlow协议，而北向接口的协议还没有统一的标准。
[0009] OpenFlow交换机包括一个流表，流表负责执行数据包的查表和转发，交换机的每 个流表保存一组流的记录，流记录中包括：
[0010] 1、首部字段或匹配字段、数据包首部中的提取的信息、输入端口以及元数据信息， 这些信息用于匹配输入的包；
[0011] 2、计数器，用于对特定的流进行统计，如统计所接收数据包的个数、字数以及流的 持续时间等；
[0012] 3、一组用于所匹配的数据包的指令或具体操作，决定如何处理符合匹配条件的数 据包。例如，将数据包从指定端口转发出去。
【发明内容】
[0013] 本发明的目的在于提供一种在无线局域网络中基于SDN(软件定义网络）的实现 移动终端在AP (无线接入点）间快速切换的通信系统及通信方法，该通信系统及通信方法 不仅可以减少切换过程中移动终端扫描的时间，而且可以减少移动终端切换后与AP重新 认证的时间，从而有效提高移动终端的切换速度。
[0014] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[0015] -种实现移动终端在AP间快速切换的通信系统，其特征在于，通信系统由基础设 施层和SDN控制层组成，
[0016] 前述基础设施层由AP和移动终端组成，前述AP支持Openf low协议，能够通过 Openflow协议与SDN控制层的SDN控制器进行交互，前述AP还能够向移动终端传送数据、 接收从移动终端发来的数据，不同的AP工作在不同的信道；前述移动终端在移动的过程中 发生服务AP的切换，移动终端的切换重新认证服务由SDN控制层的SDN控制器实现；
[0017] 前述SDN控制层只包括SDN控制器，前述SDN控制器管理着多个AP、保存着通过认 证的移动终端的MAC地址、并且有整个网络的拓扑，前述SDN控制器的功能由Floodlight 软件具体实现。
[0018] -种基于前述的通信系统实现移动终端在AP间快速切换的通信方法，其特征在 于，包括以下步骤：
[0019] Stepl :移动终端在移动的过程中，当接受到的信号强度值低于扫描门限时，通过 服务AP从SDN控制器中获得本网内的其他AP所在的信道的信息；
[0020] Step2 :移动终端根据获得到的AP的信道信息切换到不同的信道，然后广播探测 请求帧，发送完探测请求帧后立即返回当前工作信道继续当前的会话；
[0021] Step3:所有的潜在AP接收到探测请求帧后，将上行的信号强度值上报给SDN控制 器，SDN控制器根据各个AP的信号强度值和定期更新的AP负载情况决策出最佳的切换AP;
[0022] Step4 :SDN控制器通过当前服务AP将决策出的AP的信息告知移动终端，移动终 端通过当前服务AP返回一个应答信息给SDN控制器；
[0023] Step5 :移动终端继续移动，当移动终端发现服务AP的信号强度值低于切换门限 时，切换开始；
[0024] St印6 :移动终端断开与当前服务AP的连接，跳转到决策出的新AP所在的信道，发 送请求认证帧，请求认证帧携带移动终端的MAC地址信息，决策出的新AP接收到请求认证 帧后，将移动终端信息发送给SDN控制器，SDN控制器查询通过认证的移动终端的MAC地址 列表，验证该移动终端是否通过认证，SDN控制器将认证结果发送给新AP，新AP向移动终端 返回认证响应帧；
[0025] St印7 :SDN控制器下发流表更新指令，更新域内所有AP的流表项，告知移动终端 已经和新AP连接，删除所有关于移动终端和旧AP连接的流表项；
[0026] Step8 :移动终端向新AP发送关联请求帧，新AP返回关联响应帧，关联完成。
[0027] 本发明的有益之处在于：
[0028] 1、减少了切换扫描的时间。
[0029] 在本发明中，移动终端不需要每个彳目道都去扫描，而是只扫描域内存在AP的{目 道；移动终端发送完探测请求帧后，不用停留在信道上等待应答消息，应答处理交给AP和 SDN控制器进行，所以本发明从这两方面有效减少了切换扫描的时间。
[0030] 2、省去了重新认证中四次握手的过程。
[0031] 移动终端在域内发生切换，说明移动终端在连接上网络时已经通过了认证，因SDN 控制器保留了通过认证的移动终端的MAC地址，所以当移动终端切换到新AP时，就不需要 通过认证服务器重新认证了，因此本发明省去了重新认证中四次握手的过程。
[0032] 3、减少了 AP的负荷。
[0033] 本发明把维护AP信道信息和负载信息上交给了 SDN控制器进行，把确定切换目标 的决策算法交给了 SDN控制器处理，因此有效降低了 AP的工作负荷。
【附图说明】
[0034] 图1是本发明的通信系统的场景图。
【具体实施方式】
[0035] 以下结合附图和具体实施例对本发明作具体的介绍。
[0036] 首先介绍能够实现移动终端在AP间快速切换的通信系统。
[0037] 参照图1，本发明的通信系统由基础设施层和SDN控制层组成。
[0038] 一、基础设施层
[0039] 基础设施层由AP (无线接入点）和移动终端组成。
[0040] 1、AP (无线接入点）
[0041 ] AP支持Openflow协议，能够通过Openflow协议与SDN控制层的SDN控制器进行 交互，例如流表的更新、AP上传自己的负载情况等。
[0042] AP还能够向移动终端传送数据，以及接收从移动终端发来的数据。不同的AP工作 在不同的信道。
[0043] 2、移动终端
[0044] 移动终端连接在AP上。在本实施例中，移动终端1、移动终端2连接在API上，API 工作在信道2上；移动终端3、移动终端4和移动终端5连接在AP2上，AP2工作在信道6上； 移动终端6、移动终端7、移动终端8和移动终端9连接在AP3上，AP3工作在信道11上。
[0045] 移动终端在移动的过程中发生服务AP的切换。在本实施例中，移动终端5在移动 的过程中发生了服务AP的切换，箭头方向为移动终端5的移动方向。
[0046] 移动终端的切换重新认证服务由SDN控制层的SDN控制器实现。
[0047] 二、SDN 控制层
[0048] SDN控制层只包括SDN控制器。
[0049] SDN控制器管理着多个AP (例如：监测多个AP的工作状态；AP周期上报自己所在 的信道和负载情况，SDN控制器存储和定期更新这些数据，即维护AP上传的信息；决策出最 佳的切换AP ;