分項二

SDNFV協作運用於 5G網路

(SDNFV Orchestration for 5G)

      研究著重於發展虛擬化核心網路,其價值在於結合動態運算資源,可以彈性的將核心網路元件部署在最合適的地方,予以最佳化,同時可以有效的開發創新的網路服務功能。

5年與所提研究主題相關之研究績效

    我們過去在無線網路、SDN與LTE核心網路進行許多前瞻研究。無線網路部分例如異質無線網路管理 [1] [2],在SDN領域方面則有移動管理 [3] [4]、流量監控 [5] [6]、服務串鍊 [7] [8]、及網路切片 [9],在LTE核心網路則包括EPC線路設定 [10] [11]、移動管理 [12] [13] [14] [15],以及核心網路應用 [10] [16] [17] [18] [19] [20] [21]。未來將會結合上述研究經驗為基礎,將M-CORD技術運用於5G網路。

近幾年透過國際合作已與ON.Lab/ONF在CORD實質計畫和關鍵技術上建立緊密關係,包含(1)參與ON.Lab的SDN-IP計畫進行國際SDN網路IP Peering連線;(2)兩位學生至ON.Lab實習,一位(詹珉誠)擔任ONOS IPv6專案的leader、參與R-CORD的開發、M-CORD的Consultant,另一位(曾毅)則負責ONOS P4 southbound driver和P4 runtime的研發。且詹珉誠獲得博士學位後已於ONF擔任Member of Technical Staff正職;(3)成為ONOS Collaborator一員,並參與多項Brigade計畫,包含Deployment Brigade (SDNIP/VPLS開發與建置)、Teaching Brigade、P4 Brigade和M-CORD Release Brigade;(4) 4位 ONF Ambassadors及9位 ONOS或CORD Contributors。並已與ON.Lab進行合作完成利用白牌硬體與開源軟體,與多個國際著名網路服務或研發中心 (GEANT、GARR、AARnet、Internet2、KREONET和FIT等)合作,在全球五大洲八個城市建置SDN-IP實驗網路,並於Open Networking Summit (ONS) 2016展示。隨後又與國網合作在台灣佈建SDN-IP,並與日本NICT建立SDN-IP網路。

本中心M-CORD團隊也成功建置CORD-in-a-Box (CiaB)系統,並進一步將OAI EPC的MME、HSS、S/PDN-GW等元件分離移植至CiaB中,建置以OAI eNB及EPC為基礎的Mobile CORD (M-CORD),於CORD Build 2017發表。

我們提出可重組式之核心網路(Reconfigurable Core,RECO)。RECO為一完全由我國自行開發之開放式核心網路平台及軟體,具可重組式(Reconfigurable)之高彈性、模組化、甚至可程式化特性。其動態連結架構可即時連結所需模組,依不同聯網服務生成所需核心網路,符合未來5G、物聯網等各式網路及應用需要。RECO初期以開發符合3GPP 4G LTE標準之MME (Mobility Management Entity)為目標,已支援MME_APP、NAS、S1AP、S11_MME與S6A等功能模組及介面。RECO對我國未來5G通訊網路技術的發展具關鍵指標性意義。目前已釋出Version 0.11,應用開源軟體精神公開供所有人自由下載及貢獻。

除此之外,本中心亦協同資策會、工研院等法人機構密切追蹤OPNFV、LFN兩大開源軟體及組織發展之相關開源技術,OPNFV 係由 Linux基金會於 2014年 9月份成立,宗旨是開發一個 NFV 功能的整合測試開源平台,協助跨各種開源生態系統NFV組件的開發和演進。通過系統層級的整合、部署和測試建立一個 NFV 的參考平台,來加速企業和服務提供商的轉型。OPNFV建構端到端的軟體整合來支持經過功能和特性驗證的參考方法,強調持續整合(CI)、持續測試(CT)及持續交付(CD)的軟體發展方法,並為測試和驗證NFVI及 MANO相關產品和解決方案提供一整套流程和解決方案與支援工具。

另一方面,Linux基金會於2018 年 1月成立「LF Networking Fund,LFN」,LFN之Networking即係指針對下世代網路技術成立之開源組織。現有Linux Fundation計畫下,除Networking外,尚有Services、Directory、Cloud & Containers、Deep Learning、Case Studies等。LFN除將重要之 OPNFV、OpenDaylight納為其中二項計畫,並另外包括其他開放源軟體如ONAP、FD.io、PNDA.io和SNAS等。

