Software-Defined Aerial Networks in 5G: A Data-Centric Publish/Subscribe Approach to Hierarchical Distributed Controllers

Software-Defined Aerial Networks in 5G: A Data-Centric Publish/Subscribe Approach to Hierarchical Distributed Controllers. Masters thesis, King Fahd University of Petroleum and Minerals.

[img] PDF (MS Thesis - Software-Defined Aerial Networks in 5G: A Data-Centric Publish/Subscribe Approach to Hierarchical Distributed Controllers)
MS Thesis - Software-Defined Aerial Networks in 5G - A Data-Centric Publish-Subscribe Approach to Hierarchical Distributed Controllers.pdf - Accepted Version
Restricted to Repository staff only until 5 January 2022.

Download (8MB)

Arabic Abstract

تسارعت الرحلة نحو الجيل الخامس من الشبكات اللاسلكية وما بعد لتلبية الطلبات المتزايدة لحركة المرور الناتجة عن التطور السريع وانتشار أجهزة الجوال ذات القدرات العالية: الهواتف الذكية والأجهزة اللوحية وكائنات IoT. تقدم التقنيات التمكينية التي تقدمها G5 قيودًا جديدة على شبكة الاتصالات السلكية واللاسلكية ، مثل القابلية للتداخل ، ومتطلبات LoS ، والقدرة قصيرة المدى ، وتقليل أحجام الخلايا ، وإدارة الارتباط الأمامي / الخلفي والحاجة العامة لنموذج شبكة ديناميكي. UAVs كمحطات قاعدية جوية ومرحلات تعتبر حلاً مكملاً للقيود التي تفرضها اتصالات G5 ، والمشار إليها في هذا العمل باسم AANs. يشكل دمج العقد الهوائية الديناميكية للغاية في الشبكات الخلوية التقليدية القائمة على بروتوكول الإنترنت تحديًا في التكوين الفعال للشبكة ومرونة الإدارة. علاوة على ذلك ، تتطلب الشبكات المستقبلية القدرة على اتخاذ إجراءات ذكية في البيئات المتغيرة بناءً على نماذج تنبؤية مدربة على كمية كبيرة من المعلومات السلوكية للطرف الأرضي التي تم جمعها من عناصر الشبكة المركزية. نماذج الشبكات الخلوية التقليدية غير قادرة على أداء مثل هذه المهام بطريقة فعالة. تم اقتراح نموذج SDN في الأدبيات الخاصة ببيئات الشبكات الديناميكية هذه. في هذه الدراسة ، تم تقديم تقييم AANs المنشور مع SDN نموذج الشبكة لحل قيود الاتصال الخلوي 5G . علاوة على ذلك ، يتم تقديم مراجعة للتحديات وأحدث التقنيات في نشر AANs بالإضافة إلى بنية جديدة متعددة المستويات AAN تدمج نموذج شبكة قابل للتطوير SDN. يتم إجراء تقييم الأداء على نموذج RTPS المتمحور حول البيانات المستخدم لوحدات التحكم الموزعة ذات التسلسل الهرمي SDN.

English Abstract

The journey towards fifth generation of wireless networks and beyond has accelerated to meet the ever-rising traffic demands brought forth from the rapid development and proliferation of highly capable mobile devices: smartphones, tablets, and Internet-of-Things (IoT) objects. Enabling technologies proffered by 5G introduce new constraints placed on the telecommunication network, such as susceptibility to interference, Line-of-Sight (LoS) requirement, short range capability, decreasing cell sizes, fronthaul/backhaul link management and an overall need for a dynamic network model. Unmanned Aerial Vehicles (UAVs) as aerial base stations and relays are viewed as a complementary solution to the limitations imposed by 5G communication, referred to in this work as Aerial Access Networks (AANs). Integration of highly dynamic aerial nodes into traditional cellular networks poses a challenge in efficient network configuration and management flexibility. Furthermore, future networks require capability of intelligent actions in changing environments based on predictive models trained on large amount of ground terminal behavioral information collected from centralized network elements. Traditional cellular network models are incapable of performing such tasks in an efficient manner. Software-Defined Networking (SDN) paradigm has been proposed in the literature for such dynamic network environments. In this work, a study of AANs deployed with SDN network model is presented to resolve 5G cellular communication limitations. Further, a review is presented of the challenges and latest technologies in the deployment of AANs in addition to a novel multi-tier AAN architecture integrating a scalable SDN network model is proposed. Scalability-based performance evaluation is carried out on the data-centric Real-Time Publish/Subscribe (RTPS) model utilized for distributed, hierarchical SDN controllers.

Item Type: Thesis (Masters)
Subjects: Computer
Engineering
Department: College Of Computer Sciences and Engineering > Computer Engineering Dept
Committee Advisor: Al-Madani, Basem
Committee Members: Abu-Amara, Marwan and Imam, Muhammad
Depositing User: Abdurrahman Beg
Date Deposited: 06 Jan 2021 08:14
Last Modified: 06 Jan 2021 08:14
URI: https://eprints.kfupm.edu.sa/id/eprint/141791