Tài liệu Ứng dụng của sdn trong mạng di động 5g

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “ Ứng dụng của SDN trong mạng di động 5G” là công trình nghiên cứu của bản thân. Trong quá trình viết bài có sử dụng một số tài liệu tham khảo có nguồn gốc rõ ràng, với sự hướng dẫn của TS. Phạm Thị Thúy Hiền. Tôi xin cam đoan và nếu có vấn đề gì xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Sinh viên thực hiện 1 LỜI CẢM ƠN Trước hết em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến các thầy cô giáo tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông nói chung và các thầy cô trong khoa Viễn thông, bộ môn Vô tuyến nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyền đạt cho em những kiến thức và những kinh nghiệm quý báu trong suốt 4,5 năm học tập tại trường Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông. Em xin gửi lời cảm ơn đến TS. Phạm Thị Thúy Hiền đã hết lòng giúp đỡ, hướng dẫn và chỉ dạy tận tình em trong suốt thời gian em làm đồ án tốt nghiệp. Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, anh chị đồng nghiệp đã quan tâm, động viên, đóng góp ý kiến và giúp đỡ trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành đồ án tốt nghiệp. MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN...........................................................................................................................1 LỜI CẢM ƠN................................................................................................................................ 2 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT........................................................................................................ 5 DANH MỤC HÌNH VẼ.................................................................................................................8 DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................................................9 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 5G.......................................................... 10 1.1 Giới thiệu về thế hệ mạng di động 5G................................................................................10 1.2 Kiến trúc mạng tổng quan..................................................................................................13 1.3 Tổng quan về mạng lõi trong 5G........................................................................................15 1.3.1 Các thành phần và chức năng của mạng lõi..............................................................15 1.3.2 Giao thức trong EPC (GPRS Tunning Protocol)......................................................16 1.3.3 Mạng lõi cho 5G........................................................................................................... 17 1.3.3.1 Chức năng hệ thống.............................................................................................. 17 1.3.3.2 Mặt phẳng điều khiển........................................................................................... 19 1.3.3.3 Mặt phẳng dữ liệu................................................................................................. 19 CHƯƠNG 2: MẠNG ĐỊNH NGHĨA BẰNG PHẦN MỀM SDN VÀ CHỨC NĂNG ẢO HÓA MẠNG NFV....................................................................................................................... 21 2.1 Mạng định nghĩa bằng phần mềm SDN Software Defined Network............................... 21 2.1.1 Kiến trúc của SDN........................................................................................................21 2.1.2 OpenFlow Switch......................................................................................................... 