개방형모바일네트워크테스트베드 2013. 12.17 경희대학교홍충선
목차 연구목표연구수행내용세부연구수행내용 KOREN 적용시나리오결언 2
1. 연구목표 1. 2. 연구수행내용 3. 세부연구수행내용 4. KOREN 적용시나리오 5. 결언 3
연구개요및연구목표 오픈소스소프트웨어기반모바일네트워크플랫폼개발및테스트베드구축오픈소스기반 WiFi 네트워크플랫폼구축오픈소스기반 3GPP 액세스네트워크플랫폼구축오픈소스기반 3GPP 코어네트워크구축오픈소스기반 SDN 네트워크제어관리환경구성오픈소스기반클라우드제어관리환경구성오픈소스기반개방형모바일네트워크시큐리티프레임워크설계 모바일네트워크커뮤니티형성및협력실증시험 MVNO 구현및모바일네트워크플랫폼기반실증시험 EFN(Enterprise Femtocell Network) 에뮬레이터구현및모바일네트워크플랫폼기반실증시험실증시험을위한커뮤니티형성 4
1. 연구목표 2. 연구수행내용 2. 3. 세부연구수행내용 4. KOREN 적용시나리오 5. 결언 5
연구수행내용 연구수행내용 RFP 요구사항 개방형프로그램기반 WLAN, 3GPP Access, 3GPP Core, IP 네트워크, SDN 제어환경, 클라우드제어환경구현 MVNO/EFN 구현및모바일네트워크플랫폼기반실증시험 국내외 5 개이상을대상으로실증시험을위한커뮤니티를형성 연구수행 오픈소스기반 WiFi 네트워크플랫폼구축 오픈소스기반 3GPP 액세스네트워크플랫폼구축 오픈소스기반 3GPP 코어네트워크구축 오픈소스기반 SDN 네트워크제어환경구성 오픈소스기반클라우드제어환경구성 오픈소스기반개방형모바일네트워크시큐리티프레임워크설계 MVNO 구현및모바일네트워크플랫폼기반실증시험 EFN(Enterprise Femtocell Network) 에뮬레이터구현및모바일네트워크플랫폼기반실증시험 실증시험을위한커뮤니티형성 ( 경희대, 고려대, 전남대, 계명대, 한양대, 바른기술 ) 6
연구수행내용 연구수행내용 관련연구및차별화방안 EU 의 FI-PPP 및 FP7 모바일클라우드네트워킹프로젝트에서는 OpenEPC 를적용하여모바일네트워크테스트베드를구축중 NSF 의 FIA 프로젝트의하나인 Rutgers Univ. 의 MobilityFirst 프로젝트는이종네트워크환경에서이동성을지원하는프레임워크를구축중 본연구에서제안하고구축예정인오픈소스네트워킹프로그램을활용한무선 /IP 네트워크 / 서비스플랫폼 (Cloud Service) 의 E2E 환경을구축하고, SDN 기반의네트워크 Controller 를구현하여모바일네트워크의동적제어환경을구현함으로써발전된방향의종합적인모바일네트워크제어관리환경구현측면에서차별성이있음 현재관심이집중되고있는 EFN 환경에서 FGW 에전송된모바일트래픽을미리정해진정책에따라 MNO 코어망과 SDN 기반 IP 네트워크중에서선택하여전송하는기술구현 실질적으로사용가능한오픈소스소프트웨어기반의개방형모바일네트워크플랫폼테스트베드를구축하여 B4G 나 MVNO 와같은이동통신기술연구의기틀마련 7
연구수행내용 오픈소스소프트웨어기반개방형모바일네트워크테스트베드구성도 8
연구수행내용 WiFi 네트워크플랫폼구축 오픈소스기반 WiFi 네트워크플랫폼구축및 KOREN 과연결 를이용한무선 AP 구축 기반 구축 기반 Wireless AP 와라우터간프로토콜정의및구현 SDN Controller 를위한 API 정의및구현 설계및구현 9
연구수행내용 3GPP 액세스네트워크플랫폼구축 USRP 및 OpenBTS 를이용한 BS 구축 기반 구축 USRP 및 OpenBTS 기반 BS 와오픈소스기반 3GPP 코어네트워크컴포넌트간의통신을위한프로토콜정의및구현 SDN Controller 를위한 API 정의및구현 설계및구현 오픈소스기반 3GPP 액세스네트워크플랫폼구축및코어네트워크와연동 10
연구수행내용 MVNO 서비스연구 SDN 기반미래인터넷에서 EFN 모바일트래픽특성에따라우회 ( 분산 ) 시키는 MVNO 서비스를위한테스트베드구축 MVNO 서비스를제공하기위한진화된아키텍처설계 EFN 간섭제어및 MVNO 서비스를위한가상망자원관리방법연구 MVNO 서비스를위한테스트베드구축및제안하는성능향상방법분석 MVNO 서비스를위한시스템구축환경 11
