Με την όλο και αυξανόμενη δημοτικότητα των κινητών συσκευών η ζήτηση για τεχνολογία κινητών επικοινωνιών συνεχίζει να αυξάνεται ραγδαία σε όλο τον κόσμο. Το διαδίκτυο έχει οδηγήσει στην δημιουργία μιας ψηφιακής κοινωνίας που (σχεδόν) όλα είναι συνδεδεμένα και προσβάσιμα απο οπουδήποτε. Είναι γεγονός ωστόσο οτι οι σημερινές τεχνολογίες δικτύωσης δεν μπορούν να ικανοποιήσουν τις απαιτήσεις των σημερινών αναγκών του δικτύου λόγω περιορισμών στην δομή και στην αρχιτεκτονική. Αυτό δημιουργεί την ανάγκη ανάπτυξης νέων δικτύων με αυξημένες δυνατότητες που μπορούν να εξυπηρετήσουν αποτελεσματικά τις ανάγκες του χρήστη. Το νέο μοντέλο δικτύωσης ειναι η δικτύωση βασισμένη στο λογισμικό (Software Defined Networking- SDN) η οποία αφαιρεί τον έλεγχο από τις συσκευές προώθησης του δικτύου, παρέχοντας τη δυνατότητα οποιεσδήποτε αποφάσεις ελέγχου, να λαμβάνονται κεντρικά, μετατρέποντας έτσι τις κλασικές δικτυακές συσκευές σε απλά προωθητικά στοιχεία του δικτύου. Στην αρχιτεκτονική αυτή οι αποφάσεις λαμβάνονται απο μια εφαρμογή που λειτουργεί ως σημείο στρατηγικού ελέγχου στο δίκτυο και διαχειρίζεται τον έλεγχο ροής για βελτιωμένη διαχείριση δικτύου και απόδοση εφαρμογών.
Η παρούσα διπλωματική εργασία έχει ως στόχο την παρουσίαση της τεχνολογίας SDN και στην συνέχεια την ανάπτυξη μίας SDN εφαρμογής η οποία παρακολουθεί το δίκτυο και πραγματοποιεί αλλαγές στα μονοπάτια με στόχο να πετύχει καλύτερη απόδοση δικτύου σε θέματα μεταφοράς δεδομένων βίντεο. Πιο συγκεκριμένα, η εφαρμογή packet loss controller παρακολουθεί περιοδικά στο μονοπάτι μετάδοσης πακέτων μία παράμετρο του δικτύου και συλλέγει στατιστικά βάσει των οποίων υπολογίζει μία τιμή την οποια χρησιμοποιεί για να αλλάξει το μονοπάτι. Έπειτα υπολογίζεται το PSNR. Αν διαπιστωθεί οτι η τιμη αυτή ειναι μεγαλύτερη απο ενα προσιορισμένο κατώφλι , η εφαρμογή αλλάζει το μονοπάτι μετάδοσης και έτσι το PSNR ανακάμπτει.
Η δομή της παρούσας διπλωματικής εργασίας είναι η εξής: Στο κεφάλαιο 1 παρουσιάζεται η σημερινή εικόνα των δικτύων επικοινωνιών και οι προβλέψεις για τη μελλοντική εικόνα, καθώς και οι προκλήσεις στις οποίες τα σημερινά δίκτυα δε θα μπορούν να αντεπεξέλθουν. Στη συνέχεια στο κεφάλαιο 2 περιγράφεται αναλυτικά η τεχνολογία SDN ως προς την αρχιτεκτονική, το κύριο πρωτόκολλο που χρησιμοποιεί, τα σενάρια χρήσης της, την προτυποποίηση, τα πλεονεκτήματα και τα μειονεκτήματά της. Το επόμενο κεφάλαιο περιγράφει αναλυτικά τον ελεγκτή SDN που χρησιμοποιήθηκε για την υλοποίηση της παρούσας διπλωματικής. Το κεφάλαιο 4 περιγράφει αναλυτικά όλα τα προαπαιτούμενα εργαλεία και οδηγίες για την ανάπτυξη του path loss controller, ενώ το κεφάλαιο 5 αναλύει σε βάθος τις σχεδιαστικές προδιαγραφές, τη λογική και τον κώδικα του path loss controller. Το κεφάλαιο 6 παρουσιάζει τα πειράματα που πραγματοποιήθηκαν για τον υπολογισμό του μετρητή ποιότητας PSNR και παρέχει επίδειξη της λειτουργίας του path loss controller ενώ το κεφάλαιο 7 συνοψίζει επιγραμματικά τα συμπεράσματα της παρούσας εργασίας και ανοιχτά θέματα για μελλοντική έρευνα.
(EL)
With the increasing popularity of mobile devices, the demand for mobile communica-tion technology continues to rapidly grow around the world. The Internet has led to the creation of a digital society, where (almost) everything is connected and is accessible from anywhere. It is a fact though that the current networking technologies cannot meet requirements of today's network needs due to limitations in structure and archi-tecture. This creates the necessity of developing new networks with increased capabili-ties that can serve the user’s needs efficiently. The new networking paradigm is Soft-ware Defined Networking (SDN) which decouples the control from the data plane providing the ability to make any control related decisions centrally and transform lega-cy network devices to simple forwarding elements. In the new architecture the deci-sions are made from an application that acts as a strategic control point in the network and manages the flow control for improved network management and application per-formance.
This thesis aims at presenting SDN technology and then developing an SDN platform that monitors the network and makes changes in the paths to achieve better perfor-mance in the network in case of video streaming. More specifically, the developed SDN packet loss controller periodically monitors a networking parameter on the video pack-ets transmission path and collects statistics, based on which, it calculates a value that is used to change the forwarding path if needed. As a next step, the Quality of Experi-ence (QoE) related metric Peak to Signal Noise Ratio (PSNR) is calculated. If it is found that if the value is more than a predefined threshold, the framework changes the transmission path, and thus the PSNR quality metric raises.
The structure of this thesis is the following: Chapter 1 presents the current state of communications networks and predictions for the future state, as well as the challeng-es that current networks will not be able to cope with. Chapter 2 then describes in detail the SDN technology in terms of architecture, main control-data plane communication protocol, use cases, standardization, advantages and disadvantages. The following chapter describes the SDN Controller used for the implementation of the current thesis in detail. Chapter 4 describes all the required tools and instructions for the develop-ment of packet loss controller, while Chapter 5 analyses in depth packet loss control-ler’s design principles, logic and code files. Chapter 6 presents the experiments that were executed for the calculation of the quality metric PSNR and provides a demon-stration of packet loss controller’s operation whereas Chapter 7 briefly summarizes the conclusions of this thesis and future work directions.
(EN)
Εθνικό και Καποδιστριακό Πανεπιστήμιο Αθηνών
