SDN ağ yapısının oluşturulması

Bu kısım, araçlardan gelecek trafik verilerinin SDN etmen RSU vasıtası ile SDN anahtar cihaza ondan sonra da kontrolöre iletilmesi, kontrolör tarafından bu verilerin ilgili modüller aracılığıyla işlenmesi ve son olarak da elde edilen yeni sinyal sürelerinin sahadaki SDN etmen araçlara gönderilmesi işlemlerinden oluşur. Bu işlemler için gerçekleştirilen modelleme adımları şu şekildedir:

1. Sahadaki araçlardan gelen verilerin merkeze taşınması işlemi için MiniNet sanallaştırma platformu kullanılmıştır. Her senaryo için modellenen kavşaklar içerisindeki trafik lambaları (4 adet) ve SDN temelli RSU (1 adet), MiniNet sanallaştırma programında birer sanal host olarak atanmış ve bir SDN anahtar cihazına bağlanmıştır. SDN etmen olarak modellenen RSU, sahadan topladığı bu trafik verilerini bir sonraki bölümde anlatılacak olan TCP raw paketleri haline getirerek OpenFlow packet_in mesajının içerisinde kapsüllenmesini sağlar ve Floodlight kontrolöre gönderir.

2. Sahadan gelen trafik verilerinin işlenmesi için literatürdeki çalışmaların aksine ayrık kavşak yapıları için önerilen mimari modelinde SDN kontrolör modüllerine dayalı bir interior uygulama olan karınca koloni algoritması geliştirilmiştir. Daha kapsamlı kavşak ve faz yapıları için geliştirilen mimari yapısında ise bir exterior uygulama olan 3 aşamalı bulanık-karar ağacı modeli önerilmiştir. Her iki sinyalizasyon uygulamasında da sahadan gelen trafik verilerine göre ilgili kavşaktaki yeni yeşil ışık süreleri ve yeni faz düzeni hesaplanmıştır.

3. Uçtan uca SDN iletim mimarisini sağlamak için sahadaki araçların da SDN etmen mobil düğümler olarak ayarlanması gerekmektedir. Bunun için SUMO benzetim programının “additional file” özelliği kullanılarak içerisinde bir akış tablosu içeren “xml” dosyaları oluşturulmuştur. Bu akış tabloları, kontrolör tarafında araçlardan gelen verilere göre hesaplanan sinyal süre ve durumlarını araçlara iletmek ve araçların ona göre hareket etmelerini sağlamak için dizayn edilmiştir. Şekil 3.7.’de araçlar için oluşturulan xml temelli akış tablosu örneği verilmiştir.

Şekil 3.7. Araçların akış tablosu xml kodu

Tez çalışmasında önerilen her iki SDN temelli VANET mimarisinde de, sahadaki araçlardan, yol kenarındaki RSU’ya, kavşak içindeki anahtar cihazdan merkezdeki kontrolör yazılımına kadar tüm düğümlere SDN etmen işlevselliği kazandırılmasının en önemli sebebi ise, kontrolör tarafında gerçeklenen sinyalizasyon, yönlendirme, rota hesaplama, park yeri vs birçok trafik uygulamalarının sonuçlarının kolay bir şekilde yine bu ağ elemanlarına aktarılmalarının sağlanmasıdır.

Son olarak Şekil 3.8.’de, önerilen SDN temelli VANET mimarisinin yukarında anlatılan akış çercevesinde nasıl modellendiği ve benzetim programları arasındaki entegrasyon katmansal olarak gösterilmiştir.

3.3. Ayrık Kavşak Yapıları İçin Önerilen SDN Temelli VANET Mimarisi

Bu bölümde, SDN ve VANET mimarilerinin trafik yönetim sistemlerin iletim ve uygulama altyapılarına uygunluğunu ve işlevselliğini gösterebilmek adına, şehir-içi ayrık kavşak yapıları üzerindeki trafik yönetimi için önerilen SDN temelli VANET mimarisinin çalışma yapısı hakkında bilgi verildikten sonra, mimarinin trafik yönetim sistemlerindeki veri çevrim modüllerine göre nasıl modellendiğinden bahsedilecektir.

