[论文解读] SIFM: A network architecture for seamless flow mobility between LTE and WiFi networks - Analysis and Testbed Implementation

Dhathri R. Purohith, Krishna M. Sivalingam|arXiv (Cornell University)|Feb 24, 2017

IPv6, Mobility, Handover, Networks, Security参考文献 4被引用 3

一句话总结

本文提出了一种基于软件定义网络（SDN）的SIFM架构，实现LTE与WiFi网络之间的无缝逐流移动性，将移动性决策集中于流量控制器以提升性能。通过ns-3仿真和真实测试平台评估，SIFM在吞吐量和信令开销方面优于PMIPv6，实现了无缝切换。

ABSTRACT

This paper deals with cellular (e.g. LTE) networks that selectively offload the mobile data traffic onto WiFi (IEEE 802.11) networks to improve network performance. We propose the Seamless Internetwork Flow Mobility (SIFM) architecture that provides seamless flow-mobility support using concepts of Software Defined Networking (SDN). The SDN paradigm decouples the control and data plane, leading to a centralized network intelligence and state. The SIFM architecture utilizes this aspect of SDN and moves the mobility decisions to a centralized Flow Controller (FC). This provides a global network view while making mobility decisions and also reduces the complexity at the PGW. We implement and evaluate both basic PMIPv6 and the SIFM architectures by incorporating salient LTE and WiFi network features in the ns-3 simulator. Performance experiments validate that seamless mobility is achieved. Also, the SIFM architecture shows an improved network performance when compared to the base PMIPv6 architecture. A proof-of-concept prototype of the SIFM architecture has been implemented on an experimental testbed. The LTE network is emulated by integrating USRP B210x with the OpenLTE eNodeB and OpenLTE EPC. The WiFi network is emulated using hostapd and dnsmasq daemons running on Ubuntu 12.04. An off-the-shelf LG G2 mobile phone running Android 4.2.2 is used as the user equipment. We demonstrate seamless mobility between the LTE network and the WiFi network with the help of ICMP ping and a TCP chat application.

研究动机与目标

• 解决异构LTE与WiFi网络之间无缝逐流移动性的挑战。
• 通过将移动性决策集中化，减少PGW中的信令开销和复杂性。
• 通过利用SDN原则实现对网络状态的全局视图，提升网络性能。
• 在仿真和真实测试平台环境中，验证所提出架构的可行性与性能提升。

提出的方法

• SIFM架构引入了一个集中式的流量控制器（FC），负责管理移动性决策，将控制面与数据面解耦。
• FC利用SDN原则维护网络状态的全局视图，实现智能且协调的切换决策。
• 该架构与现有LTE（通过OpenLTE eNodeB和EPC）及WiFi（通过hostapd和dnsmasq）基础设施集成。
• 移动性在流级别进行管理，确保网络切换期间数据会话的连续性。
• 系统在测试平台上实现，使用USRP B210x进行LTE仿真，WiFi部分使用标准Linux守护进程。
• 通过ICMP ping和TCP聊天应用评估性能，以验证无缝切换。

实验结果

研究问题

• RQ1 集中式的基于SDN的流量控制器能否实现LTE与WiFi网络之间的无缝逐流移动性？
• RQ2 与PMIPv6相比，SIFM架构如何减少PGW中的信令开销和复杂性？
• RQ3 与PMIPv6相比，SIFM在吞吐量、延迟和切换延迟方面提供了哪些性能提升？
• RQ4 SIFM架构能否在使用真实设备的真实测试平台环境中实现无缝移动性？
• RQ5 FC提供的全局网络可见性如何提升移动性决策的质量？

主要发现

• 通过ICMP ping和TCP聊天应用验证，SIFM在LTE与WiFi网络之间实现了极小切换中断的无缝逐流移动性。
• SIFM通过将移动性控制集中于流量控制器，显著减少了PGW中的信令开销和复杂性。
• ns-3仿真中的性能评估显示，与基线PMIPv6架构相比，SIFM实现了更高的网络吞吐量和更低的切换延迟。
• 测试平台实现结果证实了SIFM的可行性，其使用真实硬件（USRP B210x）和真实用户设备（LG G2 Android 4.2.2）。
• 集中式的流量控制器实现了更优的全网可见性，从而支持更高效、更协调的移动性决策。
• SIFM在仿真和真实部署环境中均表现出一致的性能优势，验证了其可扩展性和鲁棒性。