Ứng dụng của SDN trong mạng di động 5g

Đối với kiến trúc mạng di động trong tương lai, công nghệ SDN/NFV là những công nghệ hỗ trợ hoàn thiện một kiến trúc mạng hoàn thiện hơn. Nếu như các thế hệ mạng trước phải đối mặt với các vấn đề về tài nguyên, sự phức tạp của hệ thống thì 5G cùng với SDN/NFV sẽ là một hệ thống mạng thông minh, linh hoạt với các khả năng về người dùng, khả năng về lập trình mạng… Trong hệ thống 5G, EPC là nơi phù hợp để triển khai công nghệ SDN/ NFV. Việc cấu hình lại EPC và thêm tính năng lập trình bằng cách tách mặt phẳng điều khiển và mặt phẳng dữ liệu trong EPC thông qua ảo hóa. Các thành phần trong EPC được điều khiển bởi bộ điều khiển SDN. Với tốc độ phát triển của ngành viễn thông Việt Nam như hiện nay, việc triển khai 5G đang ngày càng gần hơn. Dựa vào những ưu điểm vượt trội so với 4G, mạng 5G được kỳ vọng sẽ là bước tiến lớn, tạo ra những thay đổi trong đời sống con người. LỜI CAM ĐOAN 1 LỜI CẢM ƠN 2 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 5 DANH MỤC HÌNH VẼ 8 DANH MỤC CÁC BẢNG 9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 5G 10 1.1 Giới thiệu về thế hệ mạng di động 5G 10 1.2 Kiến trúc mạng tổng quan 13 1.3 Tổng quan về mạng lõi trong 5G 15 1.3.1 Các thành phần và chức năng của mạng lõi 15 1.3.2 Giao thức trong EPC (GPRS Tunning Protocol) 16 1.3.3 Mạng lõi cho 5G 17 1.3.3.1 Chức năng hệ thống 17 1.3.3.2 Mặt phẳng điều khiển 19 1.3.3.3 Mặt phẳng dữ liệu 19 CHƯƠNG 2: MẠNG ĐỊNH NGHĨA BẰNG PHẦN MỀM SDN VÀ CHỨC NĂNG ẢO HÓA MẠNG NFV 21 2.1 Mạng định nghĩa bằng phần mềm SDN Software Defined Network 21 2.1.1 Kiến trúc của SDN 21 2.1.2 OpenFlow Switch 24 2.2 Ảo hóa chức năng mạng – Network Function Virtualazation (NFV) 28 2.2.1 Kiến trúc NFV 30 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA SDN TRONG MẠNG DI ĐỘNG 5G 35 3.1 Ứng dụng của SDN trong mạng di động 5G 35 3.2 Mô phỏng 50 3.2.1 Phần mềm mô phỏng 50 3.2.1.1 Mininet 50 3.2.1.2 Floodlight controller 51 3.2.2 Mô phỏng 52 KẾT LUẬN 56 TÀI LIỆU THAM KHẢO 57

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “ Ứng dụng SDN mạng di động 5G” cơng trình nghiên cứu thân Trong q trình viết có sử dụng số tài liệu tham khảo có nguồn gốc rõ ràng, với hướng dẫn TS Phạm Thị Thúy Hiền Tôi xin cam đoan có vấn đề xin hồn tồn chịu trách nhiệm Sinh viên thực LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy cô giáo Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng nói chung thầy khoa Viễn thơng, mơn Vơ tuyến nói riêng tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt 4,5 năm học tập trường Học viện Công nghệ Bưu Viễn thơng Em xin gửi lời cảm ơn đến TS Phạm Thị Thúy Hiền hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn dạy tận tình em suốt thời gian em làm đồ án tốt nghiệp Cuối em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, anh chị đồng nghiệp quan tâm, động viên, đóng góp ý kiến giúp đỡ trình học tập, nghiên cứu hồn thành đồ án tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .1 LỜI CẢM ƠN DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DANH MỤC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG .9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 5G 10 1.1 Giới thiệu hệ mạng di động 5G 10 1.2 Kiến trúc