论文总字数：30189字

摘 要

在无线Mesh网络中应用软件定义网络技术，不仅能够提高无线Mesh网络的管理和部署灵活性，而且能够有效地解决资源分配、负载均衡等问题，因此，软件定义无线Mesh网络近年来得到越来越多的关注。但现有的网络模拟工具难以同时模拟无线链路特性和软件定义网络技术特点，为支持相关技术研究，本文设计实现了一种用于软件定义无线Mesh网络的混合模拟平台。论文主要工作包括：

首先，在现有模拟工具软件的基础上通过集成开发实现了混合模拟平台。该平台基于Linux系统在集成NS-3模拟器和CORE（Common Open Research Emulator）模拟环境的基础上集成了SDN控制器软件POX、Open vSwitch交换机以及OLSR daemon（OLSRd）等可实际部署的软件：利用NS-3与CORE结合模拟了真实报文的传输；利用Open vSwitch的虚拟接口技术实现了Open vSwitch和OLSRd在节点上的协作共存转发决策；使用POX控制器和OLSRd协作采集全网拓扑信息，实现了在NS-3模拟器上模拟传输真实数据包，并进行软件定义无线Mesh网络的组网仿真的目的。

然后，在此基础上，研究软件定义无线Mesh网络中的控制器放置问题，并对模拟平台的模拟功能进行验证。考虑到无线Mesh网络的信道容量较有线网络而言偏低，网络中用于组网和传输控制的报文越少越能提高整个网络的传输效率。论文以降低交换机与控制器间发送流请求和下发流表导致的报文开销为目标建立了控制器放置问题优化模型，使用了线性规划算法得到了报文开销最小的控制器放置方案，并在混合模拟平台上对其进行了模拟验证。

模拟实验结果表明，混合模拟平台能够模拟软件定义无线Mesh网络的无线多跳组网以及SDN技术特性，另外，论文提出的控制器部署算法可以有效的降低SDN控制报文开销，并可降低业务流的启动延时。

关键词：软件定义网络，无线Mesh网络，混合模拟平台，控制器部署

Design and Verification of Hybrid Simulation Platform based on

Software Defined Wireless Mesh Networks

Abstract

Application of software defined network technology in wireless mesh network, not only can improve the wireless mesh network management and deployment flexibility, and can effectively solve the resource allocation, load balancing problem. Therefore, software defined wireless mesh networks in recent years is more and more concerned. But the existing network simulation tools can not simultaneously simulate wireless link characteristics and software defined network technology characteristic. To support the research of the related technology, in this paper, we design and realize hybrid simulation platform for software defined wireless mesh network. The main work of this paper includes:

Firstly, a hybrid simulation platform is implemented based on the existing simulation tools. The platform integrates the NS-3 simulator, Common Open Research Emulator, real SDN controller POX, Open vSwitch and OLSR daemon(OLSRd) in Linux system: simulating the real message transmission with the combination of CORE and NS-3, using Open vSwitch virtual interface technology to achieve the coexistence of Open vSwitch and OLSRd on node and cooperative forwarding, collecting the information of the whole network topology by collaboration of POX controller and OLSRd, to realize transmission of true data packets in NS-3 simulator, and to simulate software defined wireless mesh network.

Then, on the basis of this, consider controller placement problem in the software defined wireless mesh network and verify the capacity of simulation in the hybrid simulation platform. Consider the smaller channel capacity of wireless mesh network compared to wired network, the less packet transmission between controller and switch, the more efficiency to improve the transmission efficiency of the whole network. This paper build the controller placement model targeting to reduce the total number of packets between switches with controller. Based on the model, use the linear programming algorithm to find the best controller placement in the software defined wireless mesh network, which minimize the number of packets. Finally, verify the model on the hybrid simulation platform.

Simulation experiment results show that the hybrid simulation platform can simulate wireless multi hop network and SDN technical characteristics in software defined wireless mesh network. In addition, the controller placement algorithm can effectively reduce the SDN control message overhead, and can reduce the start delay of traffic flow.

KEYWORDS: Software Defined Network, Wireless Mesh Network, Hybrid Simulation Platform, Controller Placement

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 引言 1

1.2 研究现状 3

1.3 研究目标和内容 4

1.4 本文的主要内容和安排 5

1.5 本章小结 5

第二章 相关技术研究 6

2.1 NS-3模拟器 6

2.2 CORE(Common Open Research Emulator) 7

2.3 POX控制器 8

2.4 Open vSwitch交换机 8

2.5 OLSR daemon 9

2.6 本章小结 9

第三章 软件定义无线Mesh网络混合模拟平台设计 10

3.1 总体设计思路 10

3.2 CORE与NS-3 11

3.3 软件定义无线Mesh路由器节点设计 13

3.4 控制规则设计 14

3.5 本章小结 16

第四章 基于报文开销的控制器部署优化问题研究 17

4.1 引言 17

4.2 研究现状 17

4.3 模型描述 18

4.4 数值分析和验证 21

4.5 本章小结 22

第五章 基于混合模拟平台的控制器布置实验设计与验证 23

5.1 实验环境 23

5.2 实验编码 23

5.3 实验运行 25

5.4 实验分析 25

5.5 混合模拟平台分析 28

5.6 本章小结 28

第六章 总结与展望 29

6.1 总结 29

6.2 展望 29

致谢 30

参考文献 31

1. 绪论
2. 引言

在传统无线局域网中，存在若干技术缺陷：采用单跳无线接入的方式导致网络接入点的覆盖范围较小；每个接入点AP（Access Point）仍然需要通过有线的方式连接到交换机上，部署成本较高；用户如果想要连接网络需要与一个AP相连，在通信时也必须首先访问这个接入点，如果接入点因流量过大陷入拥塞，那么用户只能选择等待，这大大降低了网络的工作效率。而无线Mesh网络（Wireless Mesh Network, WMN）的出现很好的解决了这些问题。

在无线Mesh网络中，每个节点都可以发送和接收信号，并和处于信号覆盖范围内的一个或多个节点进行通信，它是一个多跳网络。如图1-1所示，在遇到最近的接入点陷入拥塞状态时，可以通过重新路由找到另一个流量较小的邻近节点，对数据进行转发，直到找到目的节点。多跳转发数据使得无线Mesh网络的覆盖范围得到了极大的扩展，此外，无线Mesh网络还具有高速率的特点。因此，无线Mesh网络在实际使用中得到推广，应用于生活的多个方面。

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