LFN現有28個白金會員,諸如ARM、AT&T、中國移動、思科、英特爾、IBM,Red Hat、高通與VMware等,其所推動的計畫以滿足SDN/NFV最終使用者、網路服務供應商與營運商為主,包括:協助運營商進行電信網路重構,如:E-CORD、R-CORD、M-CORD、A-CORD或Virtual Central Office (E-VCO、R-VCO);提供統一的端到端開放網路自動化架構平台ONAP;提供系統層級的整合、部署和測試,建立一個NFV的參考平台OPNFV,加速企業和服務提供商網路的轉型等。上述各項皆成為未來開源組織的重要發展方向。由於目前LFN尚於成立初期階段,因而本中心將之鎖定為未來重要SDN/NFV開源組織及技術,將密切注意其發展,並規劃於計畫後期加入。

短中長期效益目標

     分項B研發的M-CORD核心網路將運用於5G網路,發展具備結合動態運算資源的虛擬化核心網路,將核心網路元件彈性地部署在最佳化的地方,有效開發新型態的網路服務功能,成果會與標竿單位ONF同步,以開源方式和ONF共同發布,回饋全世界。

短期目標:建構開放式核心網路架構,以完成符合4G LTE/5G標準之完整核心網路為目標。以CORD POD架構建構OAI-Based M-CORD,並邀請國內外相關研究人員共同開發,初期至少邀約五個以上國內外研究團隊。另一方面協同資策會、工研院等法人機構建立OPNFV基層架構並引入移動邊緣計算平台,及並積極尋求與日本Okinawa Open Lab的密切合作。

中期目標:實做M-CORD的拆解(Disaggregation)、虛擬化及網路切片技術。透過開源碼方式,提供程式碼自由下載研究,達到至少5萬次下載量。同時接受各方自由貢獻程式碼,開放式網站可24小時維護運作,貢獻者至少達30人以上。此外,以OPNFV 基層架構及移動邊緣計算平台,進行網路切片與功能連串的實驗整合與運作。

長期目標:建構未來世界第一個符合3GPP R15標準之5G開放式核心網路平台,符合5G未來高彈性、高容量、低延遲等需求,做為我國5G產業之標準測試平台。建構與連接多個M-CORD sites,形成Multi-access Edge Cloud,並與其他分項技術結合。與至少5個以上免費或商業版RAN端及CN端設備進行互連測試,確認系統可用性及相容性。另一方面,建立OPNFV/LFN端至端測試及評估的環境,提供虛擬網路切片及功能連串實例、實作在虛擬環境下的資源支配、偵錯管理及維修功能,最終有能力整合與測試實用案例並推廣成果至國際社群。

