大用户量异构软件定义网络关键技术研究

In massive heterogeneous WiFi networks, users may experience severe network performance degradation. In this project, we propose to apply the emerging software-defined network architecture (SDN) into WiFi networks. Using network measurement, theoretical modeling and performance optimization methods, we aim to explore different theories and methods to improve the performance of WiFi networks effectively. We plan to design and implement an SDN-based One-AP-Multiple-Interface architecture for 802.11 wireless access points. We also plan to conduct a measurement study of the quality-of-experience for multiple network applications in WiFi networks. For the general random access networks, based on the embedded discrete Markov Chain, we propose a unified model to analyze stability, throughput and delay. This model will be validated and evaluated using real WiFi traffic measurements on a campus network. Last, we plan to design and implement an SDN-based virtual network for the measurement, management and optimization of WiFi networks. This project is expected to promote a measurable, manageable and controllable large-scale wireless local area network.

针对大用户量异构无线局域网络性能显著下降的突出问题，本项目构建基于软件定义网络架构的无线局域网，从网络应用测量、性能模型分析和性能优化方法等方面，探索有效提升无线局域网性能的理论和方法。本项目计划设计和实现支持软件定义网络的具有单接入点-多网络接口无线接入点系统；开展无线局域网下多种网络应用的用户体验测量研究；面向一般性异构随机接入网络，基于嵌入式离散时间马尔可夫过程模型，提出一种通用的理论分析框架，用来研究网络的吞吐量、延迟和稳定性等重要网络性能指标，并通过实际网络测量对该理论模型进行性能评测；设计和实现支持软件定义网络的分布式无线接入点测量、管理和优化平台，在校园网络部署测试实验床，进行实际网络性能测试。本课题的研究成果，将对于推动实现可测、可管和可控的大规模无线局域网，具有重要的现实意义。

针对大用户量异构无线局域网络性能显著下降的突出问题，课题组构建基于软件定义网络架构的无线局域网测试床，从网络应用测量、理论模型分析和性能优化方法等方面，探索有效提升无线局域网性能的理论和方法。课题组深入研究和开发了基于ONetSwitch30，Intel Galileo Gen 2、Digilent Zybo、Raspberry PI，YunSDR等多种可编程板卡的网络测量设备和方法，开展无线局域网下多种网络应用的用户体验测量研究，基于实际网络测量数据为理论研究和协议优化提供了数据支撑。面向一般的随机接入网络，基于离散时间马尔可夫过程的数学模型，课题组提出了一个统一的理论分析框架，用来研究网络的吞吐量、延迟和稳定性等性能指标，完整揭示IEEE 802.11协议如何支持多媒体服务应用的服务质量。大用户量异构无线局域网往往密集部署多个基本服务集（BSS），课题组研究了多AP的IEEE 802.11网络的上行链路，推导了饱和条件下的多个BSS的稳态点，相对于每个组中的节点数目和初始回退窗口大小的函数关系，可指导优化网络协议设计。课题组设计和实现支持软件定义网络的分布式无线接入点测量、管理和优化平台研究，并在实验室网络部署，完成实际网络性能测试。本课题研究的软件定义无线局域网有巨大潜力为多种多样的网络应用提供增值信息服务，有可能带来隐私和安全方面的问题，课题组研究了基于微信提供的用户定位服务中，用户隐私泄露的潜在风险和防御方法，以及可信任的保密聚合查询算法。本课题的研究成果，对于推动实现可测可管可控的大规模无线局域网以及实际网络应用，提供了理论指导和技术支撑。