Controle de mobilidade inteligente orientado por CloudNetwork Slicing em infraestruturas 5G

Detalhes bibliográficos
Ano de defesa: 2023
Autor(a) principal: Silva, Felipe Sampaio Dantas da
Orientador(a): Não Informado pela instituição
Banca de defesa: Não Informado pela instituição
Tipo de documento: Tese
Tipo de acesso: Acesso aberto
Idioma: por
Instituição de defesa: Universidade Federal do Rio Grande do Norte
Brasil
UFRN
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM SISTEMAS E COMPUTAÇÃO
Programa de Pós-Graduação: Não Informado pela instituição
Departamento: Não Informado pela instituição
País: Não Informado pela instituição
Palavras-chave em Português:
5G
Link de acesso: https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57352
Resumo: In the context of the fifth generation of mobile networks (5G), network slicing (NS) has been widely adopted to enable infrastructure for deploying services in a personalized and elastic way. NS is promoted through network resource components that can be extended through virtualization and softwarization strategies. The cloud-network slicing (CNS) approach has recently been introduced as an alternative to meet the demands of industry verticals that offer services across multiple administrative and technological domains distributed across cloud and network infrastructures. In this scenario, characterized by the certainty of handover between the different cells in the radio access network (RAN), the infrastructure management system must be extended with improved capabilities to maintain user experience during mobility events. In CNS-defined systems, decision mechanisms require complete knowledge of active CNS instances, their computational and network requirements, and service consumer nodes, among other aspects. A recent literature survey revealed works promoting mobility management in NS-defined systems but the lack of mechanisms aware and controlled by CNS. Furthermore, existing mechanisms manage the mobility of entities associated with NSs, considering classical models based on signal strength. The research developed in this PhD thesis fills this gap by paving the way for 5G CNS-defined systems based on an approach with automated and proactive mobility control and management capabilities. The main contributions of this work include: (1) extensive review and discussion of quality-oriented handover decision mechanisms compatible with the critical requirements imposed by 5G verticals in systems defined by CNS; (2) CNS-driven mobility management and control approach in an automated and proactive way, capable of keeping mobile users of CNS instances always well-connected and served, respecting end-to-end definitions and the high level of isolation; (3) mobility control driven by the compliance of CNS resources and users’ quality requirements; (4) intelligent mobility prediction and decision to enable mobile users with seamless and transparent connectivity when selecting the best access point for CNS services; (5) evaluation of the proposed solution in an emulated environment composed of technologies that enable 5G systems. The performance of the proposed solution was compared with the main state-of-the-art works. It demonstrated a better ability to make mobility decisions driven by the critical requirements of the CNS in terms of compliance with service-level agreements (SLA) and users’ quality of experience (QoE).
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In this scenario, characterized by the certainty of handover between the different cells in the radio access network (RAN), the infrastructure management system must be extended with improved capabilities to maintain user experience during mobility events. In CNS-defined systems, decision mechanisms require complete knowledge of active CNS instances, their computational and network requirements, and service consumer nodes, among other aspects. A recent literature survey revealed works promoting mobility management in NS-defined systems but the lack of mechanisms aware and controlled by CNS. Furthermore, existing mechanisms manage the mobility of entities associated with NSs, considering classical models based on signal strength. The research developed in this PhD thesis fills this gap by paving the way for 5G CNS-defined systems based on an approach with automated and proactive mobility control and management capabilities. The main contributions of this work include: (1) extensive review and discussion of quality-oriented handover decision mechanisms compatible with the critical requirements imposed by 5G verticals in systems defined by CNS; (2) CNS-driven mobility management and control approach in an automated and proactive way, capable of keeping mobile users of CNS instances always well-connected and served, respecting end-to-end definitions and the high level of isolation; (3) mobility control driven by the compliance of CNS resources and users’ quality requirements; (4) intelligent mobility prediction and decision to enable mobile users with seamless and transparent connectivity when selecting the best access point for CNS services; (5) evaluation of the proposed solution in an emulated environment composed of technologies that enable 5G systems. The performance of the proposed solution was compared with the main state-of-the-art works. It demonstrated a better ability to make mobility decisions driven by the critical requirements of the CNS in terms of compliance with service-level agreements (SLA) and users’ quality of experience (QoE).Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPESNo contexto da 5ª geração de redes móveis (Fifth Generation – 5G), o fatiamento de recursos de rede (Network Slicing – NS) tem sido amplamente adotado por sua capacidade de habilitar a infraestrutura para a implantação de serviços de forma personalizada e elástica. O NS é promovido por meio de um conjunto de componentes de recursos de rede que pode ser estendido mediante estratégias de virtualização e softwarização. Recentemente, a abordagem de slicing de nuvem e rede (Cloud-Network Slicing – CNS) foi introduzida como uma alternativa para atender às demandas das verticais da indústria, que oferecem seus serviços por vários domínios administrativos e tecnológicos distribuídos ao longo de infraestruturas de nuvem e rede. Nesse cenário caracterizado pela inevitabilidade do handover entre as diferentes células existentes na rede de acesso de rádio (Radio Access Network – RAN), é primordial que o sistema de gerenciamento da infraestrutura seja estendido com capacidades aprimoradas para manter a experiência dos usuários durante eventos de mobilidade. Em sistemas definidos por CNS, os mecanismos de decisão requerem total conhecimento das instâncias CNS ativas, seus requisitos computacionais e de rede, entidades consumidoras de serviços, entre outros aspectos. Um levantamento recente da literatura revelou trabalhos que promovem o gerenciamento da mobilidade em sistemas definidos por NS, mas a inexistência de mecanismos cientes e dirigidos por CNS. Ademais, os mecanismos existentes gerenciam a mobilidade de entidades associadas aos NSs considerando modelos clássicos que se baseiam em potência de sinal, por exemplo. A pesquisa desenvolvida nesta tese de doutorado preenche essa lacuna ao pavimentar sistemas 5G definidos por CNS a partir de uma abordagem com capacidades de controle e gerenciamento de mobilidade de forma automatizada e proativa. As principais contribuições deste trabalho englobam: (1) ampla revisão e discussão sobre mecanismos de decisão de handover orientados para a qualidade e compatíveis com os requisitos críticos impostos pelas verticais 5G em sistemas definidos por CNS; (2) abordagem de gerenciamento e controle de mobilidade dirigido por CNS de forma automatizada e proativa, capaz de manter usuários móveis de instâncias CNS sempre bem conectados e servidos, respeitando as definições fim-a-fim e o alto nível de isolamento requerido; (3) controle de mobilidade dirigido por conformidade de recursos da CNS e requisitos de qualidade dos usuários; (4) predição e decisão de mobilidade inteligentes para habilitar usuários móveis com conectividade contínua e transparente durante a seleção do melhor ponto de acesso para os serviços da CNS; (5) avaliação da solução proposta em ambiente emulado e composto por tecnologias habilitadoras de sistemas 5G. A performance da solução proposta foi comparada com os principais trabalhos do estado da arte e demonstrou melhor capacidade em realizar decisões de mobilidade orientada aos requisitos críticos da CNS em termos de cumprimento de acordos de nível de serviço (Service Level Agreement – SLA) e preservação da qualidade de experiência (Quality of Experience – QoE) dos usuários.Universidade Federal do Rio Grande do NorteBrasilUFRNPROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM SISTEMAS E COMPUTAÇÃOVenâncio Neto, Augusto Joséhttps://orcid.org/0000-0003-4261-9138http://lattes.cnpq.br/4095047828103786http://lattes.cnpq.br/1467664612924239Corujo, DanielCerqueira, Eduardo CoelhoGranville, Lisandro ZambenedettiImmich, Roger KreutzSousa Júnior, Vicente Ângelo deSilva, Felipe Sampaio Dantas da2024-01-22T19:40:01Z2024-01-22T19:40:01Z2023-07-31info:eu-repo/semantics/publishedVersioninfo:eu-repo/semantics/doctoralThesisapplication/pdfSILVA, Felipe Sampaio Dantas da. Controle de Mobilidade Inteligente Orientado por Cloud-Network Slicing em Infraestruturas 5G. Orientador: Dr. Augusto José Venâncio Neto. 2023. 99f. Tese (Doutorado em Ciência da Computação) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2023.https://repositorio.ufrn.br/handle/123456789/57352info:eu-repo/semantics/openAccessporreponame:Repositório Institucional da UFRNinstname:Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)instacron:UFRN2024-01-22T19:40:53Zoai:repositorio.ufrn.br:123456789/57352Repositório InstitucionalPUBhttp://repositorio.ufrn.br/oai/repositorio@bczm.ufrn.bropendoar:2024-01-22T19:40:53Repositório Institucional da UFRN - Universidade Federal do Rio Grande do Norte (UFRN)false
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