SoftRAN: Software Defined Radio Access Network. Aditya Gudipati, Daniel Perry, Li Erran Li, Sachin Katti

Transcrição

1 SoftRAN: Software Defined Radio Access Network Aditya Gudipati, Daniel Perry, Li Erran Li, Sachin Katti

2 2 Nossa apresentação 1. Redes de acesso via rádio (RAN) 2. Exemplo do problema: Interferência e Mobilidade 3. Solução proposta: SoftRAN 4. Principais resultados 5. Sugestão de novas pesquisas 6. Trabalhos Relacionados 7. Conclusão 8. Discussão 2

3 * Long Term Evolution Redes LTE* Radio Access Network - RAN

4 S-Gateway Serving gateways Gerencia mobilidade dos usuários Armazena estados da rede Permite usuários reterem IP Encaminha (tunnel) tráfego para para P- GW P-Gateway Packet gateways Aplica políticas de QoS Monitora tráfego Realiza bilhetagem Conecta com Internet e outras redes celulares 4

5 5 Ações realizadas por RAN 1. Atribuir cada cliente a uma estação base

6 time 6 Ações realizadas por RAN 1. Atribuir cada cliente a uma estação base 2. Atribuir blocos de recursos para cada fluxo Flow 1 Flow 2 frequency

7 time 7 Ações realizadas por RAN 1. Atribuir cada cliente a uma estação base 2. Atribuir blocos de recursos para cada fluxo 3. Atribuir potência de transmissão a ser utilizada por cada bloco de recurso db db db db db frequency

8 8 Desafios atuais para RAN Aumento de demanda por recursos nas redes sem fio Picocells Femtocells Criam um problema: O gerenciamento de recursos apresentam forte acoplamento entre as estações base

9 Acoplamento de gerência devido à Interferência BS1 BS2 Limitação da quantidade de frequência faz com que estações base próximas possam estar utilizando a mesma frequência. Cliente 1 Cliente 2 A potência utilizada por BS1 afeta o Cliente 2 (como uma interferência) A interferência percebida por Cliente 2 afeta os requisites de potência solicitados a BS2 A potência de BS2 afeta BS1

10 Acoplamento de gerência devido à Mobilidade BS2 BS1 A coordenação do handover é crítica para sistema Cliente 1 Cliente 2 O fato das células ficarem muito pequenas implica: Em maior frequência de handovers Nos clientes perceberem mais estações bases como conexão possível

11 11 em redes densas as decisões no plano de controle devem ser coordenadas entre várias estações base vizinhas, simultaneamente com menor latência possível

12 12 Solução proposta Todas as estações base instaladas em uma área geográfica devem ser abstraídas como uma grande estação base virtual é composta por elementos de rádio (as estações base físicas individuais) Os recursos de rádio são abstraídos como uma grade tridimensional do espaço, do tempo e slots de frequência São programados através de um plano de controle de acesso de rádio logicamente centralizado.

13 Arquitetura 13

14 Elementos de rádio SoftRAN API Plano de controle 14 Arquitetura atualiza a visão global da rede comunica as decisões de gestão de recursos de rádio de volta para os elementos de rádio

15 15 SoftRAN Algoritmo de controle SO de rede Parâmetros do Operador Refatorar o plano de controle Tx/Rx Tx/Rx BS1 BS3 Tx/Rx Tx/Rx BS2 BS4

16 16 Refatoração Todas as decisões de controle que influenciam a tomada de decisão em elementos de rádio vizinhos devem ser feitas pelo controlador decisões precisam ser coordenadas através de elementos de rádio. Todas as decisões a serem tomadas com frequência deverá de preferência ser feita no elemento de rádio o atraso inerente entre o elemento de rádio e o controlador aumenta o tempo de resposta para estes parâmetros que variam com frequência.

