Next-‑Gen ¡Mobile ¡Network ¡ Architecture ¡for ¡Advanced ¡Wireless December ¡2, ¡2016 ¡ Shreyasee ¡Mukherjee ¡
The ¡Advanced ¡Wireless ¡Research ¡ Ini?a?ve 2/16
Requirements ¡for ¡a ¡Next-‑Gen ¡Mobile ¡ Network 1.1. ¡Gigabit-‑speed ¡wireless ¡ broadband ¡ • Mobile ¡phones ¡that ¡can ¡download ¡ full ¡length ¡HD ¡movies ¡in ¡< ¡5secs ¡ • MulG-‑interface ¡capability ¡ 1.2. ¡Millisecond ¡latencies ¡ • Doctors ¡get ¡live ¡video ¡& ¡sensor ¡ data ¡from ¡ambulances ¡ 1.3. ¡Millions ¡of ¡objects ¡with ¡ seamless ¡mobility ¡ • Fully-‑autonomous ¡vehicles ¡that ¡can ¡ communicate ¡with ¡themselves ¡ 3/16 ¡
So ¡its ¡5G? Qualcomm Nokia Huawei Ericsson 4/16
Well, ¡not ¡just ¡the ¡G’s The ¡fastest ¡Internet ¡and ¡the ¡fastest ¡networks ¡cannot ¡be ¡built ¡by ¡enhancing ¡ just ¡ ¡the ¡edge ¡ 5/16
Implicit ¡Core ¡Network ¡Requirements 2.1. ¡FlaMer ¡networks ¡ VMs 2.2. ¡Virtual ¡networks ¡and ¡network ¡ slicing ¡ Network slices • CommodiGzaGon ¡of ¡network ¡ infrastructure ¡ 2.3. ¡In-‑network/cloud-‑based ¡ ¡ services ¡ Physical network • Compute/communicaGon ¡tradeoffs ¡ Compute • Smarter ¡core ¡protocols ¡ Communication • efficient ¡mulGcast, ¡anycast, ¡broadcast ¡ ¡ 6/16
The ¡ Named-‑Object ¡Abstrac?on ¡– ¡A ¡ Solu?on Virtual Link Content/Anycast What ¡to ¡Where ¡ e ¡ c i v r e M S a p g ¡ p i n n g ¡ i p Mapping ¡ p a M S e r v i c e ¡ WHAT ¡ HOW ¡ WHERE ¡ e ¡ c e ¡ i c v v i r r e e S S ¡ ¡ g g n n i p i p p a p M a M Multipoint Mobility/Late Binding • SeparaGon ¡of ¡names ¡from ¡addresses ¡ • Name ¡idenGfies ¡ WHAT/WHO , ¡translates ¡to ¡current ¡locaGon(s) ¡( WHERE ) ¡ which ¡are ¡used ¡to ¡idenGfy ¡ HOW ¡ to ¡perform ¡the ¡network ¡acGon. ¡ 7/16 * Work done in collaboration with Francesco Bronzino
High ¡Bandwidth ¡Wireless ¡for ¡a ¡Mul?-‑ Interface ¡Device ¡ • Network-‑assisted ¡mulG-‑homing ¡ GUID 11011..011 ¡ GUID Lookup ¡ ¡ NCS DATA ¡ NA99 ¡ MobilityFirst ¡Network DATA GNRS query (Data ¡Plane) NA32 Send (GUID = 11011..011, GNRS update data) (GUID 11011..011, NA99, GNRS Send (GUID = 11011..011, NA32, Stripe) SID=01, NA99, NA32, WHO—John’s ¡laptop ¡ data) WHERE—MulGple ¡NAs ¡ HOW—Stripe ¡ 8/16
High ¡Bandwidth ¡Wireless ¡(II) ¡ -‑-‑ ¡with ¡mobility • WiFi ¡+ ¡LTE ¡mulGhoming ¡(NS3) ¡ • In-‑network ¡data ¡striping ¡ 200 use both WiFi and LTE use only WiFi 180 400 File Transfer Completion Time (secs) use only LTE WiFi & LTE 160 Aggregate WiFi only Aggregate Throughput(MBytes) throughput close 300 LTE only 140 to the sum of the throughput through each 120 200 100 100 80 60 0 No WiFi 5meters/s(11mph) 10meters/s 20meters/s 30meters/s(67mph) connectivity 40 Speed of Vehicle 20 Service ¡intent ¡(HOW) ¡– ¡WiFi+LTE, ¡ best ¡interface, ¡only ¡WiFi, ¡etc. ¡ 0 10 20 30 40 50 60 70 80 In-‑network ¡storage ¡counters ¡packet ¡loss ¡ 90 Time(secs) 9/16
