CN105554821B - 面向智能移动终端协议的移动流量管理*** - Google Patents

面向智能移动终端协议的移动流量管理*** Download PDF

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Abstract

本发明涉及移动流量管理领域，为应用基于SDN思想的移动和无线的无栈(Not Only Stack，NO Stack)网络侧架构，以及重新设计的移动终端(指具有多种应用功能的智能手机以及具有3G、LTE、WiFi等功能的平板电脑)三层网络协议架构，针对漫游、卸载、无线链路汇聚等技术的具体实现方案进行研究，并说明基于该移动终端协议架构的offloading过程。为此，本发明采用的技术方案是，面向智能移动终端协议的移动流量管理架构，包括以下3个模块：虚拟资源层模块、终端操作***层模块、应用层模块。本发明主要应用于移动通信流量管理。

Description

面向智能移动终端协议的移动流量管理***
技术领域
本发明涉及移动流量管理领域，具体讲，涉及面向智能移动终端协议架构的移动流量管理方法。
背景技术
随着互联网的快速发展，网络用户数量猛增，相继产生多种多样的网络应用，产生的海量数据对网络提出了新的要求，传统网络显示出复杂、低效和封闭的缺点，软件定义网络(Software Defined Network,SDN)技术在这种大背景下应运而生。SDN是由美国斯坦福大学clean slate研究组提出的一种新型网络创新架构，它的设计理念是将网络的控制平面与数据转发平面进行分离，从而通过集中的控制器中的软件平台去实现可编程化控制底层硬件，实现对网络资源灵活的按需调配。在SDN网络中，网络设备只负责单纯的数据转发，可以采用通用的硬件；而原来负责控制的操作***将提炼为独立的网络操作***，负责对不同业务特性进行适配，而且网络操作***和业务特性以及硬件设备之间的通信都可以通过编程实现。与传统网络相比，SDN将网络控制平面和转发平面分离，采用集中控制替代原有分布式控制，并通过开放和可编程接口实现“软件定义”，实现了网络虚拟化、IT化以及软件化，是一项全局性、颠覆性的技术，对网络架构演进产生了深远的影响。
在众多的网络构建方式中，由于无线设备使用体现出极大的便捷性，无线网络用户比重越来越大。随着智能手机的普及，移动业务呈现从以语音/短信业务为主的模式向以移动互联网业务为主的模式的发展趋势。而且移动互联网产生的数据增长迅速，移动互联网占全球互联网流量的比例年增1.5倍，浏览、搜索、购物等业务逐步从个人电脑(PC)转向手机。因此，将SDN扩展到无线和移动网络得到越来越多的关注。
在3GPP长期演进(Long Term Evolution,LTE)技术的研究中，异构网络被认为将在未来的移动通信网络中扮演重要角色。异构网络中，在一个宏基站(Macro)覆盖的宏小区下，可引入多个不同类型的小型站点设备，如微基站(Micro)、微微基站(Pico)、家庭基站(Femto)等，用于加强对特定区域的覆盖，提升网络容量。这些小型站点设备都具有低功耗的特点，往往部署在离用户距离更近的位置，能用远小于宏基站的功耗为用户提供服务。因此，在异构网络中，将宏基站的流量卸载(offloading)到低功率的小型站点，被认为是提高***容量，降低***能耗的一种有效技术手段。
流量卸载问题是异构网络中的热点问题之一，基于SDN的集中式控制无线接入点，可以实现最优的信道分配，一致的用户认证以及通过设置功率避免干扰。与分布式无线网络不同，控制器具有全局网络试图可带来更好的一致性。移动用户可以在不同的接入点间漫游，而不需要改变IP地址，移动用户也可以在不同的无线技术，如第三代移动通信技术(3rd-Generation,3G)、LTE、无线保真(WIreless-FIdelity,WiFi)等之间切换。如何管理众多的无线用户、如何提高无线资源的使用效率、如何灵活地更改某些接入设备上的应用等成为了炙手可热的研究课题。
发明内容
为克服现有技术的不足，应用基于SDN思想的移动和无线的无栈(Not OnlyStack，NO Stack)网络侧架构，以及重新设计的移动终端(指具有多种应用功能的智能手机以及具有3G、 LTE、WiFi等功能的平板电脑)三层网络协议架构，针对漫游、卸载、无线链路汇聚等技术的具体实现方案进行研究，并说明基于该移动终端协议架构的offloading过程。为此，本发明采用的技术方案是，面向智能移动终端协议的移动流量管理***,其特征是，包括以下3个模块：虚拟资源层模块、终端操作***层模块、应用层模块；
最下层是虚拟资源层，把移动终端协议栈每层封装为单独的子模块，子模块通过流表来进行配置，子模块能够按照需要添加或者修改；
中间层是终端操作***层，该层中运行控制器，控制器包括本地控制器和远程控制器，其中本地控制器运行在移动端，只负责对移动端的控制，远程控制器运行在云端，是整个网络的全局控制器，负责对整个网络集中控制，无论是本地控制器还是远程控制器，都使用统一的接口跟下层交互；
最上层是应用层，只跟本地控制器之间存在应用程序调用接口ApplicationProgramming Interface,API；
结合面向智能移动终端协议的移动流量管理的三层架构，虚拟资源层的底层硬件利用虚拟化技术进行通用化、透明化；中间的终端操作***层包括专门为移动终端开发的本地控制器以及云端的远程控制器，该本地控制器能够运行在Android或者iOS操作***的终端上对其进行控制并和远程的全局控制器进行交互；当移动终端实现offloading过程时，所用到的应用层的移动端应用为专门为网络流量卸载功能开发的offloading APP，应用的具体执行是通过控制器来完成，控制器能发送具有规定格式的，消息中携带的相关信息用于更新流表，每个流表对应一个子模块，所以，控制器可以对最下层的各协议子模块进行编排和管理。
