Анализ и оценка эффективности методов обеспечения качества обслуживания программно-конфигурируемых сетей стандарта 5G/IMT-2020

Качество обслуживания в сети (QoS) – это процесс управления сетевыми ресурсами для уменьшения потери пакетов, а также уменьшения джиттера и задержки. QoS широко используется в традиционных сетях, а также может быть реализован в стандарте 5G на основе программно-конфигурируемой сети (SDN). Традиционная сеть несет в себе несколько проблем, таких как зависимость от поставщика, сложность управления большой сетью, динамически меняющиеся политики пересылки и многое другое. Программно-конфигурируемая сеть – это новая стратегия, разработанная для решения таких проблем традиционной IP-сети, как высокий уровень сложности и неспособность своевременно адаптироваться к новым требованиям к качеству обслуживания. Фундаментальная идея, лежащая в основе SDN, по сравнению с традиционной сетевой парадигмой, заключается в создании горизонтально интегрированных систем путем разделения уровня управления и данных при обеспечении все более сложного набора абстракций. В последнее время появились различные инфраструк-туры QoS с поддержкой SDN, которые предлагают множество возможностей для реконфигурации сети и опре-деления политик на высоком уровне. Требования QoS для сетей 5G были определены на основе трех основных категорий сценариев использования: Extreme Mobile BroadBand (xMBB), Massive Machine Type Communications (mMTC) IoT/M2M-устройства и высоконадежная М2М-связь (сверхнадежная связь машинного типа – uMTC). В статье анализируется и исследуется QoS на основе метода протокола OpenFlow и QoS на основе метода контроллеров с открытым исходным кодом SDN в сети 5G. Обсуждаются различные архитектурные проблемы сети SDN контроллеров с открытым исходным кодом и исследуется их влияние на QoS. Описываются характеристики QoS, такие как задержка, доступность, надежность, джиттер и пропускная способность. Обсуждаются и сравниваются параметры QoS в сети 5G, которые определены мировыми лидерами в данной технологии.

1. View on 5G Architecture – 5G-PPP. Version 3.0. URL: https://5g-ppp.eu/wp-content/uploads/2019/07/5G-PPP-5G-Architecture-White-Paper_v3.0_PublicConsultation.pdf

2. Keshari S.K., Kansal V., Kumar S. A systematic review of quality of services (QoS) in software defined networking (SDN). Wireless Personal Communications. 2021;116(3):2593−2614. https://doi.org/10.1007/s11277-020-07812-2

3. Moravejosharieh A.H., Lloret J. Performance analysis of quality of service in software-defined networking. Network Protocols and Algorithms. 2019;10(4):1. https://doi.org/10.5296/npa.v10i4.14054

4. Nam Tuan Le, Arif Hossain M., Islam A., Do-yun Kim, Young-June Choi, Yeong Min Jang. Survey of promising technologies for 5G networks. Mobile Information Systems. 2016; Article ID 2676589. https://doi.org/10.1155/2016/2676589

5. OpenFlow. OpenFlow Switch Specification. Version 1.5.0. 2014. URL: https://opennetworking.org/wp-content/uploads/2014/10/openflow-switch-v1.5.0.pdf

6. Fernandez M.P. Comparing openflow controller paradigms scalability: reactive and proactive. In: Proc. IEEE 27th International Conference on Advanced Information Networking and Applications (AINA). 2013, p. 1009−1016. https://doi.org/10.1109/AINA.2013.113

7. Masoudi R., Ghaffari A. Software defined networks: A survey. Journal of Network and Computer Applications. 2016;67:1−25. https://doi.org/10.1016/j.jnca.2016.03.016

8. McKeown N., Anderson T., Balakrishnan H., Parulkar G., Peterson L., Rexford J., Shenker S., Turner J. OpenFlow: Enabling innovation in campus networks. ACM SIGCOMM Computer Communication Review. 2008;38(2):69−74. https://doi.org/10.1145/1355734.1355746

