Primjena koncepta softverskog upravljanja mrežom u 4G mrežama

undergraduate thesis

• Title (english): Software defined networking in 4G networks
• Author: Josip Rogić
• Mentor: Željko Ilić (mentor)
• Committee member: Željko Ilić (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Aleksandra Čereković (član povjerenstva)
• Committee member: Nenad Markuš (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Electrical Engineering and Computing; Zagreb
• Defense date and country: 2015-02-27, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Computing
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: TECHNICAL SCIENCES; Electrical Engineering

Abstract

4G mreže zasada su najbrže bežične mobilne mreže koje korisnici mogu koristiti. Pojavom 4G mreža
započela je era povećanog podatkovnog prometa putem mobilne mreže kao i namjera korisnika da sve više koriste mobilnu mrežu. Povećanjem korisnika mreže nameće se pitanje učinkovitog korištenja resursa, mobilnosti i skalabilnosti. Kao i kod fiksnih mreža, pa tako i kod mobilnih uvodi se koncept softverskog upravljanja mrežom (engl. Software Defined Networking, skr. SDN). Kod SDN koncepta je novost što je upravljačka osnova izbačena iz mrežnih čvorova u potpuno novi sloj, upravljački sloj (engl. control layer).Time dobivamo novu arhitekturu mreža koja još uz upravljački ima i fizički (engl. infrastructure layer) i aplikacijski sloj (engl. application layer). SDN upravljači su smješteni u upravljački sloj i upravljaju mrežnim čvorovima unutar fizičkog sloja. Tablice komutiranja i usmjeravanja zamjenjuju se tablicama tokova (engl. flow table) koje sadrže unose tokova (engl. flow entry), a upravljači i mrežni čvorovi komuniciraju preko sigurnog kanala (engl. secure channel). 4G mreže su potpuno temeljene na IP protokolu i jezgrena mreža također je temeljena na IP protokolu. Kod 4G LTE mreža SDN se primjenjuje na jezgrenu mrežu, a primjenom SDN-a u radijskoj pristupnoj mreži dobivamo koncept softverskog upravljanja mobilnom mrežom (engl. Software Defined Mobile Networking, skr. SDMN). Kako se 4G LTE mreže sastoje od korisničke opreme, E-UTRAN-a što je zapravo skup baznih stanica zvanih eNodeB i EPC-a, SDN se primjenjuje upravo u EPC-u. EPC je pristupna mreža koja nam služi za povezivanje na druge IP mreže. Kako bi se smanjila složenost EPC mreže i povećala mobilnost korisnika što je glavni cilj 4G mreža, izbacuju se komponente poput S-GW-a i P-GW-a te se umjesto njih uvode SDN komutatori koji su nadzirani od strane SDN upravljača. MME i SDN upravljači međusobno komuniciraju te kada MME obavijesti SDN upravljač o novom korisniku, SDN upravljač odmah primjenjuje pravila na komutator za uspješnije i što brže posluživanje korisnika. Time smanjujemo složenost mreža, smanjuje se vrijeme od trenutka zahtjeva do dostave (latencija) i povećava se brzina slanja podataka. Takvim pristupom mreži na dobitku su svi: korisnici, koji su brže i pouzdanije usluženi i mrežni operatori koji time izbjegavaju česte ispade i kvarove mreža.

Abstract (english)

4G network for the time being are the fastest mobile network that users can use. With the appearance of 4G networks begins the era of increased data traffic over the wireless network as well as the intention that users are increasingly using mobile network. Increasing network user raises the question of efficient use of resources, mobility and scalability. As with fixed networks, in mobile networks is introduced the concept of Software Defined Networking, SDN. When we look at SDN's concept a control plane is ejected from the network nodes in a brand new layer called control layer. Thus, we get a new architecture of network that even with a control layer has a infrastructure layer and the application layer. SDN controllers are located in the control layer and manage network nodes within the physical layer. Switching tables and routing tables are replaced by flow tables that contains flow entries and the network nodes communicate over a secure channel with a SDN controller. 4G networks are fully IP-based and core network is also based on the IP protocol. With 4G LTE network and using the SDN in the radio access network, we get the concept of Software Defined Networking Mobile, SDMN. How 4G LTE network consists of user equipment, E-UTRAN-which is actually a collection of base stations called eNodeB and the EPC, SDN is applied exactly in the EPC. EPC is
an access network that serves to connect with other IP networks. To reduce the complexity of the EPC
network and increase the mobility of users which is the main objective of the 4G network, the components are being ejected, such as the S-GW and P-GW, and instead are introduced SDN switches which are controlled by the SDN controller. MME and SDN controllers communicate with each other and when the MME informs SDN controller about a new user, SDN controller immediately applies the rules to switch to serve more efficiently and fastly the users. This reduces the complexity of the network, reducing the time from request to delivery (latency) and increases the speed of transmission. With this network approach, benefits everyone: users, which are faster and more reliably served and network operators who thus avoid frequent outages and failures in the networks.

• Keywords: SDN; upravljač; tablica tokova; unos tokova; 4G; SDMN; E-UTRAN; LTE; MME
• Keywords (english): SDN; controller; flow table; flow entry; 4G; SDMN; E-UTRAN; LTE; MME
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:168:965605
• Study programme: Title: Computing; Study programme type: university; Study level: undergraduate; Academic / professional title: sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka računarstva (sveučilišni/a prvostupnik/ prvostupnica (baccalaureus/baccalaurea) inženjer/inženjerka računarstva)
• Type of resource: Text
• File origin: Born digital
• Access conditions: Closed access
• Created on: 2019-03-14 00:28:41