Future network challenges

Abstract

As capacidades de conetividade dos equipamentos móveis têm obrigado a constante mudança do modo de operação da rede, exigindo cada vez mais recursos. Visando as futuras redes 5G, existe a necessidade de evoluir as presentes redes móveis, melhorando as suas arquiteturas e mecanismos. Estas futuras redes, vistas como a próxima geração arquitetural das telecomunicações, tenta suportar a "explosão" do número de equipamentos ligados, serviços e tecnologias de acesso, apoiando-se fortemente nas redes definidas por software (do inglês, Software Defined Networks, SDN). Apesar de estas redes definidas por software, estarem a ser exploradas e implementadas no núcleo de rede, atualmente não contemplam o seu impacto em equipamentos sem-fios móveis, de forma a avaliar o possível suporte de controlo. Os desafios associados à extensão dos mechanismos e protocolos, como o OpenFlow, das redes definidas por software até aos equipamentos móveis, não só requerem o desenho de uma infra-estrutura capaz de suportar essa extensão, como também da sua avaliação e provenientes benefícios. Esta dissertação acompanha a tendência destas futuras redes, explorando a interação entre o equipamento móvel e a rede, em ambientes sem-fios heterogéneos, nos quais os mecanismos de SDN são extendidos até equipamentos móveis capazes de não só consumir, como também de produzir informação. Com isto, foi desenvolvida e implementada sobre uma rede sem-fios física uma arquitetura conceptual, na qual os mecanismos SDN são extendidos até ao terminal, suportando diferentes equipamentos móveis com múltiplos fluxos de dados. Os resultados obtidos, mostram a sua viabilidade em cenários de mobilidade sem congestionamento, visando benefícios em extender os mecanismos SDN para controlo de fluxos end-to-end em ambientes sem-fios.

The connectivity capabilities of mobile wireless devices have been forever changing how networks operate, increasingly demanding resources from the network. This places a need for novel mobile network architectures and mechanisms, targeting tomorrows challenges, as envisaged by 5G networks research efforts. This future network, seen as the next generation telecommunications architecture, aims to tackle the explosion of connected devices, services and access technologies, relying its architecture on Software Defined Networks (SDN) to compose its underlying mechanisms. Notwithstanding, despite the need for novel control procedures to support and optimize increasingly challenging wireless mobile scenarios, SDN has been being deployed at the core and backhaul sections of the network and is not actively considering its impact directly over the wireless mobile terminals themselves. The challenges associated with the extension of SDN protocols, such as OpenFlow, all the way to the terminal requires the design and evaluation of frameworks that not only provide such mechanisms, but actually evaluate them and their benefits. This thesis shades a light on an important 5G trend, namely the interaction of the mobile node with the network, exploring a framework where SDN mechanisms are extended all the way to the mobile node, in heterogeneous wireless environments featuring different mobile nodes with multiple data flows, which act both as consumers and producers of information. In this way, flow-based mobility management becomes available to a network controller entity, via the OpenFlow protocol. The concept framework was implemented over a physical wireless testbed, validating its contribution in a mobile source-mobility use case, with results highlighting the promising benefits of extending SDN approaches for end-to-end flow control in wireless environments.