SDN-based Mobile Networking for Cellular Operators Seil - PowerPoint PPT Presentation

SDN-­‑based ¡Mobile ¡Networking ¡ for ¡Cellular ¡Operators ¡ Seil Jeon, Carlos Guimaraes, Rui L. Aguiar

Background ¡ • The ¡data ¡explosion ¡currently ¡we’re ¡facing ¡with ¡ has ¡ a ¡ serious ¡ impact ¡ on ¡ current ¡ cellular ¡ networks ¡that ¡are ¡highly ¡centralized ¡

Current ¡mobile ¡architecture ¡deployed ¡ (3GPP-­‑based) ¡ K. ¡Pen=kousis ¡and ¡P. ¡Ber=n, ¡“Mobility ¡management ¡in ¡infrastructure ¡networks,” ¡ • IEEE ¡Internet ¡Compu=ng, ¡vol. ¡, ¡no. ¡, ¡pp. ¡, ¡ ¡

Current ¡mobile ¡architecture ¡deployed ¡ (IP-­‑based) ¡ K. ¡Pen=kousis ¡and ¡P. ¡Ber=n, ¡“Mobility ¡management ¡in ¡infrastructure ¡networks,” ¡ • IEEE ¡Internet ¡Compu=ng, ¡vol. ¡, ¡no. ¡, ¡pp. ¡, ¡ ¡

Centralized ¡mobility ¡management ¡ architecture ¡ • M-­‑CP: ¡Mobility ¡Control ¡Plane ¡ • M-­‑DP: ¡Mobility ¡Data ¡Plane ¡ Data ¡plane ¡tunnel ¡ Mobility ¡Protocol ¡ MD ¡ M-­‑CP ¡ M-­‑CP ¡ M-­‑CP ¡ MN ¡ M-­‑DP ¡ M-­‑DP ¡ M-­‑DP ¡ CN ¡

Distributed ¡mobility ¡management ¡ architecture ¡ • A ¡key ¡idea ¡is ¡to ¡distribute ¡mobility ¡anchor ¡ func=ons ¡into ¡the ¡edges ¡ AG ¡ AG/MA ¡ AG ¡ AG ¡ AG/MA ¡ AG/MA ¡ MA ¡ AG ¡ AG/MA ¡ – Access ¡Gateway ¡(AG), ¡Mobility ¡Anchor ¡(MA) ¡

Distributed ¡mobility ¡management ¡ architecture ¡ MD ¡ Mobility ¡Protocol ¡ M-­‑CP ¡ (op=onal) ¡ M-­‑CP ¡ M-­‑CP ¡ MN ¡ M-­‑DP ¡ M-­‑DP ¡ CN ¡ Data ¡plane ¡tunnel ¡ (a) ¡Par=ally-­‑distributed ¡ Mobility ¡Protocol ¡ MD ¡ MD ¡ M-­‑CP ¡ M-­‑CP ¡ MN ¡ M-­‑DP ¡ M-­‑DP ¡ CN ¡ Data ¡plane ¡tunnel ¡ (b) ¡Fully-­‑distributed ¡

Distributed ¡mobility ¡management ¡ architecture ¡ • The ¡par=ally-­‑distributed ¡model ¡could ¡be ¡seen ¡ quite ¡reasonable ¡ • But ¡the ¡control ¡plane ¡distribu=on ¡in ¡fully-­‑ distributed ¡model, ¡e.g. ¡using ¡peer-­‑to-­‑peer ¡ (P2P) ¡approach ¡is ¡s=ll ¡yet ¡convinced ¡in ¡terms ¡of ¡ reliable ¡opera=on ¡support ¡ Mobility ¡Protocol ¡ MD ¡ MD ¡ M-­‑CP ¡ M-­‑CP ¡ MN ¡ M-­‑DP ¡ M-­‑DP ¡ CN ¡ Data ¡plane ¡tunnel ¡ (b) ¡Fully-­‑distributed ¡

