SDN based service oriented control approach for future radio access networks

by Gopalasingham Aravinthan

Doctoral thesis in Informatique et télécommunications

Under the supervision of Éric Renault.

defended on 16-06-2017

in Evry, Institut national des télécommunications , under the authority of École doctorale Informatique, télécommunications et électronique (Paris) , in a partnership with Université Pierre et Marie Curie (Paris) (1971-2017) (Université) , Département Réseaux et Services Multimédia Mobiles / RS2M (laboratoire) and Services répartis- Architectures- MOdélisation- Validation- Administration des Réseaux / SAMOVAR (laboratoire) .


  • Abstract

    Software-Defined Networking (SDN) has emerged as a new intelligent architecture for network programmability. The primary idea behind SDN is to move the control-plane outside the switches and enable external control of data-plane through a logical software entity called controller. Such approach benefits mobile network management by brining complete intelligence to the logically centralized controller. Network Function Virtualization (NFV) is the process of relocating or migrating network functions from dedicated hardware to generic servers. SDN and NFV are two closely related technologies that are often used together. The traditional mobile network architecture due to its strongest coupling between control and data planes along with limitations in scalability and flexibility requires the usage of cloud computing along with the recent revolutionary approaches in networking such as SDN and NFV to have an architecture that deploys on demand "Network-as-a-Service" for users. The global research focus of this thesis falls in to two main use cases of next generation mobile networks such as Telco and Vertical. In the telco use cases, we exploit the advantages of SDN to have flexible control framework for both Self-Organizing Networks (SON) and dynamic user processing split. In vertical use case, we apply various advantages of SDN and OpenFlow protocol to efficiently utilize the scare radio resources of wireless backhaul network in the train-to-ground communication system. Our SDN framework in general can be an efficient and alternative solution for RAN management i.e. Radio Optimization, Network Optimization, Mobility Management and Load Balancing can be achieved with such framework. Through analysis and experimentation of SDN frameworks for RAN, we shows that the proposed solutions can bring set of advantages to wireless networks such as flexibility, programmability, unified management, and enables new services

  • Alternative Title

    Approche de contrôle orientée services basée sur SDN pour les futurs réseaux mobiles


  • Abstract

    Le SDN (Software-Defined Networking) émerge comme une nouvelle architecture pour la programmation des réseaux. A l'origine, l'idée du SDN est de déplacer le plan de contrôle à l'extérieur des équipements, et de permettre ainsi un contrôle déporté de l'ensemble depuis une entité logicielle logique nommée "contrôleur". Le principal avantage d'une telle approche est de centraliser donc toute l'intelligence de gestion du réseau dans le contrôleur, qui s'appuie pour cela sur des protocoles standard et assure par ce biais la reprogrammation de la totalité de la partie du réseau sous son contrôle. L'évolution technologique vers le SDN est toujours en cours dans des scénarios de déploiement programmable et flexible des réseaux mobiles. Le NFV (Network Function Virtualization) est le processus de déplacement ou de migration des fonctions réseau d'un équipement dédié de réseau vers des serveurs génériques dans le Cloud. Les SDN et NFV sont deux technologies étroitement liées qui sont souvent utilisées ensemble. Le couplage fort entre les plans de contrôle et de données, ainsi que les limitations en matière de passage à l'échelle et de flexibilité, font que la virtualisation des réseaux mobiles actuels nécessite non seulement l'utilisation du Cloud Computing mais aussi les récentes innovations telles que SDN et NFV pour pouvoir permettre un déploiement à la demande des services réseaux (Network-as-a-Service) aux utilisateurs. Les lignes de recherche globales de cette thèse s'inscrivent dans deux principaux cas d'utilisation. Ces cas d'utilisation, bien qu'appelés de la "prochaine génération de réseaux mobiles", sont le "Telco" et le "Vertical", qui apparaissent ici couplés, les deux étant traditionnellement complètement séparés. Dans les cas d'utilisation de "télécommunications", nous exploitons les avantages de SDN pour avoir un cadre de contrôle flexible pour les réseaux d'auto-organisation (SON) et la division de traitement dynamique des utilisateurs. Dans le cas d'utilisation de "verticale", nous appliquons divers avantages du protocole SDN et OpenFlow pour utiliser efficacement les ressources radio du réseau de backhaul dans le système de communication train-sol. Notre cadre d'étude du SDN, en général, peut être une solution efficace et alternative pour la gestion RAN (Radio Access Network), c'est-à-dire pour des objectives comme l'optimisation des ressources radio, l'optimisation du réseau, la gestion de la mobilité et l'équilibrage de la charge, peuvent être atteint avec ce cadre. Grâce à l'analyse et l'expérimentation concrète des SDN et NFV pour le RAN, nous montrons que les solutions proposées dans ce travail peuvent apporter un faisceau d'avantages évidents aux réseaux mobiles tels que la flexibilité, la programmabilité, la gestion unifiée et la mise en œuvre de nouveaux services



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