Seer: Empowering Software Defined Networking with Data Analytics

Network complexity is increasing, making network control and orchestration a challenging task. The proliferation of network information and tools for data analytics can provide an important insight into resource provisioning and optimisation. The network knowledge incorporated in software defined networking can facilitate the knowledge driven control, leveraging the network programmability. We present Seer: a flexible, highly configurable data analytics platform for network intelligence based on software defined networking and big data principles. Seer combines a computational engine with a distributed messaging system to provide a scalable, fault tolerant and real-time platform for knowledge extraction. Our first prototype uses Apache Spark for streaming analytics and open network operating system (ONOS) controller to program a network in real-time. The first application we developed aims to predict the mobility pattern of mobile devices inside a smart city environment.Comment: 8 pages, 6 figures, Big data, data analytics, data mining, knowledge centric networking (KCN), software defined networking (SDN), Seer, 2016 15th International Conference on Ubiquitous Computing and Communications and 2016 International Symposium on Cyberspace and Security (IUCC-CSS 2016

Results and achievements of the ALLIANCE Project: New network solutions for 5G and beyond

Leaving the current 4th generation of mobile communications behind, 5G will represent a disruptive paradigm shift integrating 5G Radio Access Networks (RANs), ultra-high-capacity access/metro/core optical networks, and intra-datacentre (DC) network and computational resources into a single converged 5G network infrastructure. The present paper overviews the main achievements obtained in the ALLIANCE project. This project ambitiously aims at architecting a converged 5G-enabled network infrastructure satisfying those needs to effectively realise the envisioned upcoming Digital Society. In particular, we present two networking solutions for 5G and beyond 5G (B5G), such as Software Defined Networking/Network Function Virtualisation (SDN/NFV) on top of an ultra-high-capacity spatially and spectrally flexible all-optical network infrastructure, and the clean-slate Recursive Inter-Network Architecture (RINA) over packet networks, including access, metro, core and DC segments. The common umbrella of all these solutions is the Knowledge-Defined Networking (KDN)-based orchestration layer which, by implementing Artificial Intelligence (AI) techniques, enables an optimal end-to-end service provisioning. Finally, the cross-layer manager of the ALLIANCE architecture includes two novel elements, namely the monitoring element providing network and user data in real time to the KDN, and the blockchain-based trust element in charge of exchanging reliable and confident information with external domains.This work has been partially funded by the Spanish Ministry of Economy and Competitiveness under contract FEDER TEC2017-90034-C2 (ALLIANCE project) and by the Generalitat de Catalunya under contract 2017SGR-1037 and 2017SGR-605.Peer ReviewedPostprint (published version

Contributing to the pathway towards 5G experimentation with an SDN-controlled network box

