Aula-05---SoftRAN

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SoftRAN:
Software Defined 
Radio Access Network
Aditya Gudipati, Daniel Perry,
Li Erran Li, Sachin Katti
2
Nossa apresentação
1. Redes de acesso via rádio (RAN)
2. Exemplo do problema: Interferência e Mobilidade
3. Solução proposta: SoftRAN
4. Principais resultados
5. Sugestão de novas pesquisas
6. Trabalhos Relacionados
7. Conclusão
8. Discussão
2
Redes LTE*
Radio Access Network - RAN
* Long Term Evolution
4
S-Gateway
Serving gateways
•Gerencia mobilidade 
dos usuários
•Armazena estados 
da rede
•Permite usuários 
reterem IP
•Encaminha (tunnel) 
tráfego para para P-
GW
P-Gateway
Packet gateways
•Aplica políticas de 
QoS
•Monitora tráfego
•Realiza bilhetagem
•Conecta com 
Internet e outras 
redes celulares
5
Ações realizadas por RAN
1. Atribuir cada cliente a uma estação base
6
Ações realizadas por RAN
1. Atribuir cada cliente a uma estação base
2. Atribuir blocos de recursos para cada fluxo
ti
m
e
frequency
Flow 1 Flow 2
7
Ações realizadas por RAN
1. Atribuir cada cliente a uma estação base
2. Atribuir blocos de recursos para cada fluxo
3. Atribuir potência de transmissão a ser utilizada por cada bloco de recurso
ti
m
e
frequency
dB
dB
dB dB
dB
8
Desafios atuais para RAN
• Aumento de demanda por recursos nas redes sem fio
Picocells
Femtocells
Criam um 
problema:
O gerenciamento de recursos 
apresentam forte acoplamento 
entre as estações base
Acoplamento de gerência devido à 
Interferência
BS1
BS2
Cliente 1 Cliente 2
A potência utilizada por BS1 afeta o Cliente 2 (como uma interferência)
A interferência percebida por Cliente 2 afeta os requisites de potência solicitados a BS2
A potência de BS2 afeta BS1
Limitação da quantidade de 
frequência faz com que 
estações base próximas 
possam estar utilizando a 
mesma frequência.
Acoplamento de gerência devido à 
Mobilidade
BS1
BS2
Cliente 1 Cliente 2
O fato das células ficarem muito pequenas implica:
• Em maior frequência de handovers
• Nos clientes perceberem mais estações bases como conexão possível
A coordenação do 
handover é crítica para 
sistema
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em redes 
densas
as decisões no plano de controle 
devem ser coordenadas entre 
várias estações base vizinhas, 
simultaneamente
com menor 
latência 
possível
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Solução proposta
• Todas as estações base instaladas em uma área 
geográfica devem ser abstraídas como uma grande 
estação base virtual
• é composta por elementos de rádio (as estações base 
físicas individuais)
• Os recursos de rádio são abstraídos como uma grade 
tridimensional do espaço, do tempo e slots de 
frequência
• São programados através de um plano de controle de 
acesso de rádio logicamente centralizado.
Arquitetura
13
Arquitetura
E
le
m
e
n
to
s
 d
e
 r
á
d
io
P
la
n
o
 d
e
 c
o
n
tr
o
le
atualiza a visão global da rede
comunica as decisões de gestão de recursos de rádio de volta para os 
elementos de rádio
S
o
ft
R
A
N
A
P
I
14
SoftRAN
BS1
BS2
BS3
BS4
SO de rede
Algoritmo de controle Parâmetros do Operador
Tx/Rx
Tx/Rx
Tx/RxTx/Rx
Refatorar o 
plano de 
controle
15
16
Refatoração
• Todas as decisões de controle que influenciam a 
tomada de decisão em elementos de rádio vizinhos 
devem ser feitas pelo controlador
• decisões precisam ser coordenadas através de 
elementos de rádio. 
• Todas as decisões a serem tomadas com frequência 
deverá de preferência ser feita no elemento de rádio
• o atraso inerente entre o elemento de rádio e o 
controlador aumenta o tempo de resposta para estes 
parâmetros que variam com frequência.