24 2.2 Ảo hóa chức năng mạng – Network Function Virtualazation (NFV)..............................28 2.2.1 Kiến trúc NFV.............................................................................................................. 30 CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CỦA SDN TRONG MẠNG DI ĐỘNG 5G................................. 35 3.1 Ứng dụng của SDN trong mạng di động 5G........................................................................35 3.2 Mô phỏng.............................................................................................................................50 3.2.1 Phần mềm mô phỏng......................................................................................................50 3.2.1.1 Mininet.................................................................................................................... 50 3.2.1.2 Floodlight controller................................................................................................51 3.2.2 Mô phỏng....................................................................................................................... 52 KẾT LUẬN...................................................................................................................................56 TÀI LIỆU THAM KHẢO...........................................................................................................57 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT API Application Program Interface Giao diện lập trình ứng dụng BBU Baseband Unit Đơn vị băng tần cơ sở BS Base Station Trạm gốc CaPex Capital Expenditures Chi phí đầu tư C – RAN Cloud – Radio Access Network Mạng truy cập vô tuyến đám mây CPE C-plane entity Thực thể luồng điều khiển CPRI Common Public Radio Interface Giao diện vô tuyến công cộng chung D2D Device to Devide Kỹ thuật kết nối từ thiết bị tới thiết bị EPC Evolved Packet Core Lõi gói phát triển EPS Evolved Packet System Hệ thống gói phát triển GTP Gprs Tunning Protocol Giao thức đường hầm GPRS GPRS General Packet Radio Service Dịch vụ vô tuyến gói tổng hợp HSS The Home Subscriber Server Server thuê bao nhà IC Infrastructure SDN Controller Bộ điều khiển SDN cơ sở hạ tầng M2M Machine to Machine Tương tác giữa máy với máy MBB Mobile Broad Band Băng thông rộng di động MME The mobility Management entity Thực thể quản lý di động NFV Network function virtualization Ảo hóa chức năng mạng NFVI Network function virtual infrastion Hạ tầng ảo hóa mạng NFV M&O Network function virtual Manager Khối điều phối và quản lý & ochestration NSO Network Service Orchestrator Điều phối dịch vụ mạng OPEX Operating Expenditure Chi phí hoạt động OSS Operation Support System Hệ thống hỗ trợ vận hành PCRF The Policy Control and Charging Rules Function Khối tính cước và điều khiển chính sách PDN-GW Packet Data Node Gateway Cổng nút dữ liệu gói QoS Quality of serving Chất lượng phục vụ RO Resource Orchestrator Điều phối tài nguyên RRH REMote radio head Đầu điều khiển vô tuyến từ xa SDN Software Defined Network Mạng định nghĩa bằng phần mềm SGW Serving Gateway Cổng dịch vụ SSL Secure Sockets Layer Lớp cổng bảo mật TC Tenant SDN Controller Bộ điều khiển SDN nhà cung cấp dịch vụ UPE U-plane entity Thực thể luồng điều khiển VIM Virtual Interfraction Manager Quản lý hạ tầng ảo WIM WAN Interfraction Manger Quản lý hạ tầng WAN DANH MỤC HÌNH VẼ Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình Hình 1.1 Cấu trúc mạng tổng quan 5G.......................................................................13 1.2. Kiến trúc của EPC trong hệ thống truy cập 3GPP.......................................14 1.3. Kiến trúc EPC cho mạng 5G.......................................................................17 1.4. Phân loại gói và định tuyến trong mặt phẳng dữ liệu..................................19 2.1. Kiến trúc