基于SDN的IPV6网络层的移动管理方法和装置

摘要

本申请公开了一种基于SDN的IPV6网络层的移动管理方法和装置。该方法包括：利用SDN网络拥有全局网络视图的特点，获取无线WiFi网络环境下移动终端的当前位置信息，解耦IP地址的双重语义，结合移动节点自身特点实现网络侧移动感知；通过预测节点的下一个接入位置，执行预切换，提前下发切换路径流表到相应的交换机，从而降低移动过程中的信令开销和切换时延；根据移动节点的实际移动位置来优化切换路径解决路径非优和预测失效的问题。本申请解决了相关技术中基于网络侧的管理机制的隧道开销大的技术问题。

说明书

技术领域

本申请涉及移动通信领域，具体而言，涉及一种基于SDN的IPV6网络层的移动管理方法和装置。

背景技术

移动性管理解决的主要问题是保证移动终端(MN)在移动过程中通信业务不中断，在传统网络中已有不少网络层移动性管理方案，其中PMIPV6是一种典型的基于网络侧的管理机制，该机制通过引入两个功能实体：移动接入网关(MAG)和本地移动锚点(LMA)来代替移动节点参与移动切换信令通知的过程，降低了MN的协议复杂性，并减少了对无线资源的占用，因而得到了广泛应用。但PMIPV6选用固定的路由器执行LMA功能，MN移动后，通过在LMA与新MAG之间建立隧道重新转发数据，因此PMIPV6方案仍面临着隧道开销大和路径非优问题，并且PMIPV6仍需要为MN维护两个IP地址。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本申请实施例提供了一种基于SDN的IPV6网络层的移动管理方法和装置，以至少解决相关技术中基于网络侧的管理机制的隧道开销大的技术问题。

根据本申请实施例的一个方面，提供了一种基于SDN的IPV6网络层的移动管理方法，包括：在SDN控制器上存储全局网络中移动节点的位置绑定映射信息，移动感知模块通过与OpenFlow交换机交互获得移动节点的当前接入位置；移动感知模块根据当前接入位置，确定移动节点即将接入的预测位置；SDN控制器根据预测位置确定预测路径转发流表，并下发预测路径转发流表到预测位置的交换机上。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种基于SDN的IPV6网络层的移动管理装置，包括：感知单元，用于指示：在SDN控制器上存储全局网络中移动节点的位置绑定映射信息，移动感知模块通过与OpenFlow交换机交互获得移动节点的当前接入位置；确定单元，用于指示：移动感知模块根据当前接入位置，确定移动节点即将接入的预测位置；下发单元，用于指示：SDN控制器根据预测位置确定预测路径转发流表，并下发预测路径转发流表到预测位置的交换机上。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种存储介质，该存储介质包括存储的程序，程序运行时执行上述的方法。

根据本申请实施例的另一方面，还提供了一种电子装置，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，处理器通过计算机程序执行上述的方法。

在本申请实施例中，提出了一种基于SDN的IPV6网络层移动管理方法，利用SDN在移动性管理中实现控制平面与转发平面分离，降低转发设备的负载，优化网络资源的使用，减少通信开销和转交时延，实现一种优化的移动管理方法。

(1)在SDN控制器上增加能够存储全局网络中移动节点的位置绑定映射信息。通过与OpenFlow交换机交互，移动感知模块监听数据包上传事件，获得移动节点的当前接入信息。根据存储的全局移动节点位置绑定映射表查看MN的当前位置信息是否发生了变化，从而实现节点的移动感知。

(2)根据移动感知得到的节点当前接入位置信息，预测策略计算移动节点下一个最大可能接入的位置，并将预测结果通知SDN控制器。

(3)SDN控制器根据预测位置计算预测路径转发流表，并提前下发预测路径转发流表到相应交换机上，保证移动节点发生移动前不影响通信数据流转发，并在节点接入预测的连接点后能快速按照提前设定的切换路径进行转发。为了尽可能少的修改交换机流表，并能适应多源通信对端的场景，本发明选用移动前MN的接入交换机作为预切换转发起点。

(4)当移动发生后，根据确定的移动位置，进行转发路径优化。移动后位置与预测位置相同时，移动后通信数据按照预下发的流表进行转发，但应取消端口严格匹配限制，消除路径回返情况；移动后位置与预测位置不同时，控制器采取反应切换方式，重新计算绑定表映射表中上一个接入交换机到当前连接点的路经，重新下发流表，将所有发往MN的下行数据转发到MN当前接入位置。相对于先删除移动路径上交换机的流表再重新计算并下发新流表的方案，更有效的降低了移动过程中切换时延和信令开销，一定程度上保证了用户服务质量。