mạng tổng quan 13 1.3 Tổng quan mạng lõi 5G 15 1.3.1 Các thành phần chức mạng lõi 15 1.3.2 Giao thức EPC (GPRS Tunning Protocol) 16 1.3.3 Mạng lõi cho 5G .17 1.3.3.1 Chức hệ thống 17 1.3.3.2 Mặt phẳng điều khiển .19 1.3.3.3 Mặt phẳng liệu 19 CHƯƠNG 2: MẠNG ĐỊNH NGHĨA BẰNG PHẦN MỀM SDN VÀ CHỨC NĂNG ẢO HÓA MẠNG NFV 21 2.1 Mạng định nghĩa phần mềm SDN Software Defined Network 21 2.1.1 Kiến trúc SDN 21 2.1.2 OpenFlow Switch 24 2.2 Ảo hóa chức mạng – Network Function Virtualazation (NFV) 28 2.2.1 Kiến trúc NFV 30 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA SDN TRONG MẠNG DI ĐỘNG 5G 35 3.1 Ứng dụng SDN mạng di động 5G 35 3.2 Mô 50 3.2.1 Phần mềm mô 50 3.2.1.1 Mininet 50 3.2.1.2 Floodlight controller 51 3.2.2 Mô 52 KẾT LUẬN .56 TÀI LIỆU THAM KHẢO .57 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng BBU Baseband Unit Đơn vị băng tần sở BS Base Station Trạm gốc CaPex Capital Expenditures Chi phí đầu tư C – RAN Cloud – Radio Access Network Mạng truy cập vô tuyến đám mây CPE C-plane entity Thực thể luồng điều khiển CPRI Common Public Radio Interface Giao diện vô tuyến công cộng chung D2D Device to Devide Kỹ thuật kết nối từ thiết bị tới thiết bị EPC Evolved Packet Core Lõi gói phát triển EPS Evolved Packet System Hệ thống gói phát triển GTP Gprs Tunning Protocol Giao thức đường hầm GPRS GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vơ tuyến gói tổng hợp HSS The Home Subscriber Server Server thuê bao nhà IC Infrastructure SDN Controller Bộ điều khiển SDN sở hạ tầng M2M Machine to Machine Tương tác máy với máy MBB Mobile Broad Band Băng thông rộng di động MME The mobility Management entity Thực thể quản lý di động NFV Network function virtualization Ảo hóa chức mạng NFVI Network function virtual infrastion Hạ tầng ảo hóa mạng Network function virtual Manager & ochestration Khối điều phối quản lý NSO Network Service Orchestrator Điều phối dịch vụ mạng OPEX Operating Expenditure Chi phí hoạt động OSS Operation Support System Hệ thống hỗ trợ vận hành PCRF The Policy Control and Charging Rules Function Khối tính cước điều khiển sách NFV M&O PDN-GW Packet Data Node Gateway Cổng nút liệu gói QoS Quality of serving Chất lượng phục vụ RO Resource Orchestrator Điều phối tài nguyên RRH REMote radio head Đầu điều khiển vô tuyến từ xa SDN Software Defined Network Mạng định nghĩa phần mềm SGW Serving Gateway Cổng dịch vụ SSL Secure Sockets Layer Lớp cổng bảo mật TC Tenant SDN Controller Bộ điều khiển SDN nhà cung cấp dịch vụ UPE U-plane entity Thực thể luồng điều khiển VIM Virtual Interfraction Manager Quản lý hạ tầng ảo WIM WAN Interfraction Manger Quản lý hạ tầng WAN DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 1.1 Cấu trúc mạng tổng quan 5G .13 1.2 Kiến trúc EPC hệ thống truy cập 3GPP .14 1.3 Kiến trúc EPC cho mạng 5G .17 1.4 Phân loại gói định tuyến mặt phẳng liệu 19 2.1 Kiến trúc SDN 21 2.2 Kiến trúc OpenFlow Switch 24 2.3 Quan hệ Controller thiết bị OpenFlow Switch .26 2.4 Kiến trúc NFV 29 2.5 Kiến trúc VNF 30 2.6 Các miền NFVI 32 3.1 Kiến trúc HetNet 5G hỗ trợ HAS .34 3.2 Hoạt động điều khiển trạm gốc 35 3.3 Các khối quy trình lập trình mạng 37 3.4 Kiến trúc mạng cắt lát… 39 Hình 3.5 Kiến trúc mạng cắt lát SDN… 41 Hình 3.6 Triển