SDN............................................................................................21 2.2. Kiến trúc OpenFlow Switch........................................................................24 2.3. Quan hệ giữa Controller và thiết bị OpenFlow Switch...............................26 2.4. Kiến trúc của NFV......................................................................................29 2.5. Kiến trúc VNF............................................................................................ 30 2.6. Các miền của NFVI....................................................................................32 3.1. Kiến trúc HetNet 5G được hỗ trợ bởi HAS.................................................34 3.2. Hoạt động giữa bộ điều khiển và trạm gốc.................................................. 35 3.3. Các khối trong quy trình lập trình mạng..................................................... 37 3.4. Kiến trúc mạng cắt lát….............................................................................39 Hình 3.5. Kiến trúc mạng cắt lát SDN…......................................................................41 Hình 3.6 Triển khai mạng cắt lát hỗ trợ SDN và NFV….............................................43 Hình 3.7. Kiến trúc mạng UUDN............................................................................... 48 Hình 3.8. Kiến trúc của Floodlight Controller............................................................ 50 Hình 3.9. Mô hình mạng (Fattree)............................................................................... 51 Hình 3.10. Mô hình mạng quan sát qua cổng 8080.....................................................54 Hình 3.11. Dùng Wireshark bắt gói tin từ host 1 tới host 3........................................54 Hình 3.12. Dùng Wireshark bắt gói tin từ host 1 tới host 4….....................................54 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Các chỉ số hiệu suất chính........................................................................... 11 Bảng 2.1. So sánh mạng truyền thống và mạng sử dụng NFV.....................................29 Bảng 3.1. Bảng so sánh mạng truyền thống và UDN...................................................47 Bảng 3.2. Thông lượng từ h1 tới h3 trước và sau cân bằng tải..................................... 53 Bảng 3.3. Thông lượng từ h1 tới h4…......................................................................... 54 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ MẠNG DI ĐỘNG 5G 1.1 Giới thiệu về thế hệ mạng di động 5G Sự phát triển theo cấp số nhân của các dịch vụ video di động (ví dụ: YouTube và Mobile TV) trên các thiết bị thông minh và những tiến bộ trong Internet of Things (IoT) đã kích hoạt các sáng kiến toàn cầu nhằm phát triển hệ thống truyền thông di động và không dây thế hệ thứ năm (5G). Số lượng thiết bị thông minh ngày càng tăng (ví dụ: máy tính bảng và điện thoại thông minh) và số lượng ngày càng tăng của các ứng dụng di động ngốn băng thông (ví dụ: phát video trực tiếp, chơi trò chơi video trực tuyến) đòi hỏi hiệu suất phổ cao hơn so với hệ thống 4G đang đặt ra những thách thức đáng kể trong 5G . Dự báo Chỉ số Mạng Trực quan của Cisco (VNI) dự đoán rằng lưu lượng video IP sẽ chiếm 82% tổng lưu lượng truy cập Internet của người tiêu dùng vào năm 2022, tăng từ 75% vào năm 2017. Riêng lưu lượng video trên thiết bị di động sẽ chiếm 78% lưu lượng dữ liệu di động toàn cầu. Trong khi lưu lượng truy cập cho thực tế ảo / thực tế tăng cường (VR / AR) sẽ tăng với Tốc độ tăng trưởng hàng năm tổng hợp (CAGR) là 82% từ năm 2017 đến năm 2022, tốc độ tăng trưởng lưu lượng truy cập của TV, máy tính bảng, điện thoại thông minh và mô-đun M2M lần lượt là 21% 29%, 49% và 49%. Sự tăng trưởng vượt bậc như vậy