3.3.1. Önerilen mimarinin çalışma yapısı

Şehir içi ayrık kavşak yapıları üzerindeki trafik yönetimi için önerilen SDN temelli VANET mimarisinin Şekil 3.9.’daki çalışma yapısına göre, önce SDN etmenli RSU sahadaki araçlardan gelen yayın paketlerini kendi üzerindeki akış tablosu ile karşılaştırır (1 numaralı işlem). Akış tablosundaki kontrol işlemlerinden sonra RSU, hem saha hem kavşak trafik bilgilerini içeren bir raw paket oluşturarak bağlı bulunduğu SDN anahtar cihazına gönderir (2 numaralı işlem). Anahtar cihaz da kendi akış tablosunda kontrol işlemi yaptıktan (3 numaralı işlem) sonra Openflow protokolü ile paketi merkezdeki SDN kontrolör yazılımı olan Floodlight’a gönderir (4 numaralı işlem).

Floodlight kontrolörü kendisine gelen paketi ayrıştırarak ilgili trafik verisini trafik sinyalizasyonu, rota hesaplama gibi kavşak yönetim sisteminin modüllerine gönderir (5 numaralı işlem). Burada işlenen veri neticesinde elde edilen sonuçlar önce kontrolör (6 numaralı işlem) ile oradan yine OpenFlow protokolü ile ağdaki SDN anahtar cihaza (7 numaralı işlem), SDN etmen RSU’ya (8 numaralı işlem) ve gezgin SDN düğümlere (araçlara-9 numaralı işlem) gönderilir. Önerilen sistemin uçtan-uca paket iletimi Şekil 3.10.’da gösterilmiştir.

Şekil 3.9. Ayrık kavşak yapıları için önerilen SDN temelli VANET mimarisinin çalışma yapısı

Şekil 3.10. Önerilen sistemin uçtan-uca iletim şeması

Mimari içerisinde sahadaki araçlar ve yol kenarındaki RSU cihazlar, merkezdeki kontrolör ve anahtar cihazlarının üzerindeki yükü azaltmak ve SDN ağ paradigmasının avantajlarından yararlanabilmek için SDN etmen cihazlar olarak yapılandırılmıştır. Mimaride kullanılan SDN etmen cihazların kendi aralarında ve kontrolör ile olan iletişimlerinde sahadaki tüm cihazlara kolay erişim ve kontrol için LLDP (Bağlantı Katmanı Keşif Protokolü - Link Layer Discovery Protocol) ve BDDP (Yayın Etki Alanı Keşif Protokolü - Broadcast Domain Discovery Protocol) ile mesajlar

Veri Toplama ve Veri Ayrıştırma I Veri Ayrıştırma II Veri İşleme ve Servis Dağıtımı gönderilmektedir. Şekil 3.11.’de LLDP mesajlarının mimari üzerindeki dizge (sequence) diyagramı verilmiştir.

Şekil 3.11. LLDP ve BDDP’nin önerilen SDN temelli VANET mimarisindeki dizge diyagramı

Şekil 3.11.’deki dizge diyagramına göre SDN etmenli araç, SDN etmen RSU ile (1 numaralı işlemler), veya SDN etmen RSU ,SDN anahtar cihazı ile (2 numaralı işlemler) veya SDN anahtar cihazı merkezdeki kontrolör ile TCP bağlantısı kurmak istediği zaman (3 numaralı işlemler), bağlantının kurulacağı cihaz istekte bulunan cihaza özelliklerini talep eden “özellik istek (feature request)” mesajını gönderir. Bağlantı kuracak olan cihazlar veri yolu tanıtıcı numarası (datapath ID), port listesi, kendisine bağlı olan host ve komşuluk bilgilerini kontrolöra “cevap (reply)” mesajı içerisinde gönderirler. Bağlantı kurulum aşamasından sonra ise kontrolör periyodik olarak (örneğin 3 sn) SDN anahtar cihazına ve onun üzerinden de SDN etmen RSU cihazına LLDP ve BDDP isteği gönderir. SDN etmen RSU da bu gelen istekleri yayınsal olarak sahadaki SDN etmen araçlara gönderir. “Topoloji Yöneticisi” modülü ise, “Hat Keşfi” modülünden elde edilen bilgilere istinaden ağın genel topolojisini çıkartır.