移动终端跟全局控制器之间没有直接的物理通信链路，数据的传输必须通过演进型LTE 中的基站eNode B(Evolved Node B)进行转发，移动终端具备速度、方向属性。
offloading主要是指LTE到WiFi之间的切换，也同样可以从WiFi切换回到LTE，根据数据流量的速率、大小、计费情况、网络拥塞程度因素决定是否需要以及如何进行网络流量卸载；当移动终端产生offloading业务需求时，本地控制器发送请求至远程控制器，远程控制器了解到终端需要传输大量数据，且附近有可接入的无线访问接入点WiFi AP(Wireless Access Point)，远程控制器会按需求及网络状况对移动终端流表进行部分配置，本地控制器对其余部分进行配置；通过本地控制器和远程控制器的协同控制，修改终端、基站、WiFi AP 的流表，使终端转为offloading状态，并和WiFi AP建立连接；类似地，当移动终端需要从 WiFi切换回到LTE时，通过本地控制器和远程控制器进行交互控制，修改终端、WiFi AP、基站的流表，以使移动终端切换回LTE网络。
本发明的特点及有益效果是：
与现有技术相比，本发明的有益效果是，通过基于该移动终端协议架构的offloading 过程，说明智能终端可根据需要选择最优的接入点，实现无缝、无损、低资费和低功耗的通信。运用SDN的思想，使移动端同样具备灵活性和可扩展性。
附图说明：
图1基于SDN的移动终端协议***示意图。
图2移动终端功能示意图。
图3 offloadling过程示意图。
具体实施方式
本发明涉及移动流量管理领域，是一种基于SDN的移动和无线网络架构以及重新设计的移动终端网络协议架构的针对漫游、卸载、无线链路汇聚等技术的具体实现方案的研究。尤其涉及一种移动终端的offloading过程。
本发明所采用的技术方案是：应用SDN的思想，设计能匹配基于SDN的移动和无线网络架构，兼容NO Stack的网络侧架构，提出了移动终端基于SDN的三层协议架构，包括虚拟资源层、终端操作***层、应用层。以及基于本发明的协议架构，提出了一种移动终端与控制器之间通信的机制。
移动终端采用SDN中的3层架构，包括虚拟资源层、终端操作***层、应用层。如图1所示。
最下层由是虚拟化的***资源层。把现有的移动终端协议栈每层封装为单独的模块，模块通过流表来进行配置，模块可以按照需要添加或者修改，因此具有灵活性和可扩展性。
中间层是移动终端的操作***，该层中运行控制器，控制器包括本地控制器(Local Controller)和远程控制器(Remote Controller)。其中本地控制器运行在移动端，只负责对移动端的控制。远程控制器运行在云端，是整个网络的全局控制器，负责对整个网络集中控制。无论是本地控制器还是远程控制器，都使用统一的接口跟下层交互。
最上层是应用层，这些应用是普通的移动端应用，只跟本地控制器之间存在API。
图2说明移动终端在整个网络中的位置。如图2所示，移动终端的地位类似于eNodeB，跟eNodeB不同的是，移动终端跟全局控制器之间没有直接的物理通信链路，所以数据的传输必须通过eNodeB转发，移动终端与eNodeB之间通过无线接口进行通信。移动终端和 eNodeB跟全局控制器间都使用相同的接口(移动终端与全局控制器之间是逻辑上的连接，数据的传输仍需通过eNodeB转发)，利用流表进行交互。另一个不同之处是，移动终端的位置会时刻发生变化，因此还具备速度、方向等属性，为了实现对全网络整体控制，移动终端还要每隔一段时间就把自身跟移动相关的状态信息随同其他有用信息存入分布式的全局状态数据库中。
图3说明offloading的过程。如图3所示，结合面向智能移动终端协议的移动流量管理的三层架构，虚拟资源层的底层硬件利用虚拟化技术进行通用化、透明化，主要体现在虚拟资源层中协议栈的模块化和虚拟化。中间的控制层包括专门为移动终端开发的控制器以及云端的远程控制器，该本地控制器能够运行在Android或者iOS操作***的终端上对其进行控制并和远程的全局控制器进行交互。当移动终端实现offloading过程时，所用到的应用层的移动端应用为专门为网络流量卸载功能开发的offloading APP，应用的具体执行是通过控制器来完成的。控制器能发送具有规定格式的消息，其中携带的信息用于更新流表，每个流表对应一个模块，所以，控制器可以对最下层的各协议模块进行编排和管理，编排和管理的策略以及硬件的实现策略是符合现有无线通信规范的，因此可以在现有无线通信架构的基础上进行改造和升级。
offloading主要是指LTE到WiFi之间的切换，也同样可以从WiFi切换回到LTE，根据数据流量的速率、大小、计费情况、网络拥塞程度等因素决定是否需要以及如何进行网络流量卸载。当移动终端产生offloading(从LTE切换到WiFi)业务需求时，本地控制器发送请求至远程控制器，远程控制器了解到终端需要传输大量数据，且附近有可接入的WiFi AP，远程控制器会按需求及网络状况对移动终端流表进行部分配置，本地控制器对其余部分进行配置。通过本地控制器和远程控制器的协同控制，修改终端、基站、的流表，使终端转为offloading状态，并和WiFi AP建立连接。类似地，当移动终端需要从WiFi切换回到LTE时，通过本地控制器和远程控制器进行交互控制，修改终端、WiFi AP、基站的流表，以使移动终端切换回LTE网络。