Distributed ¡mobility ¡management ¡ architecture ¡ • A ¡large ¡volume ¡of ¡control ¡signaling ¡for ¡ managing ¡distributed ¡mobility ¡database ¡ • Could ¡be ¡hard ¡to ¡enforce ¡network ¡policies ¡ • S=ll ¡remains ¡low ¡flexibility ¡and ¡vulnerability ¡ for ¡effec=ve ¡network ¡opera=ons ¡ Mobility ¡Protocol ¡ MD ¡ MD ¡ M-­‑CP ¡ M-­‑CP ¡ MN ¡ M-­‑DP ¡ M-­‑DP ¡ CN ¡ Data ¡plane ¡tunnel ¡ (b) ¡Fully-­‑distributed ¡

SoFware-­‑Defined ¡Networking ¡(SDN) ¡ • The ¡control ¡and ¡data ¡planes ¡are ¡decoupled ¡ • Network ¡intelligence ¡and ¡state ¡are ¡logically ¡ centralized ¡ App ¡#3 ¡ App ¡#4 ¡ App ¡#5 ¡ App ¡#1 ¡ App ¡#2 ¡ SDN ¡Controller ¡ SDN-­‑compliant ¡ switch ¡ SDN-­‑compliant ¡ switch ¡ SDN-­‑compliant ¡ switch ¡

SoFware-­‑Defined ¡Networking ¡(SDN) ¡ • The ¡underlying ¡network ¡infrastructure ¡is ¡ abstracted ¡from ¡the ¡applica=ons, ¡thus ¡greatly ¡ simplifying ¡network ¡design ¡and ¡opera=ons ¡ App ¡#3 ¡ App ¡#4 ¡ App ¡#5 ¡ App ¡#1 ¡ App ¡#2 ¡ SDN ¡Controller ¡ SDN-­‑compliant ¡ switch ¡ SDN-­‑compliant ¡ switch ¡ SDN-­‑compliant ¡ switch ¡

SDN-­‑based ¡mobile ¡network ¡ architecture ¡ • Fully-­‑separated ¡control ¡plane: ¡a ¡new ¡paradigm ¡ on ¡progressing ¡ MD ¡ SDN ¡Protocol ¡ CE ¡ CN ¡ MN ¡ FE ¡ FE ¡ Data ¡plane ¡tunnel ¡

SDN-­‑based ¡mobile ¡network ¡ architecture ¡ • Lack ¡of ¡features ¡for ¡enhanced ¡mobility ¡ support ¡and ¡network ¡scalability ¡ MD ¡ SDN ¡Protocol ¡ CE ¡ CN ¡ MN ¡ FE ¡ FE ¡ Data ¡plane ¡tunnel ¡

Proposed ¡architecture ¡model ¡#1 ¡ • Par=ally-­‑separated ¡model ¡with ¡a ¡single ¡ controller ¡structure ¡ MD ¡ Mobility ¡Protocol ¡ M-­‑CP ¡ CE ¡ M-­‑CP ¡ SDN ¡Protocol ¡ MN ¡ FE ¡ FE ¡ CN ¡ Data ¡plane ¡tunnel ¡ (a) ¡Par=ally-­‑separated ¡with ¡single ¡control ¡model ¡

Proposed ¡architecture ¡model ¡#1 ¡ • Mobility ¡detec=on ¡and ¡binding ¡management ¡ are ¡enabled ¡by ¡the ¡legacy ¡mobility ¡protocol ¡ • A ¡SDN ¡protocol ¡is ¡used ¡to ¡monitor ¡current ¡ mobility ¡support ¡resources ¡from ¡the ¡deployed ¡ FEs ¡and ¡to ¡deliver ¡command ¡to ¡the ¡FEs ¡ involved ¡in ¡packet ¡forwarding ¡of ¡the ¡flow. ¡

Proposed ¡architecture ¡model ¡#1 ¡ • Pros. ¡ – Reusability ¡of ¡the ¡legacy ¡features ¡made ¡ ¡and ¡ matured ¡for ¡a ¡long ¡=me ¡ – Improved ¡and ¡fast ¡link ¡recovery ¡ – Highly ¡complementary ¡to ¡fill ¡gaps ¡from ¡legacy ¡ control ¡plane ¡and ¡SDN-­‑based ¡control ¡plane ¡

Proposed ¡architecture ¡model ¡#1 ¡ • Cons. ¡ – Implementa=on ¡of ¡the ¡controller ¡may ¡be ¡complex ¡ than ¡the ¡other ¡op=ons ¡ • Interface ¡between ¡M-­‑CP ¡and ¡CE ¡required ¡ – Heterogeneous ¡signaling ¡should ¡be ¡quickly ¡ interpreted, ¡being ¡able ¡to ¡act ¡on ¡proper ¡FEs ¡

