Boosting 5G with Network Coding-Aware Slicing
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| Publication Date: | 2024 |
| Format: | Master thesis |
| Language: | eng |
| Source: | Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) |
| Download full: | https://hdl.handle.net/10316/118112 |
Summary: | Dissertação de Mestrado em Engenharia Informática apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia |
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Boosting 5G with Network Coding-Aware SlicingAprimorando o 5G com Network Coding Aware SlicingSoftware Defined Networking5GNetwork slicingNetwork codingOrchestrationRedes Definidas por Software5GSlicing de redesNetwork codingOrquestraçãoDissertação de Mestrado em Engenharia Informática apresentada à Faculdade de Ciências e Tecnologia5G is becoming a more prominent presence in the network environment, bringing many innovations, such as the concept of network slicing and the use of network coding. The complex architecture and approaches introduced by 5G (function decoupling in a transversal way based on virtualization) led to new challenges that have been taken by combining third-party solutions. For example, network slicing is enabled by technologies such as Software Defined Network and Network Function Virtualization that need to be coordinated by a 5G orchestrator and managed by a Software Defined Network Controller.Network slicing allows a service provider to create an End-To-End logical network with a specific set of Quality of Service and Virtualized Network Functions, easing the process of creating service-specific networks and allowing for better resource allocation, which the 5G orchestrators are already capable of doing.The issue arises when the full End-To-End network slice must pass through a traditional network controlled by a Software Defined Network Controller that is not related to the 5G orchestrator network. This controller is unaware of the existence of a network slice in its network infrastructure, making it unable to provide the expected slice characteristics, such as Quality of Service, and consequently failing to fulfill the End-To-End network slice requirements.Our work begins by studying the technologies related to network management, such as Software Defined Networks and Network Function Virtualization, followed by an in-depth of 5G and network slicing. We compare 5G orchestrators and Software Defined Network Controllers, and also introduce network coding as well as the benefits it offers. We then analyze the challenges involved in improving orchestration and decision-making in Software Defined Network Controllers based on Quality of Service in the available network slices of the network infrastructure.Following, we present the developed framework envisioned to implement End-To-End network slicing using a Software Defined Network Controller based on different Quality of Service metrics for each available network slice in the infrastructure while also supporting network coding capabilities. The results present the framework in different topologies and scenarios, revealing the improvements of using network slicing in a network with multiple traffic contexts.O 5G está a tornar-se cada vez mais presente no ambiente de rede, trazendo muitas inovações, como o conceito de slicing de redes e a utilização de network coding. A arquitetura complexa e as abordagens introduzidas pelo 5G (desacoplamento de funções de forma transversal com base na virtualização) deram origem a novos desafios que foram enfrentados pela combinação de soluções de terceiros. Por exemplo, o slicing de redes é possibilitado por tecnologias como redes definidas por software e a virtualização de Network Functions que precisam de ser rquestradas por um orquestrador 5G e geridas por um controlador de redes definidas por software.O slicing de redes permite que um provedor de serviços crie uma rede lógica End-To-End com um nível específico de qualidade de serviço e um conjunto de Network Functions virtualizadas, facilitando o processo de criação de redes específicas para cada serviço e permitindo uma melhor alocação de recursos, o que os orquestradores 5G já são capazes de fazer.O problema surge quando, para ter uma slice de rede End-To-End, é necessário passar por uma rede tradicional controlada por um controlador de redes definidas por software que não tem qualquer relação com a rede do orquestrador 5G. Este controlador não tem conhecimento da existência de uma slice de rede na sua infraestrutura de rede, o que o torna incapaz de fornecer as características esperadas pela slice, como qualidade de serviço, o que implica não cumprir os requisitos da slice de rede End-To-End.O nosso trabalho começa por estudar as tecnologias relacionadas com a gestão de redes, como as redes definidas por software e a virtualização de Network Functions, seguido de uma análise aprofundada do 5G e do slicing de rede. Comparamos orquestradores 5G e controladores de redes definidas por software, e introduzimos o conceito de network coding e os benefícios que este oferece. Em seguida, analisamos os desafios envolvidos na melhoria da orquestração e da tomada de decisões em controladores de redes definidas por software com base em qualidade de serviço nas slices de rede disponíveis na infraestrutura de rede. Posteriormente, apresentamos o framework desenvolvido, concebido para implementar slicing de rede de End-To-End utilizando um controlador de redes definidas por Software, baseado em diferentes métricas de qualidade de serviço para cada slice de rede disponível na infraestrutura, suportando também capacidades de network coding. Os resultados apresentam o framework em diferentes topologias e cenários, revelando as melhorias obtidas com o uso de slicing de rede numa rede com múltiplos contextos de tráfego.2024-09-20info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/masterThesishttps://hdl.handle.net/10316/118112https://hdl.handle.net/10316/118112TID:203827481engGonçalves, Rafael António Lemosinfo:eu-repo/semantics/openAccessreponame:Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP)instname:FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiainstacron:RCAAP2025-01-24T23:19:52Zoai:estudogeral.uc.pt:10316/118112Portal AgregadorONGhttps://www.rcaap.pt/oai/openaireinfo@rcaap.ptopendoar:https://opendoar.ac.uk/repository/71602025-05-29T06:11:59.029384Repositórios Científicos de Acesso Aberto de Portugal (RCAAP) - FCCN, serviços digitais da FCT – Fundação para a Ciência e a Tecnologiafalse |
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