Design, implementation and evaluation of synchronous ethernet in an SDN architecture

[ANGLÈS] Many of today's telecommunications systems rely on strict timing and synchronization requirements. This is the case of cellular telephony (3G, 4G/LTE), where base stations need accurate and stable frequency clocks in order to obtain their carrier radio frequencies, arbitrate the frequency- and time-shared access of terminals, and coordinate the handover of terminals between adjacent cells. The imminent deployment of 5G networks, with a much higher density of cells and speed, will further increase the need for synchronization. On one hand, Synchronous Ethernet (SyncE) is a well-known, cheap, scalable Ethernet data plane, with the addition of special messages that convey synchronization information. Regarding timing, SyncE nodes' capabilities are similar to those of SDH/SONET. On the other hand, SDN is a new networking paradigm that provides an abstraction of the forwarding function, decoupling the data plane from the control plane. The control of the network is moved to the controller, an external centralized entity that manages the network configuration based on policies through a southbound interface, for example OpenFlow. SDN architecture opens the way to the virtualization of network functions, the global optimization of network operations, and reduces operational costs. This degree thesis proposes extensions of the OpenFlow protocol in order to deploy SDN-enabled Synchronous Ethernet networks. For that, SyncE and SDN architectures have been analysed, and the design rules of both technologies have been maintained. Moreover, an application has been developed for the controller so that it implements the intelligence of the SyncE architecture, new features (now possible thanks to the centralized model) and an API that allows to know and manage information regarding SyncE. The proposed extensions and modifications have been deployed and tested in a real environment.[CASTELLÀ] Muchos servicios de telecomunicaciones tienen estrictos requisitos de sincronizaci ́ on. La telefon ́ ıa celular (3G, 4G/LTE) es un claro ejemplo, en el que las estaciones base necesitan una sincronizaci ́ on en frecuencia estable y de alta precisi ́ on para obtener las frecuencias portadoras y gestionar el acceso al medio de los terminales, ya que los recursos se com- parten tanto en tiempo como en frecuencia. De la misma forma, se debe coordinar el handover de terminales entre celdas adyacentes. El inminente despliegue de redes 5G, con una mayor densidad de celdas y tasas de transmision m ́ as elevadas requerir ́ a una mayor precisi ́ on en la sincron ́ ıa. Dos tecnolog ́ ıas se perfilan como la soluci ́ on a los retos mencionados. Por un lado, Syn- chronous Ethernet (SyncE) es una arquitectura basada en elementos Ethernet, caracteri- zados por su precio econ ́ omico, madurez y escalabilidad, que proporciona la distribuci ́ on de un ́ arbol de sincronizaci ́ on sobre una red mediante un intercambio de mensajes de control. En cuanto a las caracter ́ ısticas de la sincron ́ ıa, las capacidades de los nodos SyncE son similares a los nodos SDH/SONET. Por otro lado, SDN es un nuevo paradigma en redes en el cual se abstraen las funciones de encaminamiento, desacopl ́ andolas del plano de datos. El control de la red se mueve hacia el controlador, una entidad central- izada que maneja la configuraci ́ on de la red mediante reglas a traves de una interf ́ ıcie southbound como lo es OpenFlow. La arquitectura SDN abre nuevas posibilidades como la virtualizaci ́ on de funciones de red, la optimizaci ́ on global de operaciones de red y la reducci ́ on de costes de operaci ́ on. En este trabajo se proponen extensiones a OpenFlow para poder desplegar una red SDN habilitada para utilizar SyncE. Para ello, se analizan las dos arquitecturas (SyncE y SDN) y, teniendo en cuenta las reglas de dise ̃ no de ambas, se ha realizado una integraci ́ on de SyncE en SDN. Adem ́ as, se ha creado una aplicaci ́ on para el controlador que implementa toda la inteligencia de SyncE, nuevas caracter ́ ısticas (ahora posibles gracias al modelo centralizado) y una API que permite visualizar y controlar par ́ ametros relacionados con SyncE. Las extensiones y modificaciones propuestas se han desplegado y testeado sobre un entorno real de laboratorio con unos resultados positivo