基于SDWN架构的故障检测与恢复技术研究

发布时间：2020-10-28 10:24

　　 随着移动互联网的高速发展,越来越多的用户习惯通过无线局域网接入网络,而快速增长的网络规模也对无线局域网本身提出了更高的要求。近年来,软件定义网络(Software Defined Network,SDN)的思想与无线局域网结合形成的软件定义无线网络(Software Defined Wireless Networking,SDWN)受到了研究者们广泛的关注。相比传统网络,SDWN架构具有控制与转发平面分离、集中化管理等优秀特性,能够更加灵活的应对网络中日益增长的需求。因此,在该架构下的诸如负载均衡、接入管理等多个领域上,研究者们都开展了研究并取得了一定的成果。网络系统的稳定性为网络上的用户获得服务提供了基本保证,而网络出现故障后的恢复速度又是评价网络系统稳定性的一个重要标准,因此对SDWN网络中的故障检测与恢复技术展开研究也是有必要的。基于这个需求,本文首先对目前的SDWN架构进行了一定的扩展,提出了一种扩展信息的SDWN架构(Extended Information SDWN,Ei-SDWN),该架构加强了网络中收集信息的能力和交换信息的方式,为本文的研究提供了帮助。基于Ei-SDWN架构,本文设计了以数据平面主导的快速恢复(Data-Plane-led Fast Recovery,DPFR)为核心的故障检测恢复模型。该模型的主要思想是当数据平面设备发现网络故障后,在将故障上报给控制平面的同时,由数据平面设备立刻自主的尝试对故障进行恢复,以快速的恢复网络通信,减少故障对用户造成的影响。随后在控制平面确认故障并重新计算路径后,控制平面再进行一次重路由恢复,以平衡网络负载、减小故障对网络造成的波动。基于这个模型,本文将Ei-SDWN架构中可能出现的故障分为了有线侧故障和无线侧故障两类,并具体阐述了这两类故障在该模型下如何进行检测、DPFR快速恢复以及重路由恢复的细节。最后,本文利用ONOS、OpenvSwitch等开源软件实现了上述故障检测与恢复模型,并利用mininet搭建起了测试拓扑。通过在测试环境中对该模型的功能性验证,其结果表明无论是有线侧故障还是无线侧故障,以DPFR为核心的故障检测恢复模型都能够由数据平面自主的快速完成故障恢复,并由控制平面进一步的平衡网络的负载,提高整体的用户服务体验。
【学位单位】：电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TN925.93;TP393.02
【文章目录】：
摘要
abstract
缩略词汇表
第一章 绪论
    1.1 课题的背景与意义
    1.2 国内外发展及研究现状
        1.2.1 传统网络故障检测与恢复的研究现状
        1.2.2 SDN网络故障检测与恢复的研究现状
        1.2.3 SDWN网络故障检测与恢复的研究现状
    1.3 论文的内容与安排
第二章 相关技术概述
    2.1 SDN概述
        2.1.1 SDN发展历程
        2.1.2 SDN体系架构
    2.2 OpenFlow协议
    2.3 WLAN架构
    2.4 SDWN概述
    2.5 故障检测恢复技术概述
    2.6 本章小结
第三章 基于SDN的Ei-SDWN架构设计
    3.1 Ei-SDWN架构设计目标
    3.2 Ei-SDWN三层模型
    3.3 ACAMP协议概述
        3.3.1 ACAMP传输场景
        3.3.2 OpenFlow协议的扩展方式
        3.3.3 ACAMP报文结构
        3.3.4 ACAMP交互流程
        3.3.5 ACAMP小结
    3.4 WFI消息概述
        3.4.1 WFI传输场景
        3.4.2 WFI消息结构
        3.4.3 WFI小结
    3.5 网络拓扑获取
        3.5.1 SDN交换机间的链路拓扑获取
        3.5.2 AP上行链路拓扑获取
    3.6 链路信息获取
        3.6.1 SDN交换机的端口信息获取
        3.6.2 AP的端口信息获取
        3.6.3 链路信息计算
    3.7 无缝切换技术
    3.8 本章小结
第四章 基于Ei-SDWN的故障检测与恢复技术研究
    4.1 故障检测与恢复模型
        4.1.1 传统的故障检测与恢复模型分析
        4.1.2 以DPFR为核心的故障检测与恢复模型设计
    4.2 故障检测技术方案设计
        4.2.1 有线侧故障检测
        4.2.2 无线侧故障检测
    4.3 DPFR快速恢复技术方案设计
        4.3.1 有线侧DPFR快速恢复
        4.3.2 无线侧DPFR快速恢复
    4.4 重路由恢复技术方案设计
    4.5 本章小结
第五章 基于Ei-SDWN的故障检测与恢复技术实现与验证
    5.1 Ei-SDWN软件模块实现
        5.1.1 整体模块概述
        5.1.2 ACAMP适配模块
        5.1.3 网络拓扑获取模块
        5.1.4 链路信息获取模块
        5.1.5 无缝切换模块
    5.2 DPFR快速恢复技术实现
        5.2.1 有线侧DPFR快速恢复
        5.2.2 无线侧DPFR快速恢复
    5.3 重路由恢复技术实现
    5.4 测试与结果分析
        5.4.1 测试场景
        5.4.2 网络拓扑获取测试
        5.4.3 链路信息获取测试
        5.4.4 有线侧故障恢复测试
        5.4.5 无线侧故障恢复测试
    5.5 本章小结
第六章 总结与展望
    6.1 全文工作总结
    6.2 后续工作展望
致谢
参考文献
攻读硕士学位期间取得的成果

【参考文献】

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本文编号：2859963