Proposed ¡architecture ¡model ¡#2 ¡ • Par=ally-­‑separated ¡model ¡with ¡hierarchical ¡ controller ¡structure ¡ L-­‑MD ¡ G-­‑MD ¡ L-­‑MD ¡ L-­‑CE ¡ G-­‑CE ¡ L-­‑CE ¡ M-­‑CP ¡ M-­‑CP ¡ Mobility ¡ SDN ¡Protocol ¡ Protocol ¡ M-­‑CP ¡ M-­‑CP ¡ MN ¡ FE ¡ FE ¡ CN ¡ Data ¡plane ¡tunnel ¡ (b) ¡Par=ally-­‑separated ¡with ¡hierarchical ¡control ¡model ¡

Proposed ¡architecture ¡model ¡#2 ¡ • Mobility ¡domain ¡could ¡be ¡localized ¡and ¡ isolated ¡for ¡enabling ¡fast ¡event ¡collec=on ¡and ¡ enforcing ¡commands ¡into ¡FEs ¡ L-­‑MD ¡ G-­‑MD ¡ L-­‑MD ¡ L-­‑CE ¡ G-­‑CE ¡ L-­‑CE ¡ M-­‑CP ¡ M-­‑CP ¡ Mobility ¡ SDN ¡Protocol ¡ Protocol ¡ M-­‑CP ¡ M-­‑CP ¡ MN ¡ FE ¡ FE ¡ CN ¡ Data ¡plane ¡tunnel ¡ (b) ¡Par=ally-­‑separated ¡with ¡hierarchical ¡control ¡model ¡

Proposed ¡architecture ¡model ¡#2 ¡ • Pros. ¡ – Scalability ¡is ¡enhanced ¡with ¡inherited ¡features ¡of ¡ par=ally-­‑separated ¡model ¡ ¡ – High-­‑processing-­‑required ¡sub-­‑controllers ¡can ¡ leverage ¡cloud ¡resources ¡deployed ¡at ¡data ¡ centers, ¡

Proposed ¡architecture ¡model ¡#2 ¡ • Cons. ¡ – Implementa=on ¡may ¡be ¡complex ¡since ¡sub-­‑ controllers ¡are ¡connected ¡with ¡three ¡different ¡ en==es ¡(FE, ¡L-­‑CE, ¡G-­‑CE) ¡

Applicability ¡based ¡on ¡#1 ¡ • PMIPv6 ¡ LMA ¡ LMA ¡ CN ¡ (CE) ¡ (CE) ¡ CN ¡ FE ¡ MAG ¡ MAG ¡ MAG ¡ MAG ¡ ••• ¡ (FE) ¡ (FE) ¡ (FE) ¡ (FE) ¡ MN ¡ MN ¡ (a) ¡ (b) ¡

Applicability ¡based ¡on ¡#1 ¡ • Flexible ¡mobility ¡anchor ¡selec=on ¡could ¡be ¡ made, ¡based ¡on ¡flow ¡type ¡and ¡mobility ¡speed ¡ • Improved ¡forwarding ¡technique ¡could ¡be ¡ added ¡for ¡Seamless ¡handover, ¡e.g. ¡bi-­‑cas=ng ¡ in ¡a ¡predic=ve ¡handover ¡case ¡

Applicability ¡based ¡on ¡#1 ¡ • 3GPP ¡Evolved ¡Packet ¡Core ¡(EPC) ¡ CN2 ¡ CN2 ¡ MME ¡ MME ¡ (CE) ¡ SGW ¡/ ¡ SGW ¡/ ¡ PGW ¡ PGW ¡(FE) ¡ CN1 ¡ CN1 ¡ L-­‑PGW ¡ L-­‑SGW ¡ L-­‑PGW ¡ L-­‑SGW ¡ (FE) ¡ (FE) ¡ MN ¡ MN ¡ (a) ¡Gateway ¡selec=on ¡in ¡ (b) ¡Enhanced ¡gateway ¡selec=on ¡ ¡over ¡the ¡proposed ¡ 3GPP ¡EPC ¡standards ¡ SDN-­‑based ¡3GPP ¡EPC ¡architecture ¡