Software-Defined Wireless Networking (SDWN) für den Einsatz in Enterprise- und Internet-Service-Provider (ISP)-Netzwerken

01.03.2014 -

Abgeschlossen
TU Berlin & Deutsche Telekom AG

Name des Teilnehmers: Julius Schulz-Zander

Beschreibung des IT-Forschungsprojekts: In heutigen Zugangsnetzen dominiert zunehmend der drahtlose Netzzugang auf Wireless-Local-Area-Network (WLAN)-Basis. Dieser Trend wird getrieben durch die ständig wachsendende Mobilität und den Erfolg heutiger mobiler Endgeräte wie Smartphones, Tablets und Laptops. Um der stetig steigenden Anzahl an mobilen Geräten in heutigen Netzwerken und dem damit verbundenen steigenden Datenaufkommen gerecht zu werden, haben etliche europäische Provider wie die Deutsche Telekom AG und Swisscom AG bekannt gegeben, vermehrt Hot-Spots auf WLAN-Basis in ihre Netze zu integrieren, um die Mobilfunknetze zu entlasten. Ersterer hatte im Frühjahr 2013 bekannt gegeben den Ausbau bis 2016 auf knapp über 2,5 Millionen Hot-Spots deutschlandweit voranzutreiben.

Eine Vielzahl dieser neuen Hot-Spots werde in den Räumlichkeiten der Benutzer durch den Austausch bestehender Geräte realisiert. Aufgrund der steigenden Anzahl an mobilen Geräten und dem damit verbundenen Ausbau der WLAN-basierenden Hot-Spot Infrastruktur werden Netzwerk-Provider mit der Notwendigkeit konfrontiert, ihre unterschiedlichen Netzwerksegmente im Einklang bis in die Räumlichkeiten der Nutzer (das DSL Modem und zugleich WLAN Router) zu verwalten. Diese stetig steigende Anzahl an WLAN fähigen Geräten stellt eine große Herausforderung für den Betrieb von Netzwerken in Wohngebieten, öffentlichen Plätzen und Unternehmen dar. Dies erzeugt neue Herausforderungen bezüglich der Flexibilität und Effektivität des Netzwerk Managements sowie der Integration von Drahtgebundenen-, Mobil- und WLAN-Netzwerksegmenten. Heutige Netzwerke bestehen in der Regel aus einer Vielzahl an Netzwerkkomponenten wie Switches, WLAN Access Points (APs), Middle-Boxen, mit beispielsweise Firewall oder Network-Address-Translation Funktionalität, und Intrusion-Detection-Systeme. Die Anzahl der Netzwerkkomponenten reicht von einigen Dutzend bis zu Tausenden, welche meist über einen oder mehrere zentrale Controller gemanagt werden. Abhängig von der Art und Größe des Netzwerks, kann letzterer entweder in dem selbigen Netzwerk-Segment oder in der Cloud beheimatet sein. Meist sind diese Systeme geschlossene, hochgradig vertikal integrierte Lösungen, was zu einem Hersteller Lock-In führt und Flexibilität verhindert. Software-Defined Networking (SDN) ist ein Konzept, um diese Inflexibilität zu überwinden. Es separiert die Kontrollebene von der Datenebene und ermöglicht letztere logisch zentral zu programmieren. SDN verspricht dem Netzwerkbetreiber unter anderem die programmatische Erstellung von Virtuellen-Netzen, feingranulare Zugangskontrollen und mehr Flexibilität beim Traffic Engineering, was schließlich eine bessere Auslastung von Netzwerkkapazitäten erlaubt. Das OpenFlow Protokoll ist ein gängiges SDN Interface für drahtgebundene Ethernetbasierende Switches und bringt die Vorteile von SDN in heutige Enterprise-Netzwerke und Datenzentren.

Da WLAN-APs heutzutage ein integraler Bestandteil heutiger Netzwerke sind, müssen beispielsweise Network Policies systemweit für die Netzwerkkomponenten gelten und Netzwerke einfacher bis in die drahtlosen Zugangsnetze zu debuggen sein. Das OpenFlow-Protokoll geht jedoch nicht auf die fundamental unterschiedlichen Charakteristika und die Komplexität des Medium Access Control (MAC) und des Physikalischen (PHY) Layers von WLAN ein. Insbesondere leistet OpenFlow nicht die notwendigen Abstraktionen, um Handover im Rahmen von Client-Mobility oder Load-Balancing durchzuführen. Ferner bietet es keine Möglichkeiten, den Datenpfad mit ständig wechselnden Übertragungsraten und Sendeleistungen zu steuern. Ziel des Vorhabens SDWN ist es daher, das SDN-Konzept auf heutige WLAN-basierende Netzwerkkomponenten zu übertragen und die notwendigen Abstraktionen und Primitiven zu identifizieren und zu analysieren. Im Forschungsvorhaben soll geklärt werden, wie die Architektur eines „Software-Defined Wireless Networking“ (SDWN) für den Einsatz in Enterprise- und Internet-Service-Provider (ISP)-Netzwerke auszusehen hat, weiterhin soll ein entsprechender erweiterter Prototyp erstellt sowie evaluiert werden. Das Konzept des SDWN verspricht eine Vielzahl an neuen Innovationen im Betrieb von heutiger und zukünftiger Enterprise- und ISP-Netzwerke.

Software Campus-Partner: TU BerlinDeutsche Telekom AG

Umsetzungszeitraum: 01.03.2014 - 29.02.2016