연구수행내용 오픈소스소프트웨어기반개방형모바일네트워크컴포넌트구성도 12
1. 연구목표 2. 연구수행내용 3. 세부연구수행내용 3. 4. KOREN 적용시나리오 5. 결언 13
SDN 기반네트워크제어환경구축 OpenFlow 기반네트워크제어프레임워크구조도 14
SDN 기반네트워크제어환경구축 : 개발환경 Ubuntu 12.04 ( 개발환경의기본운영체제 ) Floodlight version 0.90 (REST API 제공 ) Eclipse IDE v.3.7.2 Java v.1.7 (Floodlight Component 와연결하여사용자요구분석및데이터가공하고제공함 ) Apache tomcat v.7.0(http/https 통신지원 ) 15
SDN 기반네트워크제어환경구축 : Floodlight 개발환경 Floodlight 기반 SDN 컨트롤러개발환경 16
SDN 기반네트워크제어환경구축 : Floodlight 동작 Floodlight 을통해제어되고있는 OpenFlow 네트워크 17
3GPP Cellular 네트워크구축 : Cellular 네트워크구성도 UE USRP BTS Packet GTP SGSN GGSN IP PCU Access Network Core Network 18
3GPP Cellular 네트워크구축 : USRP + Osmo BTS(Base Transceiver Station) : BTS 를통해이동단말기가이동통신망에연결 ; 채널코딩 / 디코딩, 암 / 복호화등을수행 PCU(Packet Control Unit) : 패킷데이터를처리 ; 음성 / 데이터신호를위한채널할당이 BTS 에서이루어진후 PCU 에서해당채널에대한관리를담당 SGSN(Serving GPRS Support Node) : 무선엑세스망과정합되어패킷세션처리 / 관리, 이동성관리기능을담당 ; 단말기를인증 / 엑세스제어하고암호및압축, 이동성관리 ( 위치추적 ), 과금및통계를수행 GGSN(Gateway GPRS Support Node) : 세션및이동성관리기능을담당하는 GPRS 패킷망의게이트웨이노드로서, 외부 IP 네트워크와의인터페이스를관리 USRP OpenBTS w/ trans. Osmo SGSN Open GGSN Internet Um Osmo PCU Gb Osmocom Project: Open Source Mobile Communications GSM, DECT 등의이동통신표준구현을위한오픈소스프로젝트들의집합 19
3GPP Cellular 네트워크구축 : 네트워크시험환경 IP-PBX UE #1 w/ VoIP Client Access Network #1 Core Network Internet UE #2 w/ VoIP Client Access Network #2 20
클라우드서비스플랫폼구축 : 클라우드서비스플랫폼구조 KOREN SDN Controller Cloud Service Platform Controller node Compute nodes Nova Scheduler Cloud Server Pool Nova API RabbitMQ (Queue) 3GPP Core Network VM MVNO Server VM VoIP Server VM Compute Controller Volume Controller Nova Compute MySQL Glance API Image Storage Network Controller Hypervisor Operating System Physical Resources 21
클라우드서비스플랫폼구축 : 클라우드환경구축상세내용 OpenStack 설치환경 OS : Ubuntu 12.04.2 LTS Server OpenStack : Grizzly 버전 Controller/Compute 노드클러스터구성 Controller 노드는인터넷에연결되어 Public 접근가능 ü SSH 접속, CLI 통해원격관리가능 ü Web UI 기반원격 VM 생성 / 관리가능 Compute 노드추가기능 22
IP 라우터구축 : 기반 IP 라우터구조 23