sẽ là kết quả của 12,3 tỷ thiết bị kết nối di động, con số này dự kiến sẽ vượt quá dân số dự kiến 8 tỷ của thế giới vào năm 2022. Kết nối 5G dự kiến sẽ tạo ra dữ liệu nhiều hơn 4,7 lần so với 4G. Với số lượng ngày càng tăng của các ứng dụng mới ngoài liên lạc cá nhân, thiết bị di động có thể sẽ đạt hàng trăm tỷ cho đến khi triển khai thương mại mạng 5G. Các hệ thống mạng 5G vào khoảng năm 2020 trở đi sẽ cần cung cấp dung lượng gấp 1000 lần so với các hệ thống di động 4G thương mại hiện tại. Các Chỉ số Hiệu suất chính (KPI) của 5G dự kiến sẽ bao gồm: phạm vi phủ sóng tốt hơn, phổ biến và tăng lên gần như 100% cho kết nối “mọi lúc mọi nơi”, tốc độ dữ liệu người dùng cao hơn 10–100 lần, tiết kiệm năng lượng trên 90%, một dịch vụ tổng hợp độ tin cậy và tính khả dụng là 99,999%, độ trễ qua mạng không dây End-to-End (E2E) dưới 1 ms và giảm mức điện từ trường so với LTE. 5G đã được kích hoạt bởi nhu cầu ngày càng tăng mạnh mẽ trong bối cảnh xã hội được kết nối tốt với lưới điện thông minh và thành phố thông minh, các hệ thống cơ sở hạ tầng quan trọng như y tế điện tử và y tế từ xa cũng như các lĩnh vực giáo dục đang tăng lên để khai thác tổng lợi ích của kết nối không dây bằng cách 2020. Trong khi 5G dự kiến sẽ mang lại sản lượng kinh tế toàn cầu 12,3 nghìn tỷ đô la vào năm 2035, một số động lực của thị trường 5G bao gồm nhu cầu về thực tế ảo, các dịch vụ đa phương tiện như trò chơi điện tử, video 4K / 8K / 3D và ứng dụng trong thành phố thông minh, giáo dục và an toàn công cộng. Các ngành công nghiệp và giới học thuật đang đón nhận 5G như một mạng tương lai cho phép các ngành công nghiệp dọc với một loạt các yêu cầu về hiệu suất và dịch vụ đa dạng. 5G là viết tắt của 5th Generation – thế hệ mạng di động thứ 5 hoặc hệ thống không dây thứ 5, là thế hệ tiếp theo của công nghệ truyền thông di động sau thế hệ 4G. Nó đang tạo ra cuộc cách mạng về tốc độ và độ ổn định cho thiết bị di động, xóa đi khoảng cách giữa tốc độ của băng thông không dây và cố định, cũng như làm kích hoạt làn sóng công nghệ, ứng dụng lớn chưa từng có. Chính vì vậy, cuộc đua phủ sóng 5G của các nhà mạng, các quốc gia, cũng như cuộc chạy đua trong việc sản xuất các thiết bị hỗ trợ công nghệ này ngày càng trở nên cam go hơn. Tuy chưa chính thức được thương mại hóa, nhưng công nghệ 5G đã được coi là một mảnh đất kinh doanh màu mỡ, một động lực thúc đẩy tăng trưởng kinh tế, và là nền tảng của những tiến bộ xã hội, công nghệ trên phạm vi toàn cầu. Dưới đây là một số tiềm năng công nghệ 5G mang lại:  Cung cấp tốc độ dữ liệu cao cho người dùng MBB kết nối nhanh chóng mà không bị delay (độ trễ 1 ms).  Kiểm soát tắc nghẽn và trải nghiệm người dùng tuyệt vời trong mạng siêu dày đặc (Ultra Dense Networks - UDN) mà không gặp phải sự từ chối dịch vụ do quá tải lưu lượng.  Cải thiện chất lượng trải nghiệm (Quality of Experience – QoE), cung cấp tốc độ dữ liệu ít nhất là 100 Mb/s cho đường xuống và 20 Mb/s cho đường lên, trong khi độ trễ không thay đổi dưới 100 ms. Tối ưu hóa được chi phí và tiêu thụ điện năng.  Nâng cao chất lượng phục vụ (Quality of Service – QoS) để đưa ra những dịch vụ với yêu cầu cao về độ trễ và độ tin cậy.  Tính linh hoạt và khả năng mở rộng để tích hợp các công nghệ tiên tiến và hỗ trợ các mạng kế thừa. Bảng 0.1. Các chỉ số hiệu suất chính Yêu cầu Tốc độ dữ liệu đỉnh Độ trễ Thiết bị kết nối Khối lượng dữ liệu Băng thông Băng tần Độ tin cậy Giá trị kỳ vọng Đường lên: 20 Gbps Đường xuống: 10 Gbps eMBB: 4ms URLLC: 1ms 3000000/ AP 9 Gb/host (chu kỳ bận) 500 Gb/ thuê bao/ người đăng kí 60GHz 1,8GHz và 2,6GHz (kỳ vọng 30300GHz) 99.99 % Với những cải tiến đáng kể so với 4G, tiềm năng của 5G là vô cùng lớn. Nó không đơn giản chỉ là thế hệ mạng tiếp theo mà còn là công nghệ có khả năng cung cấp cơ sở hạ tầng cần thiết để truyền