Καθώς η απαίτηση σε ευρυζωνικές υπηρεσίες κινητών επικοινωνιών αυξάνεται ραγδαία, τα υπάρχοντα δίκτυα κινητών επικοινωνιών πλησιάζουν τα όριά τους κάνοντας επιτακτική την ανάγκη εξέλιξής τους η οποία θα επέλθει με την τεχνολογική άφιξη της επόμενης γενιάς κινητών επικοινωνιών, ευρέως γνωστής ως 5G. Το 5G μεταφέρει όλες εκείνες τις δυνατότητες οι οποίες είναι απαραίτητες για να καλυφθούν οι συνεχώς αυξανόμενες ανάγκες σε ευρυζωνικές υπηρεσίες, να υποστηρίξουν το Internet of Things καθώς και να ενοποιήσουν ετερογενείς υπηρεσίες σε διαφορετικές βιομηχανίες. Η παρούσα διπλωματική εργασία στοχεύει να παρουσιάσει το “Network in a box”, ένα καινοτόμο εργαλείο που αναπτύξαμε στο εργαστήριο, το οποίο βασίζεται επάνω στους θεμέλιους λίθους του 5G, το SDN και το NFV. Με το SDN να είναι η νέα προσέγγιση στα δίκτυα κινητών επικοινωνιών, ο έλεγχος διαχωρίζεται από τα δεδομένα παρέχοντας τη δυνατότητα οποιεσδήποτε αποφάσεις ελέγχου, να λαμβάνονται κεντρικά, μετατρέποντας έτσι τις κλασικές δικτυακές συσκευές σε απλά προωθητικά στοιχεία του δικτύου. Η συγκεκριμένη διάταξη μιμείται ένα πραγματικό δίκτυο, το οποίο διαθέτει δυνατότητες αυτο-οργάνωσης και αυτο-βελτίωσης, προσομοιώνοντας τη λειτουργία του 5G δικτύου. Το συγκεκριμένο εργαλείο είναι επίσης ικανό να παράσχει KPI μετρικές του 5G δικτύου κάτω από πραγματικές συνθήκες ενόσω αληθινές δικτυακές συσκευές είναι συνδεδεμένες σε αυτό. Η δομή της παρούσας διπλωματικής εργασίας αναλύεται σε πέντε κεφάλαια. Το πρώτο κεφάλαιο παρουσιάζει τις προκλήσεις που σύντομα θα κληθούν να αντιμετωπίσουν τα δίκτυα κινητών επικοινωνιών και πώς αυτές μπορούν να καλυφθούν με την τεχνολογία του 5G. Το δεύτερο κεφάλαιο εισάγει την τάση στην αγορά των κινητών επικοινωνιών που διαφένεται πίσω από την επερχόμενη άφιξη του 5G, αποκαλύπτοντας το επιχειρηματικό πλαίσιο για επιχειρήσεις, καταναλωτές και συνεργασίες όπως επίσης και κάποιες περιπτώσεις χρήσης που αντικατοπτρίζουν την διαρκή εξέλιξη στις ευρυζωνικές υπηρεσίες κινητών επικοινωνιών. Το τρίτο κεφάλαιο εμπεριέχει μια μικρή επισκόπηση των τρέχοντων έργων πάνω στο 5G, τα οποία ξεκίνησαν υπό την αιγίδα της Ευρωπαϊκής Επιτροπής με τη συνεργασία προμηθευτών τεχνολογίας επικοινωνιών, παρόχων υπηρεσιών, μικρομεσαίων επιχειρήσεων και πανεπιστημίων. Γίνεται επίσης αναφορά στις βασικές τεχνολογίες του 5G και στις δραστηριότητες προτυποποίησής του. Προχωρώντας στο τέταρτο κεφάλαιο, περιγράφουμε σε βάθος την αρχιτεκτονική του 5G δικτύου, αναλύοντας τα SDN, NFV, MANO και εξετάζουμε πώς αυτά συνεισφέρουν στη βιωσιμότητα του δικτύου. Τέλος, στο πέμπτο κεφάλαιο εισάγουμε μια καινοτόμο ιδέα που αναπτύξαμε στο εργαστήριο δικτύων του πανεπιστημίου μας, ένα πλήρως αυτόνομο δικτυακό εργαλείο, το “Network in a box”. Παρουσιάζουμε σε βάθος πώς αυτός ο server μπορεί να εγκατασταθεί και να λειτουργήσει καθώς και τις δυνατότητές του κάτω από πραγματικές συνθήκες λειτουργίας του δικτύου, ενώ λαμβάνουν χώρα υποβάθμιση ποιότητας ή μη-διαθεσιμότητα στις δικτυακές ζεύξεις, παρέχοντας επίσης μετρικές από τη λειτουργία του δικτύου σε πραγματικό χρόνο.As the demand in mobile broadband is tremendously increased and the heterogeneity of the services to be covered is growing rapidly, current mobile networks are close to their limits imposing the need of an evolution which is going to be introduced by the next generation technology, the ITU IMT-2020, well known as 5G. 5G brings all those capabilities required to cover the increased mobile broadband needs, support the Internet of Things and bind heterogeneous services in different industries. This diploma thesis aims at presenting the “Network in a box”, an innovative tool we developed which is based on the key 5G principles, SDN and NFV. With Software Defined Networking (SDN) being the new approach in mobile networks, control and data plane are decoupled providing the ability to make any control related decisions centrally and transform legacy network devices to simple forwarding elements. This testbed is a portable emulated network device which is self-managed and self-optimised and can be connected between any real network devices, emulating how the 5G network will perform. This plug & play black-box testbed is also capable of providing KPI metrics of the 5G network under real circumstances when real network devices are connected to it. The structure of this diploma thesis is decomposed in five chapters. Chapter 1 presents the challenges mobile networks will shortly face due to the growing heterogeneous demands in communications towards the year 2020 and beyond and how these can be met with the upcoming 5G technology. Chapter 2 introduces the market trend behind the new era of 5G, revealing the business context for enterprises, consumers, verticals and partnerships as well as some use cases which reflect the continuous mobile broadband evolution. Chapter 3 includes a short overview of the ongoing 5G projects, initiated under the umbrella of the European Commission, with the collaboration of communications technology vendors, telecommunications operators, service providers, small and medium-sized enterprises (SMEs) and universities. There is also a reference in 5G key enabling technologies and standardisation activities as we move towards the next generation mobile networks technology. Moving forward, chapter 4 describes in detail the technological components of 5G network architecture such as SDN, NFV, MANO and examines how these 5G key enabling technologies contribute to the overall networks’ sustainability. Finally, in chapter 5 we introduce an innovative idea developed in our university’s communications network research laboratory, an autonomous emulated portable network testbed, the “Network in a box”. We present in-depth how this portable server is deployed, operates and demonstrate the way it can be connected to real network elements emulating a real 5G end-to-end customer network. Moreover, in this last chapter we present “Network in a box” capabilities under real network circumstances when link degradations or failures take place, providing also real-time network metrics

View on 5G Architecture: Version 2.0

The 5G Architecture Working Group as part of the 5GPPP Initiative is looking at capturing novel trends and key technological enablers for the realization of the 5G architecture. It also targets at presenting in a harmonized way the architectural concepts developed in various projects and initiatives (not limited to 5GPPP projects only) so as to provide a consolidated view on the technical directions for the architecture design in the 5G era. The first version of the white paper was released in July 2016, which captured novel trends and key technological enablers for the realization of the 5G architecture vision along with harmonized architectural concepts from 5GPPP Phase 1 projects and initiatives. Capitalizing on the architectural vision and framework set by the first version of the white paper, this Version 2.0 of the white paper presents the latest findings and analyses with a particular focus on the concept evaluations, and accordingly it presents the consolidated overall architecture design

Control-data separation architecture for cellular radio access networks: a survey and outlook

Conventional cellular systems are designed to ensure ubiquitous coverage with an always present wireless channel irrespective of the spatial and temporal demand of service. This approach raises several problems due to the tight coupling between network and data access points, as well as the paradigm shift towards data-oriented services, heterogeneous deployments and network densification. A logical separation between control and data planes is seen as a promising solution that could overcome these issues, by providing data services under the umbrella of a coverage layer. This article presents a holistic survey of existing literature on the control-data separation architecture (CDSA) for cellular radio access networks. As a starting point, we discuss the fundamentals, concepts, and general structure of the CDSA. Then, we point out limitations of the conventional architecture in futuristic deployment scenarios. In addition, we present and critically discuss the work that has been done to investigate potential benefits of the CDSA, as well as its technical challenges and enabling technologies. Finally, an overview of standardisation proposals related to this research vision is provided