IP 라우터구축 : SDN 기반 IP 라우터 기존의 SDN 기반 기존의 를 SDN 기반의 로개발하기위해가상시나리오를구성하여실험을수행 호스트 2 개를연결하는실험 호스트 4 개에서서로간의 Routing 하는실험으로확장 24
IP 라우터구축 : 연결확인실험 < 컨트롤러에표시된네트워크토폴로지 XML 메시지 > < 토폴로지구성 GUI 제공 > 실험수행순서 OpenvSwitch 를빌드와인스톨을수행후컨트롤러에연결 컨트롤러에연결하는과정에서 ovsdb-server 를시작하고데이터베이스를초기화 ovs-vsctl 를이용하여브릿지를설정하고 ovs-openflowd 를시작 네트워크토폴로지에대한 XML 메시지를볼수있고, GUI 로토폴로지구성을제공가능 25
기반 WLAN 환경구축 : AP 구조 OpenVWrt AP software 구조 AP 내부프로세스구성도 OpenVWRT OpenVSwitch OpenWrt-Bridge OpenVWrt AP 802.11bgn HW 26
기반 WLAN 환경구축 : SDN Controller 연동테스트 G-TOPology Hanyang Univ. Testbed OpenVWrt Test 27
VoIP 를활용한서비스환경구축 : 구축환경 수행방안 : 오픈소스기반 VoIP 서비스환경구축 Asterisk IP PBX (Private Branch exchange) ü 오픈소스인 Asterisk 를사용하여 IP PBX 시스템구축 ü 품질측정을통해네트워크환경에따른 VoIP 음성 Codec 및품질관련설정들의적정값결정 Mobile VoIP Client: Linphone ü Android 기반스마트장치 2 대와 Laptop 1 대에 VoIP Client 를설치하여구축된환경하에서 VoIP 모바일서비스시험 ü 다양한 OS 플랫폼을지원하는오픈소스 VoIP Client 인 LinPhone 을사용하여안정적인 VoIP 서비스동작검증 Android / ios / Ubuntu 플랫폼테스트 GNU Radio 3GPP 와 WiFi 환경에서 VoIP 서비스동작실험및검증 28
VoIP 를활용한서비스환경구축 : VoIP 서비스환경구축 클라우드서비스플랫폼에 VoIP 서비스환경구축완료 IP PBX: Asterisk 11.5.1 설치 VoIP Client: Linphone ü Android 기반 Galaxy Note 10.1 / Galaxy Tab 1 / XPERIA Ray ü Ubuntu 기반 Laptop 29
VoIP 를활용한서비스환경구축 : VoIP 내선음성통화서비스 VoIP 내선음성통화서비스설정 Asterisk CLI 명령과 Configuration 을통한 VoIP 내선음성통화서비스구축완료 ü 서비스시험을위한 SIP User 계정등록과 Dialplan 설정 ülinphone VoIP client 를사용하여다양한장치사이의음성통화서비스실험완료 Android, ios, Ubuntu 플랫폼에서테스트완료 üsip Messaging 서비스설정및테스트완료 VoIP 내선음성통화서비스설정및테스트를위한매뉴얼작성완료 Asterisk Web User Interface 설치및설정 Digium Web UI 설치및테스트완료 üdigium Asterisk Web UI 2.0-r5220 (Open source) ühttp://163.180.141.237:8088/static/config/index.html Web UI 를통한 Configuration 매뉴얼작성 30
VoIP 를활용한서비스환경구축 : VoIP 서비스동작실험 실험환경 OpenStack 시스템에설치된 Asterisk 서버를 IP PBX 로사용 GNU Radio 3GPP-data 네트워크에연결된 2 대의 VoIP 클라이언트 ü Android 기반스마트폰 ü 내선번호 : 6000, 6001 계정사용 WiFI AP 에연결된 2 대의 VoIP 클라이언트 ü Android 기반스마트폰 ü 내선번호 : 6003, 6004 계정사용 실험방법 동일네트워크내 VoIP 음성통화연결테스트 ü <Ext:6000> ßà <Ext:6001> (3GPP-data) ü <Ext:6003> ßà <Ext:6004> (WiFi) 3GPP-WiFi 네트워크상호간 VoIP 음성통화연결테스트 ü <Ext:6000> ßà <Ext:6003> (3GPP-data ßà WiFi) ü <Ext:6001> ßà <Ext:6004> (3GPP-data ßà WiFi) 31