tải một số lượng lớn dữ liệu, cho phép tạo nên một thế giới thông minh, tiện ích và kết nối nhanh hơn. Bên cạnh đó, công việc hoàn thiện và triển khai mạng 5G gặp nhiều hạn chế và khó khăn. Các sơ đồ phân biệt lưu lượng truy nhập không giống như các thế hệ mạng kế thừa trước lại là một yêu cầu chính trong mạng 5G để đáp ứng các yêu cầu QoS từ đầu đến cuối. Các dịch vụ đa dạng trong 5G sẽ được lưu trữ trong nhiều miền cần được hỗ trợ bằng việc cung cấp linh hoạt các chức năng mạng. Hơn nữa, để đảm bảo cung cấp dịch vụ cho người dùng cuối mà không gặp phải giá trị gia tăng (Over The Top – OTT) trong khi gửi lưu lượng truy cập trên nhiều mạng, cần phải có nền tảng quản lý mạng tự động phù hợp. Khối lượng dữ liệu lớn đối với UDN và xử lý dữ liệu lớn trong mạng 5G cần quản lý mạng hiệu quả để đảm bảo QoS ngay cả khi bối cảnh mạng thay đổi. Ngoài ra, trong backhaul (là thuật ngữ chỉ kết nối giữa mạng trung tâm và các mạng con từ xa), chi phí để vận chuyển lưu lượng truy cập vào mạng lõi tăng do yêu cầu thông lượng của người dùng (dao động từ 20G cho đường xuống và 10G cho đường lên). Do đó, việc tải dữ liệu rất lớn dẫn đến mất cân bằng tải và tắc nghẽn trong mạng. Để đạt được việc sử dụng tài nguyên hiệu quả, quản lý lưu lượng là điều cần thiết trong khung thời gian 5G để xử lý lượng lưu lượng khổng lồ với yêu cầu QoE nghiêm ngặt. Tình huống này đòi hỏi khai thác lưu lượng truy cập và thông tin mạng trong mạng lưới, mạng lõi và cập nhật kiến trúc RAN để tăng hiệu quả mạng. Mạng sẽ được hoàn thiện hơn khi nó linh hoạt trong việc gán tài nguyên mạng cho các luồng dịch vụ và thông tin lưu lượng riêng lẻ từ mạng truyền dẫn và mạng lõi. 1.2 Kiến trúc mạng tổng quan Hình 1.1 Cấu trúc mạng 5G tổng quan Cấu trúc tổng quan của mạng 5G được mô tả trong hình dưới đây. Vì 5G là mạng không đồng nhất nên trong cấu trúc của nó bao gồm Macrocell, Microcell, Small cell và các Relay. Giao tiếp thiết bị đến thiết bị (Device to device) đề cập đến giao tiếp trực tiếp giữa các thiết bị, cho phép thay đổi user plane traffic của người dùng mà không cần thông qua cơ sở hạ tầng mạng. Massive Machine Communications (MMC) (truyền thông máy tính đại chúng) sẽ hình thành nên nền tảng của Internet of Things (IoT) với nhiều lĩnh vực bao gồm công nghiệp ô tô, an toàn công cộng, dịch vụ khẩn cấp và lĩnh vực y tế. Moving Network (Mạng chuyển động-MM) sẽ tăng cường và mở rộng liên kết với nhau với số lượng lớn thiết bị truyền thông di chuyển chung. Ultra desen Network (Mạng siêu dày đặc) sẽ là động lực chính với các mục tiêu như tăng dung lượng, tăng hiệu suất năng lượng của các liên kết vô tuyến và cho phép khai thác tốt hơn các phổ tần chưa được sử dụng. Ultra Reliable Network (Mạng siêu đáng tin cậy) sẽ cho phép mức độ sẵn sàng, khả dụng cao. Mạng 5G sử dụng Massive MIMO bao gồm nhiều anten để tối ưu. Massive MIMO là công nghệ đang được phát triển từ công nghệ MIMO hiện tại. Hệ thống Massive MIMO sử dụng các mảng anten chứa vài trăm anten cùng hoạt động một lúc, khe tần số phục vụ cho hàng chục thiết bị đầu cuối. Trạm gốc bên ngoài được trang bị các anten lớn, một số phân tán xung quanh cell, liên kết với trạm gốc bằng cáp quang. Người dùng cùng với anten trạm cơ sở tạo thành liên kết Massive MIMO ảo. Các điểm truy cập không dây trong nhà kết nối với người dùng thông qua cáp. Truyền thông trong nhà dùng WiFi, Small Cell, Ultra Wireband, VLC để tối ưu và tiện lợi. Ảo hóa chức năng mạng kích hoạt mạng đám mây (NFV Enable NW Cloud) bao gồm: UPE (U – Plane Entity) và CPE (C – Plane Entity) thực hiện các chức năng lớp cao hơn liên quan đến người dùng và mặt phẳng tương ứng. Đặc biệt XaaS(Anything as a Service) sẽ cung cấp dịch vụ theo nhu cầu, tổng hợp tài nguyên. XaaS dùng để kết nối giữa một mạng vô tuyến và một đám mây mạng. 1.3 Tổng