9. Karakus M., Durresi A. Quality of service (QoS) in software defined networking (SDN): A survey. Journal of Network and Computer Applications. 2017;200−218. https://doi.org/10.1016/j.jnca.2016.12.019

10. Paliwal M., Shrimankar D., Tembhurne O. Controllers in SDN: A review report. IEEE Access. 2018;6:36256−36270. https://doi.org/10.1109/ACCESS.2018.2846236

11. Salman O., Elhajj I.H., Kayssi A., Chehab A. SDN controllers: A comparative study. In: 2016 18th Mediterranean Electrotechnical Conference (MELECON). 2016, p. 1−6. https://doi.org/10.1109/MELCON.2016.7495430

12. Wibowo F.X.A., Gregory M.A., Ahmed K., Gomez K.M. Multi-domain software defined networking: Research status and challenges. Journal of Network and Computer Applications. 2017;87:32−45. https://doi.org/10.1016/j.jnca.2017.03.004

13. Zhang Y., Cui L., Wang W., Zhang Y. A survey on software defined networking with multiple controllers. Journal of Network and Computer Applications. 2018;103:101−118. https://doi.org/10.1016/j.jnca.2017.11.015

14. Karakus M., Durresi A. A survey: Control plane scalability issues and approaches in Software-Defined Networking. Computer Networks. 2017;112(7):279−293. https://doi.org/10.1016/j.comnet.2016.11.017

15. Singh A.K., Srivastava S. A survey and classification of controller placement problem in SDN. International Journal of Network Management. 2018;28(2):e−2018. https://doi.org/10.1002/nem.2018

16. OpenDaylight Project. URL: https://www.opendaylight.org

17. ONOS Project. URL: http://onosproject.org

18. Floodlight Project. URL: https://floodlight.atlassian.net/wiki/spaces/HOME/overview?mode=global

19. Scenarios, requirements and KPIs for 5G mobile and wireless system. ICT-317669-METIS/D1.1. May 2013. URL: https://cordis.europa.eu/docs/projects/cnect/9/317669/080/deliverables/001-METISD11v1pdf.pdf

20. Banovic-Curguz N., Ilisevic D. Mapping of QoS/QoE in 5G networks. In: Proc. 2019 42nd International Convention on Information and Communication Technology, Electronics and Microelectronics (MIPRO). 2019, p. 404−408. https://doi.org/10.23919/MIPRO.2019.8757034

21. 5G-PPP. 5G Vision. The 5G infrastructure public private partnership: The next generation of communication networks and services. URL: https://5g-ppp.eu/wp-content/uploads/2015/02/5G-Vision-Brochure-v1.pdf

22. Концепция создания и развития сетей 5G/IMT-2020 в Российской Федерации (Проект). URL: https://digital.gov.ru/uploaded/files/kontseptsiya-sozdaniya-i-razvitiya-setej-5g-imt-2020.pdf

23. 5G Americas. Network slicing for 5G Networks and Services. URL: https://www.5gamericas.org/network-slicing-for-5g-networks-services/

24. IMT-2020 (5G) Promotion Group and 5G PPP Announce Memorandum of Understanding for 5G. URL: https://5g-ppp.eu/imt-2020-5g-promotion-group-and-5g-ppp-announce-memorandum-of-understanding-for-5g/

25. 5G Vision and Requirements of 5Gforum. URL: https://www.itu.int/dms_pub/itur/oth/0a/06/R0A0600005F0001PDFE.pdf

26. 5GMF White Paper. 5G Mobile Communications Systems for 2020 and Beyond. URL: https://5gmf.jp/wp/wp-content/uploads/2016/09/5GMF_WP101_All.pdf

27. Mohandas R., Aravindhar D.J. An intelligent dynamic bandwidth allocation method to support quality of service in internet of things. International Journal of Computing. 2021;20(2):254−261.

28. Hind S., Najib E.K., Fatima L. Towards QoS enhancement in wireless network through SDN. In: 2019 7th Mediterranean Congress of Telecommunications (CMT). 2019, p. 1−5. https://doi.org/10.1109/CMT.2019.8931396