Application of broker-based mechanisms for end-node attachment in mobile networks

Abstract

In recent years, mobile data traffic has been growing with the increase of equipments connected to the network. Due to user demand, network operators have to continuously upgrade their networks and keep the costs low. Nowadays, to do this upgrade, the operator needs to acquire new equipment, leading to a very high investment. 5G aims to provide more scalability and flexibility on the network. For this, the 5G system architecture is built based on a cloud-native, which means Service Based Architecture (SBA) in the core network. SBA aims to provide connectivity with all access technologies, introducing more redundancy in the control plane’s resiliency and operational efficiency. Additionaly, instead of using dedicated interfaces between each pair of interacting core functions, they now communicate through a Service-Based Interface (SBI), aiming for greater flexibility and simplicity. The OpenAirInterface (OAI) is an open-source software platform that aims to provide an approximation to the 3GPP standards of the 4G and 5G networks. This thesis provides a study of the impact of the SBA in the control plane. For that, we used an architecture that evolves the Evolved Packet Core (EPC) into a core network close to 5G Core (5GC) by introducing a broker. The broker is integrated between the modules in the control plane, wherein they have to order requests to communicate with each other. The proposed architecture consists of integrating the broker on the OAI platform, evaluating it, and comparing it with the original EPC.

Nos últimos anos, o tráfego de dados móveis tem vindo a crescer com o aumento de equipamentos ligados à rede. Devido à demanda do utilizador, os operadores de rede necessitam de atualizar continuamente a sua rede e manter os custos baixos. Atualmente, para essa atualização, o operador precisa de adquirir novos equipamentos, tendo um investimento muito elevado. O 5G via fornecer maior escalabilidade e flexibilidade na rede. Para isso, a arquitetura do sistema 5G é construída com base numa nuvem nativa, o que significa uma arquitetura baseada em serviços na rede “core”. Este tipo de arquitetura visa fornecer conectividade independentemente da tecnologia de acesso, introduzindo maior redundância na resiliência no plano de controlo e eficiência operacional. Adicionalmente, ao invés de interfaces dedicadas entre cada par de funções de rede “core” intervenientes, as mesmas comunicam através de uma interface baseada em serviços, com vista a uma maior flexibilidade e simplicidade. OpenAirInterface (OAI) é uma plataforma de software de código aberto que visa fornecer uma aproximação aos padrões 3GPP das redes 4G e 5G. Esta dissertação fornece um estudo do impacto de uma arquitetura baseada em serviços no plano de controlo. Para isso, utilizou-se uma arquitetura que evolui o Evolved Packet Core (EPC) para uma rede “core” próxima da 5G Core (5GC), introduzindo um broker. Um broker é integrado entre os módulos do plano de controlo, no qual estes para comunicarem entre si necessitam de realizar pedidos. A abordagem utilizada consiste na integração de um broker na plataforma OAI, avaliando o seu impacto comparando com o EPC original.