Towards efficient bandwidth usage in cellular networks : RAN slicing for LTE and forwarding multi-stream traffic over multiple paths = Em direção ao uso eficiente de largura de banda em redes celulares: fatiamento da RAN para o LTE e o encaminhamento de tráfego multi-stream sobre múltiplos caminhos

Pedro Henrique Amorim Rezende

Towards efficient bandwidth usage in cellular networks [recurso eletrônico] : RAN slicing for LTE and forwarding multi-stream traffic over multiple paths = Em direção ao uso eficiente de largura de banda em redes celulares: fatiamento da RAN para o LTE e o encaminhamento de tráfego multi-stream sobre múltiplos caminhos

Pedro Henrique Amorim Rezende

Material

TESE

Número de chamada

T/UNICAMP R339t

Título paralelo/equiv.

[Em direção ao uso eficiente de largura de banda em redes celulares]

Publicação

Campinas, SP : [s.n.], 2022.

Descrição física

1 recurso online (103 p.) : il., digital, arquivo PDF.

Nota geral

Orientador: Edmundo Roberto Mauro Madeira

Nota de dissertação ou tese

Dissertação (doutorado) - Universidade Estadual de Campinas, Instituto de Computação

Resumo Resumo: As redes 5G buscam suportar uma grande diversidade de indústrias verticais, incluindo agricultura, manufatura e entretenimento. Com o objetivo de assegurar os requisitos de serviço de tais verticais, além de empregar MIMO massivo, células ultra-densas, ondas milimétricas, dentre outras... Ver mais Resumo: As redes 5G buscam suportar uma grande diversidade de indústrias verticais, incluindo agricultura, manufatura e entretenimento. Com o objetivo de assegurar os requisitos de serviço de tais verticais, além de empregar MIMO massivo, células ultra-densas, ondas milimétricas, dentre outras tecnologias, as redes 5G apoiam-se em tecnologias de softwarização para realizar Network Slicing, possibilitando a instanciação de várias redes virtuais, ou seja, slices, sobre uma mesma infraestrutura física. Esses slices são independentes e customizados de acordo com as necessidade de cada tipo de serviço. Além disso, as redes 5G foram projetadas tendo como base o sistema 4G/LTE, que é uma tecnologia móvel amplamente utilizada. Esta tese propõe dois mecanismos para o uso mais eficiente da largura de banda em redes celulares. O primeiro, chamado de NS-ENFORCER, atua diretamente com um controlador SDN para a alocação de rádio aos dispositivos móveis, que são agregados em slices, no acesso do LTE. NS-ENFORCER monitora frequentemente o estado da rede de modo a agir proativamente nela, mitigando eventual degradação da QoS fornecida aos usuários. NS-ENFORCER foi desenhado, desenvolvido e validado utilizando a tecnologia LTE. O segundo mecanismo, chamado de MS-ENGINE, é responsável por mapear streams, as quais compõem um dado tráfego multi-stream, a múltiplos caminhos na rede cabeada. A partir de tal espalhamento, a aplicação consome a largura de banda residual desses caminhos e, consequentemente, consegue obter uma maior vazão e menor atraso. Por apoiar-se em SDN, MS-ENGINE é capaz de monitorar e realizar engenharia de trá- fego para resolver eventuais problemas/violações na rede. Por fim, uma vez que as redes LTE e 5G transmitem em seu núcleo tráfego multi-stream, elas tornam-se casos de uso atrativos para o emprego desse mecanismo. As contribuições dessa tese foram implementadas usando ferramentas amplamente utilizadas na academia e na indústria. A validação do NS-ENFORCER foi realizada por meio de simulações, enquanto que o MS-ENGINE por experimentos. Os resultados obtidos mostram que ambos os mecanismos utilizam de forma mais eficaz os recursos da rede e, portanto, proveem uma melhor QoS ao tráfego transportado Ver menos

Abstract: 5G networks aim to support a vast diversity of vertical industries, ranging from agriculture, manufacturing, healthcare and entertainment, to automotive and other transportation modes. In order to meet the service’s requirements of such distinct vertical industries, in addition to employ... Ver mais Abstract: 5G networks aim to support a vast diversity of vertical industries, ranging from agriculture, manufacturing, healthcare and entertainment, to automotive and other transportation modes. In order to meet the service’s requirements of such distinct vertical industries, in addition to employ massive MIMO, ultra-dense cells, millimeter wave, among other technologies, 5G networks strongly rely on softwarization technologies to perform NS, enabling the instantiation of several virtual networks (i.e slices) on top of the same physical substrate. Such slices are independent and tailored according to the needs of each industry. Furthermore, 5G networks were designed using 4G/LTE as the cornerstone for their development. This thesis proposes two mechanisms for a more efficient use of the bandwidth in cellular networks. The first, named NS-ENFORCER, acts along with an SDN Controller for the assignment of radio resource to end user devices, which are aggregated in network slices, in the access of LTE. NS-ENFORCER frequently monitors the network state in order to proactively act on it, mitigating eventual degradation of QoS provided to the users. NS-ENFORCER was designed, developed and validated using the LTE technology. The second mechanism is called MS-ENGINE. It is responsible for mapping streams, which compose a given multi-stream traffic, onto multiple paths in wired networks. Based on such traffic scattering, the application consumes the residual bandwidth of those paths and, as a result, it can obtain a higher throughput and lower delay. Due to its reliance on SDN, MS-ENGINE is capable of monitoring and perform traffic engineering to tackle eventual problems/violations in the network. Finally, since LTE and 5G technologies transmit multi-stream traffic on its core, they become interesting use cases for employing this mechanism. The contributions of this thesis were implemented using tools widely employed in industry and academia. The validation of NS-ENFORCER was carried out by means of simulations, whereas MS-ENGINE through experiments. The obtained results denote that both mechanisms efficiently utilize the network resources. Therefore, they provide a better QoS to the transported traffic Ver menos

Assuntos

Redes definidas por software (Tecnologia de rede de computadores)

Sistemas de comunicação móvel 4G

Sistemas de comunicação móvel 5G

Fatiamento da rede

Roteamento multicaminho

Autoria

Rezende, Pedro Henrique Amorim, 1990-

Madeira, Edmundo Roberto Mauro, 1958- Orientador

Nogueira, José Marcos Silva Avaliador

Verdi, Fábio Luciano, 1977- Avaliador

Borin, Juliana Freitag, 1978- Avaliador