17 17 Implementação Permite ser implementada gradativamente na infraestrutura corrente Sem modificações na interface cliente estação base

18 18 Casos de uso 1. Balanceamento de carga 2. Otimização de utilidade

19 19 Casos de uso 1. Balanceamento de carga BS1 BS2

20 20 Casos de uso 2. Otimização de utilidade P P 2 U1 U2 P 2 P BS1 P 2 U1 U2 P 2 BS2 Utilidade total = 3

21 21 Casos de uso 2. Otimização de utilidade P P 4 U1 U2 3P 4 P BS1 3P U2 BS2 4 U1 P 4 Utilidade total = 4

22 22 Outras possibilidades de pesquisa Coordenação das funções de camada física Soft decoding Sucessive interference cancellation Beamforming Para gerir complexas técnicas de camada física através de múltiplos elementos de rádio, o controlador SoftRAN também pode instruir o elemento rádio em suas ações do plano de dados. Estas podem ser armazenadas no elemento rádio como uma tabela (regra, ação)

23 23 Outras possibilidades de pesquisa Coordenação das funções de camada física Adaptação dinâmica da arquitetura RAN aos padrões de tráfego redefinir os limites de uma estação base (remapear a associação entre elementos de rádio e estação base) minimizar o número de handovers desligar elementos de rádio de forma dinâmica, de modo a conservar a energia

24 24 Outras possibilidades de pesquisa Coordenação das funções de camada física Adaptação dinâmica da arquitetura RAN aos padrões de tráfego Alavancar a implantação incremental de FemtoAPI aberta requer mudanças mínimas para as estações de base existentes e para o padrão LTE

25 25 Trabalhos relacionados 3GPP Self Organizing Networks fazer a rede capaz de autoconfiguração tem sido bem estudado e as suas soluções têm sido bem documentadas e autootimização auto-otimização foi deixada inexplorada Contribuição do SoftRAN

26 Trabalhos relacionados 3GPP Self Organizing Networks Desconsidera latências Realiza atividades do plano de dados 26 cloud RAN centraliza todos os dados e processamento de plano de controle

27 27 Trabalhos relacionados 3GPP Self Organizing Networks cloud RAN software-defined or programmable wireless networks OpenRoads CellSDN OpenRadio OpenRoads primeira rede sem fios baseada em software baseado principalmente em WiFi não oferece suporte especial para redes celulares

28 28 Trabalhos relacionados 3GPP Self Organizing Networks cloud RAN software-defined or programmable wireless networks OpenRoads OpenRoads CellSDN primeira rede sem fios baseada em OpenRadio software CellSDN baseado centraliza principalmente o plano de controle em WiFi para o não núcleo oferece das redes suporte celulares especial para redes celulares

29 29 Trabalhos relacionados 3GPP Self Organizing Networks cloud RAN software-defined or programmable wireless networks OpenRoads OpenRoads CellSDN primeira rede sem fios baseada em OpenRadio OpenRadio software plano de dados CellSDN sem fio programável baseado centraliza interfaces principalmente o de plano programação de controle em WiFi modular para o e não núcleo declarativas oferece das redes suporte em celulares toda especial a pilha para sem fio redes não celulares fornecer qualquer controlador RAN

30 30 Conclusões Os autores afirmam que a abstração é bem sucedida, capaz de atender ao uma grande área geográfica É capaz de gerar outros ramos de pesquisa

31 31 Considerações Somente realizou simulação Falta avaliar empiricamente em hardware e software Conceitos em SoftRAN podem ser utilizados para outras rede sem fio, como WiFi? Handover Autenticação, Autorização e Accounting (AAA) QoS Maximização de utilidade Bilhetagem

32 32 Referência Aditya Gudipati, Daniel Perry, Li Erran Li, and Sachin Katti SoftRAN: software defined radio access network. In Proceedings of the second ACM SIGCOMM workshop on Hot topics in software defined networking (HotSDN '13). ACM, New York, NY, USA, DOI= / M. Bansal, J. Mehlman, S. Katti, and P. Levis. Openradio: a programmable wireless dataplane. HotSDN 12, , New York, NY, USA, ACM. Li Erran Li, Z. Morley Mao, and Jennifer Rexford Toward Software-Defined Cellular Networks. In Proceedings of the 2012 European Workshop on Software Defined Networking (EWSDN '12). IEEE Computer Society, Washington, DC, USA, Kok-Kiong Yap, Rob Sherwood, Masayoshi Kobayashi, Te-Yuan Huang, Michael Chan, Nikhil Handigol, Nick McKeown, and Guru Parulkar Blueprint for introducing innovation into wireless mobile networks. In Proceedings of the second ACM SIGCOMM workshop on Virtualized infrastructure systems and architectures (VISA '10). ACM, New York, NY, USA, DOI= /

33 33 Apresentação realizada para o curso de Sistemas em Rede do professor Marcos Augusto M. Vieira Dia 01/04/2014