Software Defined Wireless Backhaul

Abstract

In order to cope with the explosive growth of the mobile data traffic, it's been proposed the concept of Small Cells, telephony cells with great capacity. To implement them, it's been proposed a backhaul network composed of up to 20 nodes interlinked by mesh Wi-Fi. All nodes offer an access point to the user, however, only some of them must be connected by wire to the base station, which connects to the core network. Despite the merit of the IEEE 802.11s protocol of distributing the routing decisions, it is unable to detect bottlenecks and lacks a global vision of the whole network that would enable more intelligents decisions. By adapting the Software Defined Networking technologies to the wireless environment, we become able to gather in a single point all the information of occupation, quality and load of all the links between nodes. This allows to lighten the wireless nodes, that run Open vSwitch (SDN agent), and concentrate all the computational effort in a single machine running OpenDaylight (SDN controller), hosted in a data center. Following the previous work, we have deployed a testbed of RaspberryPi-based nodes with two Wi-Fi dongles each, taking into account the power consumpiton, the stability along the time, and the computational load. We have implemented the collection of statistics about congestion indicators, organized a strong configuration system for the nodes, and, in general, transformed a proof-of-concept into a working testbed for developing intelligent routing algorithms.

Para hacer frente al crecimiento explosivo del tráfico de datos móbiles se ha propuesto la idea de Small Cells, celdas de telefonía muy pequeñas de gran capacidad. Para implementarlas, se ha propuesto una red de retorno o backhaul, compuesta de hasta 20 nodos entrelazas por Wi-Fi mesh. Todos los nodos ofrecen un punto de acceso al usuario, pero tan sólo algunos nodos tienen que tener conexión por cable con la estación base, que conecta con la red troncal o core. Pese al mérito del protocolo IEEE 80211.s distribución de las decisiones de enrutamiento, éste es incapaz de detectar cuellos de botella así como carece de una visión global de la red que permita tomar decisiones suficientemente inteligentes. Adaptando las tecnologías de Software Defined Networking al entorno wireless, conseguimos acumular en un solo punto toda la informació de ocupación, calidad y carga de todos los enlaces entre nodos. Esto permite aligerar los nodos wireless, que corren Open vSwitch (agente SDN), y concentrar la potencia computacional en una máquina con OpenDaylight (controlador SDN), alojada en un centro de cálculo. Siguiendo el trabajo hecho anteriormente, hemos desplegado un testbed de nodos basados en RaspberryPi con dos interfícies Wi-Fi cada uno, teniendo en cuenta criterios de consumo eléctrico, estabilidad en el tiempo y carga computacional. Hemos implementado la recopilación de estadísticas indicadoras de congestión, organizado un sistema robusto de configuración de los nodos, y, en general, transformado el proof-of-concept inicial en un banco de pruebas para desarrollar algoritmos inteligentes d'enrutament.

Per fer front al creixement explosiu del trànsit de dades mòbils, s'ha proposat la idea de Small Cells, ceŀles de telefonia molt petites amb gran capacitat. Per a implementar-les, s'ha proposat una xarxa de retorn o backhaul composta de fins a 20 nodes entrellaçats per Wi-Fi mesh. Tots els nodes ofereixen un punt d'accés a l'usuari, però només alguns han tenen connexió per fil amb l'estació base, que connecta amb la xarxa troncal o core. Tot i el mèrit del protocol IEEE 802.11s de distribuir les decisions d'enrutament, aquest és incapaç de detectar colls d'ampolla així com de manca d'una visió global de tota la xarxa que permeti prendre decisions prou inteŀligents. Adaptant les tecnologies de Software Defined Networking a l'entorn wireless, aconseguim acumular en un sol punt tota la informació d'ocupació, qualitat i càrrega de tots els enllaços entre nodes. Això permet alleugerir els nodes wireless, que corren Open vSwitch (agent SDN), i concentrar la potència computacional en una màquina amb OpenDayligth (controlador SDN), allotjada en un centre de càlcul. Seguint la feina feta anteriorment, hem desplegat un testbed de nodes basats en RaspberryPi amb dues interfícies Wi-Fi cadascun, tenint en compte criteris de consum elèctric, estabilitat en el temps i càrrega de computació. Hem implementat la recopilació d'estadístiques indicadores de congestió, organitzat un sistema robust de configuració dels nodes, i , en general, transformat el proof-of-concept incial a un banc de proves preparat per desenvolupar algoritmes inteŀligents d'enrutament.