Achieving ultra-reliable low-latency communication (URLLC) in next-generation cellular networks with programmable data planes
Programlanabilir veri düzlemleri ile gelecek nesil hücresel ağlarda aşırı güvenilir düşük gecikmeli iletişim'in sağlanması (URLLC)
- Tez No: 812431
- Danışmanlar: PROF. DR. TUNA TUĞCU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve Kontrol, Computer Engineering and Computer Science and Control
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2022
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Boğaziçi Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Bilgisayar Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 64
Özet
Yeni nesil kablosuz hücresel ağlardaki son gelişmeler, hücresel teknolojinin endüstriyel ağlar gibi daha ağır gereksinimleri olan ve geleneksel olarak kablolu ağlar kullanan sistemlerde uygulanmasını mümkün kılan yeni bir dönem getirdi. Yeni nesil hücresel teknolojiler (ör. 5G ve Ötesi), aşırı güvenilir düşük gecikmeli iletişim (URLLC) konseptini ortaya çıkardı. Bu tezde, URLLC'yi elde etmek için yeni nesil hücresel ağlarda programlanabilir veri düzlemleriyle Yazılım Tanımlı Ağ (SDN) mimarisini öneriyoruz. Tasarımımız, veri trafiğini hat hızında kontrol etmek için hücresel çekirdek ile Radyo Erişim Ağı (RAN) arasında programlanabilir ağ anahtarları kullanıyor. Önceden yetkilendirilmiş ağ içi cihazların çekirdek ağa sinyal göndermesi gerekmeden iletişim kurmasını sağlamak için bir gevşetme olan hücreler arası eniyileme (eng. intra-cellular optimization) kavramını tanıtıyoruz. Ayrıca, programlanabilir anahtarlar arasında bilgi dağıtımı için tasarladığımız Birleştirilmiş Kontrol Düzlemi (eng. Unified Control Plane (UCP)) protokolünü sunuyoruz. Mimarimizi Open5Gs uygulaması, bir UE/RAN simülatörü ve P4 programlama dili kullanarak uygularken sistemimizin çoklu anahtar topolojilerindeki performansını geliştirdiğimiz Python simülatörü ile değerlendiriyoruz. Kapsamlı değerlendirmemiz, geleneksel mimariye kıyasla hücreler arası eniyileme ile gecikme süresinin iki kata kadar azaldığını gösteriyor.
Özet (Çeviri)
Recent advancements in wireless technologies towards the next-generation cellular networks have brought a new era that made it possible to apply cellular technology on traditionally-wired networks with tighter requirements, such as industrial networks. The next-generation cellular technologies (e.g., 5G and Beyond) introduce the concept of ultra-reliable low-latency communications (URLLC). This thesis presents a Software-Defined Networking (SDN) architecture with programmable data planes for the next-generation cellular networks to achieve URLLC. Our design deploys programmable switches between the cellular core and Radio Access Networks (RAN) to monitor and modify data traffic at the line speed. We introduce the concept of intra-cellular optimization, a relaxation in cellular networks to allow pre-authorized in-network devices to communicate without being required to signal the core network. We also present a control structure, Unified Control Plane (UCP), containing a novel Ethernet Layer control protocol and an adapted version of link-state routing information distribution among the programmable switches. Our implementation uses P4 with an 5G implementation (Open5Gs) and a UE/RAN simulator. We implement a Python simulator to evaluate the performance of our system on multi-switch topologies by simulating the switch behavior. Our evaluation indicates latency reduction up to 2x with intra-cellular optimization compared to the conventional architecture. We show that our design has a ten-millisecond level of control latency, and achieves fine-grained network security and monitoring.
Benzer Tezler
- From media-based modulation to reconfigurable intelligent surfaces: Novel index modulation solutions
Ortam-tabanlı modülasyon'dan uyarlanabilir akıllı yüzeylere: Özgün indis modülasyon çözümleri
ZEHRA YİĞİT
Doktora
İngilizce
2022
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ
- Emerging novel index modulation solutions for reconfigurable intelligent surface-assisted communication systems
Yeniden yapılandırılabilir akıllı yüzey destekli iletişim sistemleri için özgün indis modülasyon çözümleri
ELVAN KUZUCU HIDIR
Doktora
İngilizce
2025
Mühendislik Bilimleriİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN
PROF. DR. ERTUĞRUL BAŞAR
- Efficient multi-access techniques for 5G and beyond networks
5G ve ötesi ağlar için verimli çoklu erişim teknikleri
SHAIMA' SAMIH SALEEM ABIDRABBU
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Medipol ÜniversitesiElektrik-Elektronik Mühendisliği ve Siber Sistemler Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HÜSEYİN ARSLAN
- Non-orthogonal multiple access techniques for satellite networks
Uydu ağları için dik olmayan çoklu erişim teknikleri
MEHMET CAN
Doktora
İngilizce
2025
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İBRAHİM ALTUNBAŞ
- Analytical models and cross-layer delay optimization for resource allocation of noma downlink systems
Aşağı yönlü noma sistemlerinde kaynak tahsisi için analitik modeller ve katmanlar arası etkileşimli gecikme optimizasyonu
ÖMER FARUK GEMİCİ
Doktora
İngilizce
2020
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektronik ve Haberleşme Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. HAKAN ALİ ÇIRPAN
DR. İBRAHİM HÖKELEK