XIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2021

В статье предлагается использовать решение на основе программно-конфигурируемых сетей (SDN) для управления потоками трафика в беспроводных сетяхWi-Fi с большой плотностью сетевых устройств. В качестве коммутаторовпредлагается использовать Openvswitch, классификацию трафика производить на основезначения поля ToS или DSCP в IP-заголовках пакетов. Такой метод позволяеторганизовать сквозную поддержку качества и поддержку классификации трафика примежсетевом взаимодействии

В статье предлагается использовать решение на основе программно-конфигурируемых сетей (SDN) для управления потоками трафика в беспроводных сетях Wi-Fi с большой плотностью сетевых устройств. В качестве коммутаторов предлагается использовать Openvswitch, классификацию трафика производить на основе значения поля ToS или DSCP в IP-заголовках пакетов. Такой метод позволяет организовать сквозную поддержку качества и поддержку классификации трафика при межсетевом взаимодействии.

Введение

В связи с быстрым ростом числа беспроводных устройств и внедрения решений Интернета вещей (IoT) обеспечение качества обслуживания (QoS)на беспроводных сетях доступа становится важнейшей задачей. Несмотря на большое количество возможностей обеспечения сосуществования различных технологий [1], вопрос интерференции в диапазоне 2,4 ГГц до сих пор является актуальным. Точки доступа Wi-Fi в современном большом городе располагаются плотно, обуславливая взаимное влияние, что приводит к немалым трудностям обеспечения качества обслуживания в Wi-Fi сетях. Поэтому внимание сместилось от обеспечения, гарантированного QoS для одной точки доступа (AP – Access Point) в сторону обеспечения QoS в беспроводных сетях с высокой плотностью устройств (много точек доступа – APs). Одновременно появление программно-конфигурируемых сетей (SDN) открыло новые возможности в области управления сетью. В статье предлагается использовать решение на основе SDN для управления потоками трафика в случаях высокой плотности устройств Wi-Fi сетей. Это решение включает в себя две фазы:

1.КлассификацияWi-Fi трафика, входящего или исходящего из Aps (точки доступа), в OpenFlow-коммутаторах на основе значения поля DSCP в IP-заголовках пакетов.

2.Назначение потока трафика в очередь с приоритетом на порту коммутатора.

С этой целью был разработан метод классификации трафика в SDN, задачей которого является повышение качества обслуживания за счет приоритизации выделенного трафика.

Классификация трафика в SDN/OpenFlow сети

Классификация Wi-Fi трафика является первым шагом для обеспечения QoS и основывается на DSCP-значениях в записях, установленных в таблицах OpenFlow-коммутаторов. Каждому DSCP-значению соответствует разное действие, например, отбрасывать пакеты, перемещать пакеты на указанный порт, назначить трафик в указанную очередь. Известно, что согласно IEEE 802.11e [6] и WMM определяются 4 типа категорий: WMM приоритет голосового трафика (AC_VO - наивысший приоритет), WMM приоритет видеотрафика (AC_VI), WMM приоритет негарантированной доставки (AC_BE - Best Effort Service), WMM низкий приоритет (AC_BK - низкоприоритетный трафик). Соотнесем эти категории доступа с DSCP-значениями для организации классификации Wi-Fi трафика на коммутаторах SDN и разделим DSCP-значения по приоритетам, организуя в соответствии этими приоритетами 8 очередей на портах OpenFlow-коммутатора (табл. 1). Алгоритм классификации трафика на основе DSCP значения в SDN сети приведен на рисунке 1.

ТАБЛИЦА 1. Тип трафика и соответствующее DSCP значение

Рис.1. Классификация Wi-Fi трафика в SDN/OpenFlow сети с помощью DSCP значения

Назначение трафика в очередь с приоритетом

Для каждой очереди задается своя политика обработки трафика. Например, очередь_0 обеспечивает минимальную пропускную способность min-rate = 1 Мб/с, очередь_1 обеспечивает min-rate = 10 Мб/с.

Трафик классифицируется на основе DSCP-значений и перемещается на заданные порты и назначается в соответствующую очередь. Каждой очереди будет присвоено значение приоритета соответственно DSCP значению трафика чтобы ограничить количество одновременно работающих устройств.

Таким образом, трафик с наивысшим приоритетом передается прежде, чем трафик с наименьшим приоритетом в зависимости от приоритетов очередей у портов. Согласно примеру, на рисунке 2, трафик_1 (запись 1) имеет DSCP=46, и приоритет этого DSCP значения больше, чем приоритет DSCP-значения (DSCP=10) трафика_2 (запись 2) (табл. 1). Несмотря на то, что они перемещаются в одинаковый порт (output=2), трафик_1 будет передан раньше трафика_2 потому, что приоритет его очереди выше (5 > 1).

Рис. 2. Записи потоков в OpenFlow таблице

После процесса классификации и назначения приоритета, контроллер будет устанавливать разные правила для разных типов трафика в зависимости от конкретных QoS-политик. Например, с использованием данного механизма можно решить классическую задачу управления мультисервисным трафиком с использованием REST API для SDN [7,8]: отправить трафик данных по кратчайшим путям, а мультимедиа трафик по путям с маленькой задержкой и гарантируемой пропускной способностью.

Вывод

Предложенный механизм на основе SDN для управления потоками мультисервисного трафика в беспроводных сетях Wi-Fi с большой плотностью сетевых устройств основывается на DSCP-значениях в IP-заголовках пакетов. Механизм позволит уменьшить количество одновременно работающих беспроводных устройств (то есть снизить интерференцию) и повысить приоритет трафика чувствительных к задержке приложений в сравнении с остальным.

Достоинство этого решения заключается в легкости применения новых QoS-политик через программные приложения, установленные в SDN-контроллере. Кроме того, контроллер позволяет легко удалить старые записи потока и установить новые записи в OpenFlow-таблицах, и поэтому развертывает механизмы для обеспечения QoS более динамично.