Claims (3)

1.一种面向智能移动终端协议的移动流量管理***,其特征是，包括以下3个模块：虚拟资源层模块、终端操作***层模块、应用层模块；
最下层是虚拟资源层，把移动终端协议栈每层封装为单独的子模块，子模块通过流表来进行配置，子模块能够按照需要添加或者修改；
中间层是终端操作***层，该层中运行控制器，控制器包括本地控制器和远程控制器，其中本地控制器运行在移动端，只负责对移动端的控制，远程控制器运行在云端，是整个网络的全局控制器，负责对整个网络集中控制，无论是本地控制器还是远程控制器，都使用统一的接口跟下层交互；
最上层是应用层，只跟本地控制器之间存在应用程序调用接口ApplicationProgramming Interface,API；
结合面向智能移动终端协议的移动流量管理的三层架构，虚拟资源层的底层硬件利用虚拟化技术进行通用化、透明化；中间的终端操作***层包括专门为移动终端开发的本地控制器以及云端的远程控制器，该本地控制器能够运行在Android或者iOS操作***的终端上对其进行控制并和远程的全局控制器进行交互；当移动终端实现offloading过程时，所用到的应用层的移动端应用为专门为网络流量卸载功能开发的offloading APP，应用的具体执行是通过控制器来完成，控制器能发送具有规定格式的，消息中携带的相关信息用于更新流表，每个流表对应一个子模块，所以，控制器可以对最下层的各协议子模块进行编排和管理。
2.如权利要求1所述的面向智能移动终端协议的移动流量管理***，其特征是，移动终端跟全局控制器之间没有直接的物理通信链路，数据的传输必须通过演进型LTE中的基站eNode B(Evolved Node B)进行转发，移动终端具备速度、方向属性。
3.如权利要求1所述的面向智能移动终端协议的移动流量管理***，其特征是，offloading主要是指LTE到WiFi之间的切换，也同样可以从WiFi切换回到LTE，根据数据流量的速率、大小、计费情况、网络拥塞程度因素决定是否需要以及如何进行网络流量卸载；当移动终端产生offloading业务需求时，本地控制器发送请求至远程控制器，远程控制器了解到终端需要传输大量数据，且附近有可接入的无线访问接入点WiFiAP(WirelessAccess Point)，远程控制器会按需求及网络状况对移动终端流表进行部分配置，本地控制器对其余部分进行配置；通过本地控制器和远程控制器的协同控制，修改终端、基站、WiFiAP的流表，使终端转为offloading状态，并和WiFiAP建立连接；类似地，当移动终端需要从WiFi切换回到LTE时，通过本地控制器和远程控制器进行交互控制，修改终端、WiFi AP、基站的流表，以使移动终端切换回LTE网络。
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