VoIP 를활용한서비스환경구축 : VoIP 서비스동작실험환경 32
MVNO 서비스를제공하기위한아키텍처설계 (1/2) MNO 와 MVNO 의종류 MVNO 는 MNO 로부터임대하는구성요소와개별적으로운영하는구성요소에따라아래와같이 4 가지로구분 Full MVNO 는 Radio spectrum 제외한나머지모든부분을 MVNO 가개별적으로운영. (e.g., 대형 MVNO 사업자 ) 반면, Light MVNO 는 Radio spectrum, HLR, 그리고 MSC 등을 MNO 로부터임대하고, 나머지구성요소는개별적으로운영. (e.g., 중 / 소형 MVNO 사업자 ) 그외, Service provider 와 Enhanced serv. Provider 는아래와같음 본연구에서는 Light MVNO 구조를고려함. ( 네트워크구성요소를공유하기때문 ) M. Balon, B. Liau, Mobile Virtual Network Operator, Telecommunications Network Strategy and Planning Symposium (NETWORKS), 2012. 33
MVNO 서비스를제공하기위한아키텍처설계 (2/2) MVNO 서비스를위한 LTE 기반의기업형펨토망아키텍처연구 EFN 과 HeNB-GW 사이에서중계역할및 EFN 을관리하는 FCS 의기능정의 를이용하여모바일트래픽을우회하는 HeNB-GW 기능정의 MVNO 서비스를위해 MNO 코어망에위치한구성요소 (MVNO MME, MVNO HSS 등 ) 들의구체적인역할과동작절차정의 FUE: Femto User Equipment HeNB: Home envolved Node B RRM Radio Resource Management FCS: Femto Control Server FMS: Femto Management System HeNB -MS: HeNB Management System FCS-MS : FCS Management System HeNB GW-MS: HeNB GateWay Management System HSS: Home Subscriber Server VNetGW: Virtual Network GataWay EPC: Evolved Packet Core MME: Mobility Management Entity S-GW: Serving Gateway P-GW: PDN(Packet Data Network) Gateway 미래인터넷가상망에서 MVNO 서비스를위한기업형펨토망아키텍처. 34
모바일네트워크기반 MVNO 서비스구현 EFN 모바일사용자특성에따라트래픽을우회시키는서비스를위한테스트베드구축 빌딩환경에다수의 HeNB 가설치된 EFN 환경과무선자원관리기능을수행하는 FCS 에뮬레이터개발 MVNO 모바일트래픽을우회하기위한 SDN Controler 와연동을통한 HeNB-GW 개발 각 MVNO 서비스를위한 MNO 에뮬레이터를 OpenStack cloud server pool 에 VM 으로구축 35
1. 연구목표 2. 연구수행내용 3. 세부연구수행내용 4. KOREN 적용시나리오 4. 5. 결언 36
KOREN 적용시나리오 : WLAN 네트워크연결확인 KYUNG HEE Univ. Testbed HANGYANG Univ. Testbed SDN Controller GNU Radio 3GPP BS GNU Radio 3GPP BS Cloud Server Femto Control Server Femto Gate Way Web Server GNU Radio 3GPP BS Deajeon Suwon KOREN Gwangju Seoul Deagu Femto Gate Way Femto Control Server KEIMYUNG Univ. Testbed KOREA Univ. Testbed CHONNAM NATIONAL Univ. Testbed 37