khai mạng cắt lát hỗ trợ SDN NFV… 43 Hình 3.7 Kiến trúc mạng UUDN 48 Hình 3.8 Kiến trúc Floodlight Controller 50 Hình 3.9 Mơ hình mạng (Fattree) 51 Hình 3.10 Mơ hình mạng quan sát qua cổng 8080 54 Hình 3.11 Dùng Wireshark bắt gói tin từ host tới host 54 Hình 3.12 Dùng Wireshark bắt gói tin từ host tới host 4… 54 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Các số hiệu suất 11 Bảng 2.1 So sánh mạng truyền thống mạng sử dụng NFV 29 Bảng 3.1 Bảng so sánh mạng truyền thống UDN 47 Bảng 3.2 Thông lượng từ h1 tới h3 trước sau cân tải 53 Bảng 3.3 Thông lượng từ h1 tới h4… 54 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 5G 1.1 Giới thiệu hệ mạng di động 5G Sự phát triển theo cấp số nhân dịch vụ video di động (ví dụ: YouTube Mobile TV) thiết bị thông minh tiến Internet of Things (IoT) kích hoạt sáng kiến tồn cầu nhằm phát triển hệ thống truyền thông di động không dây hệ thứ năm (5G) Số lượng thiết bị thơng minh ngày tăng (ví dụ: máy tính bảng điện thoại thơng minh) số lượng ngày tăng ứng dụng di động ngốn băng thơng (ví dụ: phát video trực tiếp, chơi trị chơi video trực tuyến) đòi hỏi hiệu suất phổ cao so với hệ thống 4G đặt thách thức đáng kể 5G Dự báo Chỉ số Mạng Trực quan Cisco (VNI) dự đoán lưu lượng video IP chiếm 82% tổng lưu lượng truy cập Internet người tiêu dùng vào năm 2022, tăng từ 75% vào năm 2017 Riêng lưu lượng video thiết bị di động chiếm 78% lưu lượng liệu di động toàn cầu Trong lưu lượng truy cập cho thực tế ảo / thực tế tăng cường (VR / AR) tăng với Tốc độ tăng trưởng hàng năm tổng hợp (CAGR) 82% từ năm 2017 đến năm 2022, tốc độ tăng trưởng lưu lượng truy cập TV, máy tính bảng, điện thoại thơng minh mô-đun M2M 21% 29%, 49% 49% Sự tăng trưởng vượt bậc kết 12,3 tỷ thiết bị kết nối di động, số dự kiến vượt dân số dự kiến tỷ giới vào năm 2022 Kết nối 5G dự kiến tạo liệu nhiều 4,7 lần so với 4G Với số lượng ngày tăng ứng dụng ngồi liên lạc cá nhân, thiết bị di động đạt hàng trăm tỷ triển khai thương mại mạng 5G Các hệ thống mạng 5G vào khoảng năm 2020 trở cần cung cấp dung lượng gấp 1000 lần so với hệ thống di động 4G thương mại Các Chỉ số Hiệu suất (KPI) 5G dự kiến bao gồm: phạm vi phủ sóng tốt hơn, phổ biến tăng lên gần 100% cho kết nối “mọi lúc nơi”, tốc độ liệu người dùng cao 10–100 lần, tiết kiệm lượng 90%, dịch vụ tổng hợp độ tin cậy tính khả dụng 99,999%, độ trễ qua mạng không dây End-to-End (E2E) ms giảm mức điện từ trường so với LTE 5G kích hoạt nhu cầu ngày tăng mạnh mẽ bối cảnh xã hội kết nối tốt với lưới điện thông minh thành phố thông minh, hệ thống sở hạ tầng quan trọng y tế điện tử y tế từ xa lĩnh vực giáo dục tăng lên để ... hóa chức mạng – Network Function Virtualazation (NFV) 28 2.2.1 Kiến trúc NFV 30 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA SDN TRONG MẠNG DI ĐỘNG 5G 35 3.1 Ứng dụng SDN mạng di động 5G ... QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 5G 10 1.1 Giới thiệu hệ mạng di động 5G 10 1.2 Kiến trúc mạng tổng quan 13 1.3 Tổng quan mạng lõi 5G 15 1.3.1 Các thành phần chức mạng. .. h1 tới h4… 54 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 5G 1.1 Giới thiệu hệ mạng di động 5G Sự phát triển theo cấp số nhân dịch vụ video di động (ví dụ: YouTube Mobile TV) thiết bị thông