quan về mạng lõi trong 5G 1.3.1 Các thành phần và chức năng của mạng lõi Hình 1.2 Kiến trúc của EPC trong hệ thống truy cập 3GPP EPC (Evolved Packet Core) gồm các thành phần MME, HSS, S-GW, P-GW, PCRF. Trong đó chức năng các khối như sau:  MME (Thực thể quản lý di động): là một nút điều khiển để xử lý quá trình báo hiệu giữa UE và mạng lõi, nó chịu trách nhiệm cho tất cả chức năng của mặt phẳng điều khiển liên quan đến quản lý thuê bao và quản lý phiên. MME hỗ trợ các quá trình sau:  Các thủ tục an ninh: Liên quan đến nhận thực người sử dụng đầu cuối cũng như khởi đầu các giải thuật mật mã và bảo vệ tính toàn vẹn.  Xử lý phiên giữa UE đến mạng: Liên quan đến tất cả các thủ tục báo hiệu để thiết lập ngữ cảnh số liệu gọi (Packet Data Context) và đàm phán các thông số liên quan như QoS.  Quản lý di động khi UE rỗi: Liên quan đến quá trình cập nhật vùng theo bám (TA) để có thể tìm gọi đầu cuối cho các phiên vào  S-GW (Cổng phục vụ): là điểm kết cuối của giao diện số liệu gói tới E-UTRAN. S- GW đóng vai trò như một neo di động nột hạt cho các kênh mang số liệu khi UE chuyển động giữa các eNodeB. Điều này có nghĩa là tất cả các gói IP của người sử dụng đều được chuyển qua S-GW cho di động nội E-UTRAN và di động với các công nghệ 3GPP khác như 2G GPRS và 3G UMTS. Ngoài ra S-GW thực hiện một số chức năng quan trọng trong mạng khách như thu thập thông tin tính cước (khối lượng số liệu được phát hay nhận tại UE) và chặn theo luật.  P-GW (Cổng mạng số liệu gói): giống như S-GW, P-GW là điểm kết cuối của giao diện số liệu gói đến mạng số liệu gói (PDN). Với vai trò là một điểm neo cho các phiên đến các mạng số liệu gói bên ngoài, P-GW cũng hỗ trợ các tính năng thực thi chính sách, cũng như lọc và hỗ trợ tính cước phát triển như tính cược cho từ URL.  PCRF (Chức năng các quy tắc chính sách và tính cước): chịu trách nhiệm quyết định điều khiển chính sách cũng như điều khiển các chức năng tính cước theo luồng nằm trong P-GW. PCRF đảm bảo trao quyền QoS, nó quyết định cách thức xử lý một luồng số liệu trong PCEF và đảm bảo rằng điều này là phù hợp với hồ sơ thuê bao người sử dụng.  HSS (Server thuê bao nhà): HSS chứ số liệu đăng ký thuê bao của người sử dụng như: hồ sơ QoS đăng ký bởi EPS và các hạn chế truy nhập đối với chuyển mạng. Ngoài ra nó cũng chứa thông tin về PDN mà UE có thể kết nối. Đây có thể là APN (Access Point Name: điểm truy nhập mạng) hay một địa chỉ PDN. Ngoài ra HSS còn lưu thông tin động như số nhận dạng MME hiện thời UE đang đăng nhập hay đăng ký. HSS cũng có thể liên kết với trung tâm nhận thực (AuC) nơi tạo ra các vecto cho nhận thực và khóa an ninh. 1.3.2 Giao thức trong EPC (GPRS Tunning Protocol) EPC sử dụng giao thức GTP, đây là giao thức cung cấp việc vận chuyển và báo hiệu để thực hiện các chức năng quản lý di động và QoS trên các trạm cơ sở. GTP là giao thức chính trong EPC, bao gồm hai mã định danh: mã định danh điểm cuối đường hầm nguồn và đích cho đường lên và đường xuống tương ứng, cùng với tất cả các thông tin khác trong đường hầm GTP. Các đường hầm GTP đơn hướng kéo dài như một bộ giữa trạm gốc và SGW và một bộ khác giữa SGW và PDN - GW. Dựa trên mặt phẳng điều khiển và người dùng, giao thức GTP có hai thành phần: - - Mặt phẳng điều khiển giao thức đường hầm GPRS (GTP-C): giao thức mặt phẳng điều khiển hỗ trợ thiết lập các đường hầm để quản lý di động và QoS. UDP được sử dụng làm giao thức truyền tải cho tín hiệu mạng lõi bởi GTP- C. Mặt phẳng người dùng giao thức đường hầm GPRS (GTP-U): giao thức mặt phẳng dữ liệu được sử dụng để triển khai các đường hầm giữa các thành phần mạng đóng vai trò là bộ định tuyến, cụ thể là SGW, PDN-GW và phía mạng có dây của trạm gốc radio. GTP-U chạy như một ứng dụng trên UDP và số cổng đích UDP cho GTP-U được cố định, trong khi số cổng