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Implementação
• Permite ser implementada gradativamente na 
infraestrutura corrente
• Sem modificações na interface cliente – estação 
base
18
Casos de uso
1. Balanceamento de carga
2. Otimização de utilidade
19
Casos de uso
1. Balanceamento de carga
BS1 BS2
20
Casos de uso
2. Otimização de utilidade
BS1 BS2
U1 U2
U1 U2
Utilidade total = 3
𝑃
2
𝑃
2
𝑃
2
𝑃
2
P P
21
Casos de uso
2. Otimização de utilidade
BS1 BS2
U1 U2
U1
U2
Utilidade total = 4
3𝑃
4
𝑃
4
P P
3𝑃
4
𝑃
4
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Outras possibilidades de pesquisa
• Coordenação das funções de camada física
• Soft decoding
• Sucessive interference cancellation
• Beamforming
Para gerir complexas técnicas de camada física através de 
múltiplos elementos de rádio, o controlador SoftRAN também 
pode instruir o elemento rádio em suas ações do plano de 
dados. Estas podem ser armazenadas no elemento rádio como 
uma tabela (regra, ação)
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Outras possibilidades de pesquisa
• Coordenação das funções de camada física
• Adaptação dinâmica da arquitetura RAN aos padrões 
de tráfego
• redefinir os limites de uma estação base (remapear a 
associação entre elementos de rádio e estação base) 
 minimizar o número de handovers
• desligar elementos de rádio de forma dinâmica, de 
modo a conservar a energia
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Outras possibilidades de pesquisa
• Coordenação das funções de camada física
• Adaptação dinâmica da arquitetura RAN aos padrões 
de tráfego
• Alavancar a implantação incremental de FemtoAPI
aberta
• requer mudanças mínimas para as estações de base 
existentes e para o padrão LTE
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Trabalhos relacionados
• 3GPP Self Organizing Networks
fazer a rede 
capaz de auto-
configuração
tem sido bem 
estudado e as 
suas soluções 
têm sido bem 
documentadas
e auto-
otimização
auto-otimização
foi deixada 
inexplorada
Contribuição 
do SoftRAN
26
Trabalhos relacionados
• 3GPP Self Organizing Networks
• cloud RAN
• centraliza todos os dados e processamento de plano de 
controle
• Desconsidera 
latências
• Realiza atividades 
do plano de dados
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OpenRoads
• primeira rede sem fios baseada em 
software
• baseado principalmente em WiFi
• não oferece suporte especial para 
redes celulares
Trabalhos relacionados
• 3GPP Self Organizing Networks
• cloud RAN
• software-defined or programmable wireless networks
• OpenRoads
• CellSDN
• OpenRadio
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OpenRoads
• primeira rede sem fios baseada em 
software
• baseado principalmente em WiFi
• não oferece suporte especial para 
redes celulares
Trabalhos relacionados
• 3GPP Self Organizing Networks
• cloud RAN
• software-defined or programmable wireless networks
• OpenRoads
• CellSDN
• OpenRadio CellSDN
• centraliza o plano de controle para o 
núcleo das redes celulares
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Trabalhos relacionados
• 3GPP Self Organizing Networks
• cloud RAN
• software-defined or programmable wireless networks
• OpenRoads
• CellSDN
• OpenRadio
OpenRoads
• primeira rede sem fios baseada em 
software
• baseado principalmente em WiFi
• não oferece suporte especial para 
redes celulares
CellSDN
• centraliza o plano de controle para o 
núcleo das redes celulares
OpenRadio
• plano de dados sem fio programável
• interfaces de programação modular e 
declarativas em toda a pilha sem fio
• não fornecer qualquer controlador RAN
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Conclusões
• Os autores afirmam que a abstração é bem sucedida, 
capaz de atender ao uma grande área geográfica
• É capaz de gerar outros ramos de pesquisa
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Considerações
• Somente realizou simulação
• Falta avaliar empiricamente em hardware e software
• Conceitos em SoftRAN podem ser utilizados para 
outras rede sem fio, como WiFi?
• Handover
• Autenticação, Autorização e Accounting (AAA)
• QoS
• Maximização de utilidade
• Bilhetagem
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Referência
Aditya Gudipati, Daniel Perry, Li Erran Li, and Sachin Katti. 2013. SoftRAN: software defined
radio access network. In Proceedings of the second ACM SIGCOMM workshop on Hot topics
in software defined networking (HotSDN '13). ACM, New York, NY, USA, 25-30. 
DOI=10.1145/2491185.2491207 http://doi.acm.org/10.1145/2491185.2491207
M. Bansal, J. Mehlman, S. Katti, and P. Levis. Openradio: a programmable wireless 
dataplane. HotSDN ’12, 109–114, New York, NY, USA, 2012. ACM.
Li Erran Li, Z. Morley Mao, and Jennifer Rexford. 2012. Toward Software-Defined Cellular
Networks. In Proceedingsof the 2012 European Workshop on Software Defined Networking 
(EWSDN '12). IEEE Computer Society, Washington, DC, USA, 7-12. 
Kok-Kiong Yap, Rob Sherwood, Masayoshi Kobayashi, Te-Yuan Huang, Michael Chan, Nikhil
Handigol, Nick McKeown, and Guru Parulkar. 2010. Blueprint for introducing innovation into
wireless mobile networks. In Proceedings of the second ACM SIGCOMM workshop on
Virtualized infrastructure systems and architectures (VISA '10). ACM, New York, NY, USA, 25-
32. DOI=10.1145/1851399.1851404 http://doi.acm.org/10.1145/1851399.1851404
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Apresentação realizada para o curso de Sistemas em Rede do professor Marcos Augusto M. Vieira
Dia 01/04/2014