• Lab Seminar: SDN Based Evolved Packet Core Architecture For Efficient User Mobility Support

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    3GPP-EPC Architecture

    Figure1
    기존의 3GPP-EPC 에서의 Evolved Packet Core (EPC) 주요 구성은 Management Entity (MME), Serving Gateway (SGW), Packet Gateway (PGW), Home Subscriber Server(HSS)로 구성 되어 있으며 위의 Fig 1. 과 같다. 데이터 패킷들은 User Equipment (UE)에서 eNodeB와 SGW를 거쳐 PGW를 통하여 패킷이 인터넷으로 전달 되게 된다. UE는 eNodeB를 통하여 MME와 Control Signal을 교환하게 된다. 또한 이를 통하여 UE에 적절한 SGW와 PGW를 선택하게 된다. MME는 UE가 LTE 네트워크 내부에서의 이동에 대한 Handover 절차도 수행 하게 된다.

    모바일 데이터의 Offloading을 위하여 non-3GPP network에서는 Wifi를 사용한다. Wifi는 WAG를 통하여 PGW를 거쳐 internet으로 데이터 트래픽을 보내게 된다.

    기존의 구조에서는 PGW가 PMIP의 LMA역할, SGW가 MAG역할을 하게 된다. 따라서 UE가 MAG를 옮길 때마다 LMA와 터널링을 새로 설립하듯 기존의 LTE 망에서도 UE가 SGW를 옮길 때마다 PGW와 SGW간의 새로운 GTP 터널링을 만들게 되므로, 많은 Signaling Overhead가 발생하게 된다.

    SDN

    SDN의 OpenFlow를 기반으로 하여 control과 data plane을 구별하게된다. 또한 컨트롤러 역할은 LTE/EPC 망에 접목하기 위하여 programmable software로 구성하게 된다.

    Proposed EPC Architecture

    제안된 EPC 아키텍쳐는 중앙에 Logically centralized EPC controller로 이루어 지고 있고, OpenFlow Switches로 이루어져 있다. eNBs와 OF-Switches 사이에는 TCP link로 이루어져 있으며, OpenFlow기반이기 때문에 controller에서 설정한 flow를 기반으로 데이터 트래픽을 전송하게 된다.
    Figure2
    EPC Controller : UE의 인증, 이동성 관리, IP 주소 할당, Charging support를 수행 하며, 전체를 관리하기 위해 global view 관점으로 이루어져 있다.

    OF-Switch : flow의 request를 컨트롤러에게 받고, request를 기반으로 UE를 식별하여 데이터를 전송하게 된다.

    eNodeB : UE와 Controller, OF-Switch 사이의 중간자 역할을 하며, UE가 인식 할 수 있는 식별자 데이터와 Flow를 매치시키는 데이터를 저장하고 있다.

    1) Initial Attach & New Flow Entry Procedure

    UE가 새로운 eNB를 통하여 controller를 이용하여 IP를 할당받고 eNB가 적절한 flow에 해당하는 OF-Switch로 패킷을 보낼 수 있도록 Entry를 설정하는 과정을 그림으로 나타낸다.
    Figure3

    2) Intra-LTE Handover Procedure

    S-eNB (source eNodeB)가 Handover Require를 보내면 Controller는 T-eNB (target eNodeB)에게 Handover Request를 보내게 된다. source 와 target간의 설정이 확인되면 Controller는 OF-Switch에게 설정을 위한 요청을 보내고 따라서 동시에 eNB 들에게 UE의 상태와 Handover의 명령을 보내게 되고 이후, 패킷을 전송하게 된다.
    Figure4

    3) Inter-RAT handover Procedure

    UE가 이동하여 하나의 네트워크에서 다른 네트워크로 이동하는 경우, Detach Request를 Controller에게 전송하고 Controller는 새로운 n-MAG에게 flow설정을 위한 Binding Entry를 전송하게 되고 다시 OF-Switch의 flow table도 업데이트 하게 된다. 그러므로 새로운 SGW를 통하여 패킷을 전송하게 된다.
    Figure5

    Evaluation

    다음 그래프들을 통하여 제안된 EPC 구조가 기존의 EPC 구조보다 효율이 좋은 것을 확인할 수 있다.
    Figure6

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