基于软件定义网络的无线网络虚拟化关键技术研究

As an important infrastructure for economy and society, wireless networks have been increasingly widespread deployed and used in recent years. However, in practical applications, the wireless networks are still faced with many challenges, such as the inflexibility in service customization, the instability in quality of service, the increased complexity in network management, the continual reinforcement in user mobility and etc. To further improve the usability and flexibility of wireless networks, this project tends to solve the above challenging problems by employing the idea of network virtualization based on the Software-Defined Networking (SDN) technologies. Particularly, based on the highly dynamic nature of wireless networks and practical needs of different application scenarios, this project will conduct research on isolation, aggregation and hybrid network virtualization technologies respectively based on the SDN. As for the isolation network virtualization technology, virtual networks are migrated dynamically in a software-defined manner, so as to provide stable network access bandwidth for mobile users. As for the aggregation network virtualization technology, a group of access points (APs) are virtualized into a single AP in a software-defined way, so that vehicular users can enjoy seamless WiFi network access service. As for the hybrid network virtualization technology, heterogeneous network resources are managed in a software-defined manner, to achieve the transparent utilization of these resources for the users. This project will also design and implement a prototype system embedding all the proposed SDN-based wireless network virtualization techniques to validate the effectiveness of our proposals.

作为经济社会的重要基础设施，无线网络近年来得到了越来越广泛的部署和使用。然而在实际应用中，无线网络仍然面临着诸多挑战性问题，如服务定制不够灵活、服务质量不够稳定、网络管理难度不断增大、用户移动性不断增强等。为了进一步提高无线网络的可用性和灵活性，本项目采用基于软件定义网络的无线网络虚拟化作为上述问题的解决方案。本项目将结合无线网络的高度动态性，面向不同应用场景分别从隔离式、聚合式、混合式三个方面对基于软件定义网络的无线网络虚拟化关键技术进行研究。在隔离式方面，以软件定义的方式动态迁移虚拟网络，从而向移动用户提供稳定的接入带宽；在聚合式方面，以软件定义的方式将多个接入点虚拟为一个接入点，向车载用户提供无缝的WiFi接入；在混合式方面，以软件定义的方式管理异构网络资源，实现对这些资源的透明化利用。本项目还将设计和实现基于软件定义网络的无线网络虚拟化原型系统，对相关研究成果进行验证。

无线网络虚拟化技术通过在物理无线网络上构建虚拟网络，能够实现灵活的网络资源分配，可定制的服务质量，方便的网络管理，对移动用户的良好支持等。软件定义网络则是实现无线网络虚拟化的重要技术手段。通过数据平面与控制平面相分离，控制平面能够创建、迁移、管理、撤销虚拟网络，为用户提供所需服务。本项目构建了基于软件定义网络的无线网络虚拟化的理论框架，其中包括隔离式、聚合式、混合式无线网络虚拟化三个方面。对于隔离式无线网络虚拟化，本项目提出了面向移动用户的虚拟接入网的构建方法与传输协议，能够实现具有不同带宽需求的用户在网络中移动时仍能获得稳定的服务质量。对于聚合式无线网络虚拟化，本项目提出了面向车载用户的互联网接入机制，能够实现用户在高速移动的条件下在WiFi网络中无缝漫游。对于混合式无线网络虚拟化，本项目提出了软件定义网络控制平面数据管理机制和异构无线网络资源管理机制，能够实现异构无线网络的高效管理与控制。本项目还设计实现了基于软件定义网络的无线网络虚拟化原型系统，能够演示验证部分关键功能。本项目的研究成果具有广阔的应用前景，能够为5G网络的研究与应用起到积极推动作用。