Millions ¡of ¡Objects ¡ ¡-‑-‑ ¡with ¡mobility • NJ ¡Turnpike ¡and ¡ Jersey ¡City ¡vehicular ¡ mobility ¡ • Random ¡assignment ¡ of ¡base-‑staGons ¡ • Number ¡of ¡name-‑ locaGon ¡updates ¡in ¡ the ¡resoluGon ¡service ¡ 160 ¡updates/sec ¡ Traffic ¡overhead— ¡<16KBps ¡ 10/16 * Work done in collaboration with Akash Baid
Hundreds ¡of ¡Objects ¡(II) ¡ -‑-‑in ¡a ¡mul?cast ¡group GNRS Service Plane • Named-‑Object ¡MulGcast ¡ Source Gs GUID ¡ Mapping ¡ (NOMA) ¡ GMng ¡ Gd1,Gd2,... ¡ • Recursive ¡trees ¡allowing ¡ GMulG ¡ Gr11 ¡ 1 Gr11 Gr11 ¡ Gr21, ¡Gr22 ¡ • dynamic ¡mobility ¡ • flexible ¡tree ¡gen ¡algorithms ¡ Gr21 • good ¡scaling ¡properGes ¡ Gr22 12 · 10 4 NOMA 10 PIM-SM+MSDP Gr32 Gr31 Average packet hops 8 1 , 000 Gd4 Gd1 s n 6 Gd3 Gd2 o 500 i t a n Destinations i t s e 4 D 0 20 50 100 2 P r e v i o u s ¡ S r c : ¡ G r 1 1 ¡ S r c : ¡ G s ¡ 1 ¡ P a y l o a d ¡ 0 H e a d e r s ¡ D s t : ¡ G r 2 1 ¡ D s t : ¡ G M ¡ 20 50 100 1000 Graph Size * Work done in collaboration with Francesco Bronzino 11/16
FlaTer ¡Networks Flatter core network with commodity routers Signaling exchanges in 3GPP PotenGal ¡savings ¡through: ¡ • Self-‑cerGfying ¡names ¡ • GNRS ¡based ¡mobility-‑management ¡ • Improved ¡5G ¡PHY ¡and ¡MAC ¡ 12/16 ¡
Virtual ¡Networks GNRS Service Plane GUID to Location GUID ¡ VN ¡Type ¡ Locator ¡ VN-ID to VN-Members R1 ¡ No ¡ 101 ¡ VN-Name to Phy-Name VNID_1 ¡ Yes ¡ VR1, ¡VR2, ¡… ¡ VR1 ¡ No ¡ R1 ¡ • MeeGng ¡service ¡specific ¡requirements ¡ • Name-‑based ¡virtual ¡network ¡layers ¡ • Easy ¡management ¡through ¡GNRS ¡ 13/16 * Work by Francesco Bronzino
In-‑Network ¡Services ¡ -‑-‑with ¡smarter ¡protocol • Edge ¡caching ¡ • In-‑network ¡transcoding ¡ • Cut-‑through ¡tunneling ¡ • … ¡ Service ¡Type ¡ Service ¡GUID ¡ Arguments ¡ Src ¡GUID ¡ Src ¡NA ¡ Dst ¡GUID ¡ Dst ¡NA ¡ SID ¡ Ext. ¡ GNRS Service Plane GUID ¡ Loc ¡ Type ¡ Expiry ¡ ¡ C ¡ P1 ¡ GUID ¡ never ¡ P1 ¡ 19 ¡ NA ¡ 1 ¡day ¡ M ¡ 53a ¡ NA ¡ 1min ¡ Network 19 14/16 * Work done in collaboration with Adrian Lara, Francesco Bronzino & Feixiong Zhang
Summary: ¡Named-‑Objects ¡for ¡ Advanced ¡Wireless • Unified ¡but ¡flexible ¡abstracGon ¡for ¡advanced ¡ mobility ¡services ¡ • Smarter ¡core ¡network ¡protocols ¡for ¡next-‑gen ¡ applicaGon ¡requirements ¡ • Ongoing ¡work ¡-‑ ¡Incremental ¡deployment ¡scenarios ¡ Mapping from GUIDs to getaway routers’ NAs Global NRS NRS NRS MF Island Tunnel Unmodified NRS Internet Core Tunnel MF Island MF Island Encapsulate MF messages in IP/UDP packets 15/16
Thank ¡you “[t]he ¡world ¡has ¡gone ¡wireless ¡and ¡we ¡cannot ¡be ¡ler ¡behind.” ¡ ¡-‑ ¡President ¡Obama ¡ 16
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