團隊成員研究成果

[1] M.-C. Chan and C.-C. Tseng, “Connection Management for Heterogeneous Wireless Networks,” in International Conference on Advances in Mobile Computing and Multimedia, Kaohsiung, Taiwan, 2014.
[2] M.-C. Chan, C.-C. Tseng and L.-H. Yen, “Jitter-Aware Packet Scheduler for Concurrent Multipath Transmission in Heterogeneous Wireless Networks,” in IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), Doha, Qatar, 2016.
[3] K.-C. Tseng, C. Chen and C.-C. Tseng, “Enhancing Application Performance Through OpenFlow Enabled Multi-homed Devices,” in IEEE International Conference on Parallel and Distributed Systems (ICPADS), Hsinchu, Taiwan, 2014.
[4] C. Chen, Y.-T. Lin, L.-H. Yen, M.-C. Chan and C.-C. Tseng, “Mobility Management for Low-Latency Handover in SDN-Based Enterprise Networks,” in IEEE Wireless Communications and Networking Conference (WCNC), Doha, Qatar, 2016.
[5] M.-H. Wang, S.-Y. Wu, L.-H. Yen and C.-C. Tseng, “PathMon: Path-specific Traffic Monitoring in OpenFlow-enabled Networks,” in International Conference on Ubiquitous and Future Networks (ICUFN), Vienna, Austria, 2016.
[6] L.-H. Huang, H.-C. Hsu, S.-H. Shen, D.-N. Yang and W.-T. Chen, “Multicast Traffic Engineering for Software-Defined Networks,” in IEEE International Conference on Computer Communications (INFOCOM), San Francisco, CA, USA, 2016.
[7] Y.-C. Chen, L.-C. Wang, F.-Y. Lin and B.-S. Lin, “Deterministic Quality of Service Guarantee for Dynamic Service Chaining in Software Defined Networking,” Accepted and to appear in IEEE Transactions on Network and Service Management, 2017.
[8] J.-J. Kuo, S.-H. Shen, H.-Y. Kang, D.-N. Yang, M.-J. Tsai and W.-T. Chen, “Service Chain Embedding with Maximum Flow in Software Defined Network and Application to the Next-Generation Cellular Network Architecture,” in IEEE Conference on Computer Communications (INFOCOM), Atlanta, GA, USA, 2017.
[9] C.-H. Chen, C. Chen, S.-H. Lu and C.-C. Tseng, “Role-based Campus Network Slicing,” in IEEE 24th International Conference on Network Protocols (ICNP), Singapore, 2016.
[10] Y.-B. Lin, R.-H. Liou, Y. C. Sung and P.-C. Cheng, “Performance Evaluation of LTE eSRVCC with Limited Access Transfers,” IEEE Transactions on Wireless Communications, vol. 13, no. 5, pp. 2402-2411, 2014.
[11] R.-H. Liou, Y.-B. Lin, Y. C. Sung, P.-C. Liu and C. Wietfeld, “Performance of CS Fallback for Long Term Evolution Mobile Network,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 63, no. 8, pp. 3977-3984, 2014.
[12] R.-H. Liou and Y.-B. Lin, “Mobility Management with the Central-based Location Area Policy,” Computer Networks, vol. 57, no. 4, pp. 847-857, 2013.
[13] R.-H. Liou, Y.-B. Lin and S.-C. Tsai, “An Investigation on LTE Mobility Management,” IEEE Transactions on Mobile Computing, vol. 12, no. 1, pp. 166-176, 2013.
[14] S.-N. Yang, C.-H. Ke, Y.-B. Lin and C.-H. Gan, “Mobility Management through Access Network Discovery and Selection Function for Load Balancing and Power Saving in Software-defined Networking Environment,” EURASIP Journal on Wireless Communications and Networking, 2016.
[15] L. L. Vy, L.-P. Tung and B.-S. Lin, “Big Data and Machine Learning Driven Handover Management and Forecasting,” in IEEE Conference on Standards for Communications and Networking (CSCN), Helsinki, Finland, 2017.
[16] A. Sanchez-Esguevillas, B. Carro, G. Camarillo, Y.-B. Lin, M. Garcia-Martin and L. Hanzo, “IMS: The New Generation of Internet-Protocol-Based Multimedia Services,” Proceedings of the IEEE, vol. 101, no. 8, pp. 1860-1881, 2013.
[17] Y.-W. Lin and Y.-B. Lin, “Mobile Ticket Dispenser System with Waiting Time Prediction,” IEEE Transactions on Vehicular Technologies, vol. 64, no. 8, pp. 3689-3969, 2015.
[18] Y.-B. Lin, S.-I. Sou and C.-L. Luo, “Transmission Policies for Multi-Segment Short Messages,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 65, no. 7, pp. 5749-5754, 2016.
[19] S.-N. Yang, S.-W. Ho, Y.-B. Lin and C.-H. Gan, “A Multi-RAT Bandwidth Aggregation Mechanism with Software-Defined Networking,” Journal of Network and Computer Applications, vol. 61, pp. 189-198, 2016.
[20] G.-R. Liu, P. Lin and Y.-B. Lin, “Modeling Mobile Ticket Dispenser System with Impatient Clerk,” IEEE Transactions on Vehicular Technology, vol. 65, no. 12, pp. 9931-9941, 2016.
[21] J.-T. Lee, D.-N. Yang, Y.-C. Chen and W. Liao, “Efficient Multi-View 3D Video Multicast with Depth-Image-Based Rendering in LTE-Advanced Networks with Carrier Aggregation,” Accepted and to appear in IEEE Transactions on Mobile Computing, 2017.
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