Application of SDN Concept in Mobile Backhaul for Traffic Optimization

Abstract

The proliferation of mobile broadband is driven by the evolution of radio technologies in the access network. The Mobile Backhaul (MBH) needs to evolve to avoid being the bottleneck for bandwidth hungry and delay sensitive data traffic. Internet Protocol (IP) based backhaul solutions offer differentiation based on Quality of Service (QoS) and Class of Service (CoS) and flexible bandwidth planning for the ever increasing data traffic. Additionally, Multiprotocol Label Switching (MPLS) based transport protocols support mechanisms for co-existence of different generation technologies. Operator networks benefit from meticulously performed traffic engineering in the backhaul citing that it is very big portion of their network. They also need an efficient network architecture thus SDN is proposed as the new networking paradigm for MBH in this thesis.

Legacy networks -which are often proprietary- mainly consist of purpose built hardware with Application Specific Integrated Circuits (ASICs). ASIC-based hardware have high performance but exhibit low flexibility. These appliances stand in the way of the upgrade flexibility required by the network operators to facilitate speedy innovation and delivery of new services. Software-Defined Networking's (SDN's) decoupled control plane and forwarding plane architecture simplifies the forwarding plane by collecting intelligence in the controller. It offers a standardized interface realizing the desired programmability of the network elements. SDN encourages vendor agnostic standardized protocols to boost interoperability.

The feasibility of SDN in MBH has been studied in this thesis. Moreover the scalability of the centralized controller has been analysed. This thesis is organized in literature review, practical software project and analysis.

Radioverkkoteknologioiden kehitys on johtanut liikennemäärän räjähdysmäiseen kasvuun matkapuhelinverkoissa. Matkapuhelinverkkojen liitäntäverkoille (mobile backhaul) on tullut tarve kehittyä, jotta ne eivät jää tietoliikenneverkkojen pullonkaulaksi tietoliikennekapasiteetin ja viiveiden suhteen. IP-pohjaiset ratkaisut tarjoavat joustavia ratkaisuja palvelunlaadun ja palveluluokkien määrittelyyn kasvavalle liikennemäärälle. Operaattorit saavat etua palvelunlaadun määrittelyjen avulla tehdystä huolellisesta liikennevirtojen hallinnasta (traffic engineering). Operaattorit tarvitsevat myös tehokkaan verkkoarkkitehtuurin hallinnalleen - SDN:ää ehdotetaan tässä diplomityössä uudeksi hallintaratkaisuksi matkapuhelinverkkojen liitäntäverkoille.

Perinteiset verkkoteknologiat, jotka saattavat perustua osittain ei-julkisiin, suljettuihin teknologiaratkaisuihin, koostuvat usein tarkoitukseen rakennetuista laitteista ja mikropiireistä (ASIC). Mikropiirit antavat suuren suorityskyvyn, mutta eivät ole kovin joustavia. Mikäli joustavuutta halutaan lisätä matkapuhelinverkoissa uusien innovaatioiden ja palveluiden avulla, perinteisiä verkkoteknologioita on vaikea mukauttaa tähän malliin. SDN:n toisistaan eriytetyt hallintataso ja liikenteen välityksen taso yksinkertaistavat verkon laitteita, koska verkon äly on siirretty keskitetysti hallintatasolle. SDN rohkaisee käyttämään standardoituja, laitevalmistajista riippumattomia avoimia protokollia, jotka mahdollistavat eri valmistajien laitteiden yhteiskäytön.

SDN:n soveltuvuutta matkapuhelinverkkojen liitäntäverkkoihin on tutkittu tässä diplomityössä. Tämän lisäksi keskitetyn hallintaratkaisun skaalautuvuutta näihin verkkoihin on analysoitu. Diplomityö on jaettu kirjallisuuskatsaukseen, käytännön ohjelmistoprojektiin ja itse analyysiin näiden pohjalta.