KOREN 적용시나리오 : WLAN 네트워크를이용한 VoIP 서비스 KYUNG HEE Univ. Testbed HANGYANG Univ. Testbed SDN Controller GNU Radio 3GPP BS GNU Radio 3GPP BS Cloud Server Femto Control Server Femto Gate Way Web Server GNU Radio 3GPP BS Deajeon Suwon KOREN Gwangju Seoul Deagu Femto Gate Way Femto Control Server KEIMYUNG Univ. Testbed KOREA Univ. Testbed Configuration Traffic VoIP Traffic CHONNAM NATIONAL Univ. Testbed 38
KOREN 적용시나리오 : 셀룰러네트워크연결확인 KYUNG HEE Univ. Testbed HANGYANG Univ. Testbed SDN Controller GNU Radio 3GPP BS GNU Radio 3GPP BS Cloud Server Femto Control Server Femto Gate Way Web Server GNU Radio 3GPP BS Deajeon Suwon KOREN Gwangju Seoul Deagu Femto Gate Way Femto Control Server KEIMYUNG Univ. Testbed KOREA Univ. Testbed CHONNAM NATIONAL Univ. Testbed 39
KOREN 적용시나리오 : 셀룰러네트워크를이용한 VoIP 서비스 KYUNG HEE Univ. Testbed HANGYANG Univ. Testbed SDN Controller GNU Radio 3GPP BS GNU Radio 3GPP BS Cloud Server Femto Control Server Femto Gate Way Web Server GNU Radio 3GPP BS Deajeon Suwon KOREN Gwangju Seoul Deagu Femto Gate Way Femto Control Server KEIMYUNG Univ. Testbed KOREA Univ. Testbed Configuration Traffic VoIP Traffic CHONNAM NATIONAL Univ. Testbed 40
KOREN 적용시나리오 : EFN 에서의 MVNO 서비스 KYUNG HEE Univ. Testbed HANGYANG Univ. Testbed SDN Controller GNU Radio 3GPP BS GNU Radio 3GPP BS Cloud Server Femto Control Server Femto Gate Way Web Server GNU Radio 3GPP BS Deajeon Suwon KOREN Gwangju Seoul Deagu Femto Gate Way Femto Control Server KEIMYUNG Univ. Testbed KOREA Univ. Testbed Authentication Signal MNO Traffic CHONNAM NATIONAL Univ. Testbed MVNO Traffic 41
데모영상 42
5. 결언 본연구를통해구축된개방형모바일네트워크테스트베드를통해그동안진입장벽이높았던이동통신분야의다양한연구개발이가능 오픈소스기반의개방형모바일네트워크및서비스테스트베드를 KOREN 을통하여확보할수있음 진입장벽이높았던무선통신장비 / 서비스개발 / 실험의장으로개방함으로써산업체의실험을장려함 그동안개방형환경에서불가능했던이동통신네트워크의신규기술연구와실험이가능하게되어이동통신분야의비약적인발전을도모할수있음 본연구를수행을통해개방형모바일네트워크기술과기업형펨토셀네트워크에서무선자원관리방법에대한지식을보유한고급인력양성가능 43
Q&A 감사합니다! 44