该移动管理方法相对于先删除移动路径上交换机的流表再重新计算并下发新流表的方案，更有效的降低了移动过程中切换时延和信令开销，一定程度上保证了用户服务质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请实施例的基于SDN的IPV6网络层移动性管理框架的示意图；

图2是根据本申请实施例的一种可选的基于SDN的IPV6网络层的移动管理方法的流程图；

图3是根据本申请实施例的一种可选的移动切换的示意图；

图4是根据本申请实施例的一种可选的流表转发规则的示意图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

SDN网络由于其拥有全局网络视图和基于流表进行转发控制等特性，对于解决上述问题显现出了很大优势，主要体现在：①在SDN网络中，利用交换机及端口号标识节点位置信息，控制器存有全局网络下终端的位置绑定映射信息，MN移动过程中不再需要维护两个IP地址；②SDN网络拥有全局网络视图，在感知到节点移动后，可以根据全局视图重新计算转发路径，以流表重新下发的方式更新数据传输路径，省去了隧道建立开销并消除路径非优问题。

目前基于SDN实现网络层移动性管理机制面临的主要挑战是如何在尽量少的信令开销下快速感知节点移动，并根据节点的最新接入位置对数据传输路径进行快速切换，从而降低切换过程中的切换时延，保证服务质量。

参见图1所示，为本发明基于SDN的IPV6网络层移动管理方法框架图。其中，SDN控制器对网络中的设备进行集中管理，感知节点的移动；利用OpenFlow协议向交换机下发数据转发规则机制来实现移动节点通信的连续性。根据本申请实施例的一方面，提供了一种基于SDN的IPV6网络层的移动管理方法的方法实施例。如图2所示，该方法可以包括以下步骤：

步骤S202，在SDN控制器上存储全局网络中移动节点的位置绑定映射信息，移动感知模块通过与OpenFlow交换机交互获得移动节点的当前接入位置。

步骤S204，移动感知模块根据当前接入位置，确定移动节点即将接入的预测位置。

在移动感知模块根据当前接入位置，确定移动节点即将接入的预测位置之后，移动感知模块向SDN控制器通知确定的移动节点即将接入的预测位置。

步骤S206，SDN控制器根据预测位置确定预测路径转发流表，并下发预测路径转发流表到预测位置的交换机上。

在下发预测路径转发流表到预测位置的交换机上之后，在移动节点移动至预测位置的情况下，按照预测路径转发流表转发移动节点的通信数据，其中，在移动节点移动至预测位置之前，转发移动节点的通信数据的保持不变。

在根据预测位置确定预测路径转发流表，并下发预测路径转发流表到预测位置的交换机上之后，当移动节点移动后，SDN控制器根据确定的实际位置，将根据实际位置确定的实际路径转发流表下发到实际位置的交换机上。

在下发预测路径转发流表到预测位置的交换机上之后，执行预设机制：利用入口端口号不同来区别移动节点在移动前的通信数据和预切换的通信数据；在移动节点的实际位置与预测位置相同的情况下，取消对预设机制的执行。

在上述方案中，(1)在SDN控制器上增加能够存储全局网络中移动节点的位置绑定映射信息，通过与OpenFlow交换机交互，获得移动节点的最新接入位置信息，从而感知节点移动；(2)根据当前接入位置信息，预测策略计算移动节点下一个最大可能接入的位置；(3)SDN控制器根据预测位置计算预测路径转发流表，并提前下发预测路径转发流表到相应交换机上；(4)当移动发生后，根据确定的移动位置，进行转发路径优化。

(2)中预测策略需要根据移动感知获得的移动节点当前位置信息，计算移动节点下一个最大可能接入的位置，并将预测结果通知SDN控制器。

(3)中预切换策略需要保证移动节点发生移动前不影响通信数据流转发，按照预测结果提前下发切换路径流表，在节点接入预测的连接点后能快速按照提前设定的切换路径进行转发。

(4)路径优化，当移动后位置与预测位置相同时，取消端口严格匹配限制，消除路径回返情况；当移动后位置与预测位置不同时，重新计算到当前连接点的路经，将所有发往MN的下行数据转发到MN当前介入位置。