nguồn được phân bổ động bởi nút gửi. 1.3.3 Mạng lõi cho 5G Khi triển khai 5G, với kiến trúc mạng hiện tại khó có thể đáp ứng các yêu cầu đặt ra. Vì vậy để hỗ trợ giải quyết những khó khăn này, khái niệm SDN được áp dụngvào mạng 5G. Dưới đây là cấu hình mới cho backhaul và mạng lõi dựa trên công nghệ SDN/NFV. 1.3.3.1 Chức năng hệ thống Backhaul và mạng lõi được thay đổi để tích hợp các thực thể mạng lõi truyền thống vào mạng OF. Mặt phẳng dữ liệu và mặt phẳng điểu khiển trong MME, SGW và PGW được phân tách; các giao diện S1 – MME, S6a và Gx thì không thay đổi. MME có chức năng: xác thực UE, ủy quyền và quản lý di động trong 3GPP được giữ nguyên. Việc phân tách mặt phẳng điều khiển và mặt phằng dữ liệu tạo ra các thành phần mạng S/PGW – C có thể được lưu trữ dưới dạng máy vật lý hoặc máy ảo trong đám mây. Các luồng lưu lượng chuyển tiếp ở SGW dựa trên các yêu cầu từ bộ điều khiển SDN tập trung trong mạng lõi. Các thực thể SGW–D và PGW–D hoạt động như một OpenFlow Switch: OFSW1 và OFSW2. Các quy tắc của OF Switch được cài đặt thông qua giao diện hướng bắc từ MME trong khi các thực thể S/PGW – D được quản lý bởi giao diện hướng nam (Open Flow), các OFSW tiếp nhận lưu lượng UE và chuyển chúng tới PDN đã định. Hình 1.3 Kiến trúc EPC cho 5G Các chức năng chính của các thực thể: SDN - BBU Pool: chịu trách nhiệm cân bằng tải, quản lý lưu lượng và QoS. Bộ điều khiển sẽ định tuyến lưu lượng dữ liệu tới EPC thông qua các giao diện đã được chuẩn hóa. BBU được lưu trữ theo 2 cách: OF kiểm soát truy cập của các switch hoặc xử lý các BBU độc lập trong BBU pool. Bộ điều khiển cục bộ (Local Controller - LC): có chức năng phân loại gói tại SDN – BBU tùy thuộc vào LocIP (gồm địa chỉ IP của UE và tiền tố BS). Nó kết nối với SDN bằng giao thức Open Flow. Quản lý thực thể di động (MME): là thành phần EPC ảo hóa kết nối với bộ điều khiển SDN thông qua giao diện hướng bắc bằng giao thức OF. Không giống như EPC truyền thống, chức năng MME mới không bao gồm lựa chọn S/PGW-D. MME được sử dụng như một thành phần độc lập hoặc tích hợp nó vào đám mây, do đó tăng thêm độ linh hoạt trong mạng lõi. S/PGW – C: có chức năng như TEID ( nhận dạng điểm cuối). Địa chỉ IP của UE sau khi nhận được truy vấn của MME thì được lưu trữ trong cơ sở dữ liệu cùng với các tham số QoS của dịch vụ mạng. Sau đó nó được truyền từ PCRF đến SGW–C và tài khoản người dùng. S/PGW – D: Các OFSW được điều khiển bởi bộ điều khiển SDN thông qua giao thức OF và có nhiệm vụ chuyển tiếp lưu lượng người dùng giữa các dịch vụ BBU và IP [1]. Bộ điều khiển SDN: là thành phần quan trọng nhất có trách nhiệm quản lý mặt phẳng dữ liệu và định tuyến cho lưu lượng trong mặt phẳng dữ liệu (giữa BBU và S/PGW – D). Chức năng chính của nó bao gồm duy trì thông tin tại các cổng, cân bằng tải và định tuyến lưu lượng. 1.3.3.2 Mặt phẳng điều khiển Mặt phẳng điều khiển bao gồm điều khiển cục bộ (LC) và bộ điều khiển SDN. Một số chức năng của LC:  Phân loại gói luồng và chuyển tiếp chúng tới bộ điều khiển SDN thông qua giao thức OF.  Thực thi các quy tắc trong quá trình thiết lập mạng chuyên dụng.  Xác định người dùng nhờ LocIP được kết nối cùng BBU.  Xử lý tính di động khi chuyển sang BBU mới.  Giúp hỗ trợ xử lý tài nguyên trong bộ điều khiển BBU. SDN – BBU duy trì các gói luồng nhưng để cải thiện khả năng mở rộng mạng lõi thì cần LC tổng hợp luồng.  Các luồng có cùng IP nguồn và đích thì được tổng hợp thành một gói và được định tuyến theo một cách.  Cân bằng các luồng lưu lượng và hạn chế tắc nghẽn tại các switch. Bộ điều khiển SDN: phân loại lưu lượng thành các lớp khác nhau và triển khai QoS cho các lớp dựa trên các tham số: địa chỉ IP nguồn và đích, số cổng và giao thức tại lớp 4 (lớp vận chuyển) và loại giá trị byte dịch vụ và thông tin tại lớp 2. 1.3.3.3 Mặt phẳng dữ liệu