作为一种可选的实施例，下面结合具体的实施方式详述本申请的技术方案。

(1)移动感知模块

根据移动节点的自身特点，当移动节点从某个接入点移动到另一个接入点时，会第一时间发送广播ICMPv6路由请求(RS)消息，消息的源IP地址为本机当前IP地址，目的地址为ff02：：1的广播地址。在SDN网络下，MN的第一跳OF交换机收到RS消息后，由于没有匹配此消息的流表会默认将其封装成Packet-in的OpenFlow协议消息上传到控制器。上传的Packet-in消息中外层OF协议消息携带着交换机标识和请求包的入端口号，内层RS消息携带着请求包的MN标识。移动感知模块通过监听数据包上传事件，获取上传的包含RS消息的Packet-in消息，解析出MN标识的当前接入位置，根据移动感知机制中存储的位置绑定映射表查看MN的当前位置信息是否发生了变化，从而实现移动感知功能。

(2)移动切换

在WiFi网络中，移动节点MN的移动体现在接入到不同的无线AP上，而每一个无线AP(如AP1至AP3)均连接到交换机的一个端口。用二元组(switch-id，port)来标识移动节点MN的连接点位置。如图3所示(包括交换机SW1至SW7，核心网CN1至CN2)，MN当前接入AP1，其连接点(SW3，2)即为MN当前的接入位置。对移动节点的位置绑定映射表作如下扩展：(MN-ID，OSW-ID，OSW-Port，CSW-ID，CSW-Port，PSW-ID，PSW-Port，Port，Priority)其中，MN-ID标识一个移动节点；OSW、CSW、PSW分别表示移动节点移动前所在的、当前连接的及预测的下一个要接入的交换机，映射表分别记录着MN接入这3个连接点的交换机ID和端口信息；Port记录当前接入点交换机CSW上通向预测出的下一个接入点交换机的端口；Priority记录移动切换机制下发的流表匹配优先值的最大值，其初始值为控制器默认初始值，移动切换机制每下发一次切换路径流表或路径优化流表，此优先值加1。整个切换主要包括3个阶段：位置预测、预切换、路径优化。

a)位置预测模块

定义1：历史轨迹序列HT。记录用户按时间先后顺序依次接入的位置标识序列，HT＝{AL1，AL2，AL3，AL4……}。其中，任一元素ALK表示一个历史接入位置，可以重复。

定义2：预测候选队列CQ。HT中出现过的每一个接入位置ALK都有一个长度为L的队列CQ与之对应。队列CQ由历史轨迹序列中出现在当前接入位置ALK后下一个接入位置的标识组成，每个元素均为ALK的候选接入位置，并按时间先后记录着ALK后最近出现过的L个接入位置。其中ALK∈HT，并且

预测策略主要包括预测下一个接入位置、更新维护相应的预测候选队列、更新维护相应的历史轨迹序列。具体策略如下：

1)输入当前接入位置ALcurr，预测下一个接入位置ALpre。根据MN当前接入位置标识ALcurr搜索其对应的预测队列CQ。如果不存在此队列，则初始化一个长度为L的队列，返回当前接入位置标识ALcurr；否则将该队列中出现频次最多的位置标识作为预测结果返回：①如果预测队列为空，则返回当前位置；②如果频次最多的只有一个结果，则直接将此结果作为预测结果返回；③如果有多个结果，则选取最后出现的结果作为预测结果返回。

2)更新历史轨迹HT。将当前位置标识ALcurr插入历史轨迹序列，并按照步骤3)更新插入前历史序列最后一个位置标识的预测候选队列CQ。

3)更新位置标识ALK的预测候选队列。搜索位置标识ALK对应的队列CQ，如果不存在，则初始化一个长度为L的队列并执行以下操作：①如果位置标识ALK对应的队列长度小于L，则直接将当前接入位置标识ALcurr入队；②如果队列长度大于L，则采用先进先出的方式，删除队头位置标识，并在队尾插入最新接入的位置标识，从而保持ALcurr后最新的L个历史接入信息。

b)预切换模块

1)在发生移动前，控制器将当前M N的接入位置信息发送到预测机制来预测即将接入的下一个接入位置，并更新绑定映射表中的PSW-ID和PSW-Port字段。

2)控制器根据预测结果，在移动发生前计算好当前接入位置(CSW-ID，CSW-Port)到下一个接入位置(PSW-ID，PSW-Port)之间的路径，并将CSW通向PSW的出端口更新到位置绑定映射表中的port字段，同时将绑定映射表中的priority值加1。

3)向切换路径上除CSW之外的交换机下发只匹配目的IP和入端口的流表匹配规则，流表的优先值大小为绑定映射表中的priority值。为了在切换发生前不影响正常的数据转发，不向当前接入位置CSW下发流表规则。

4)提前下发的流规则，由入端口号的匹配来控制移动前后数据流的不同匹配转发。

5)当MN移动到预测的接入位置后，控制器向移动前的接入交换机发送流表修改指令，命令其从绑定映射表中的端口port转发数据流，完成整个切换过程。

6)更新绑定映射表的OSW-ID和OSW-Port字段，并根据当前的接入位置进行下一轮位置预测。

如图3所示，MN当前接入位置为(SW3，2)，并根据预测策略得到下一个接入位置(SW4，2)，部分相关交换机上的流表变化如图4所示。在移动前，数据流按照正常的流规则转发，并在SW2和SW4交换机上下发预切换路径，如实线方格内的流表项。由于端口匹配限制，移动前此流表项并不影响正常数据转发；当控制器检测到MN移动到SW4后，直接向交换机SW3发送切换指令，如SW3的虚线框中的流表项。由于切换路径上的流表已经提前下发，在切换时只需修改一个交换机的流表便可完成整个切换过程。

c)路径优化模块

移动完成后，控制器根据移动后的接入位置对路径进行优化。当移动后的位置与预测位置相同，则移动后通信数据按照预下发的流表进行转发。但由于利用入端口号不同来区别匹配移动前的数据流和预切换的数据流，这种入端口严格匹配的限制，会导致移动完成后数据传输存在回返路径情况，即一个数据流经过两次同一交换机，如图4中的局部传输路径SW2→SW3→SW2→SW4。为了消除这种回返路径情况，在切换完成后，控制器向上一个交换机和当前交换机之间下发只匹配目的IP的转发规则流表，取消端口严格匹配的限制，从而消除路径回返情况。

当移动后的位置与预测位置不同，即MN接入到另一个接入连接点(NSW-ID，NSW-Port)，控制器则采取反应切换方式，重新计算绑定映射表中上一个接入交换机OSW-ID到当前连接点(CSW-ID，CSW-Port)之间的路径，直接向切换路径上的所有交换机下发只匹配目的IP的转发规则流表，将所有发往MN的下行数据转发到MN当前的接入位置。同时将当前接入位置发送给预测机制，完成下一轮预测。

利用交换机按照流表优先值从大到小依次匹配流表转发机制，移动切换机制以优先值递增的方式下发预切换流表和路径优化流表，使交换机按照最新下发的流表进行匹配，从而保证在交换机只有匹配目的IP流表规则的前提下，仍能下发匹配目的IP和特定入端口号的预切换流表，解决流表下发冲突问题，从而实现完整的预切换机制。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的动作顺序的限制，因为依据本申请，某些步骤可以采用其他顺序或者同时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本申请所必须的。

通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到根据上述实施例的方法可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件，但很多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质(如ROM/RAM、磁碟、光盘)中，包括若干指令用以使得一台终端设备(可以是手机，计算机，服务器，或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述的方法。

根据本申请实施例的另一个方面，还提供了一种用于实施上述基于SDN的IPV6网络层的移动管理方法的基于SDN的IPV6网络层的移动管理装置。该装置可以包括：

感知单元，用于指示：在SDN控制器上存储全局网络中移动节点的位置绑定映射信息，移动感知模块通过与OpenFlow交换机交互获得移动节点的当前接入位置；

确定单元，用于指示：移动感知模块根据当前接入位置，确定移动节点即将接入的预测位置；

下发单元，用于指示：SDN控制器根据预测位置确定预测路径转发流表，并下发预测路径转发流表到预测位置的交换机上。

此处需要说明的是，上述模块与对应的步骤所实现的示例和应用场景相同，但不限于上述实施例所公开的内容。需要说明的是，上述模块作为装置的一部分可以运行在硬件环境中，可以通过软件实现，也可以通过硬件实现。

可选地，本实施例中的具体示例可以参考上述实施例中所描述的示例，本实施例在此不再赘述。

可选地，在本实施例中，上述存储介质可以包括但不限于：U盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、移动硬盘、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

上述本申请实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。

上述实施例中的集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在上述计算机可读取的存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在存储介质中，包括若干指令用以使得一台或多台计算机设备(可为个人计算机、服务器或者网络设备等)执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

在本申请的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的客户端，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

以上所述仅是本申请的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本申请的保护范围。