Cloud native design av IoT basebandfunktioner : Introduktion till molnprinciper

The exponential growth of research and deployment of 5G networks has led to an increased interest in massive Machine Type Communications (mMTC), as we are on the quest to connect all devices. This can be attributed to the constant development of long-distance and low-powered Internet-of- Things (IoT) technologies, or, Low Power Wide Area Network (LPWAN) technologies such as Long-Range (LoRa) and Narrow Band- IoT (NB-IoT). These technologies are gaining prominence in the IoT domain as the number of LPWAN connected devices has doubled from 2018 to 2019. This increase in devices warrants a proportional number of gateways to push the data to the Internet for further analytics. The traditional LPWAN architectures do not provide dynamic scaling of resources or energy-efficient solutions. Thus, a Cloud-Native (CN) split architecture based on the functional characteristics of the components is a necessity. In this work, a software-based implementation of the LoRa stack on GNU Radio is designed and implemented using Software-Defined Radio (SDR). The LoRa gateway is implemented in software completely, replicating the functions of the hardware for communicating with any LoRa Network Server. Several experiments with different setups have been performed on the testbed to measure the resource utilization and packet delay of the LoRa Physical (PHY) and Medium Access Control (MAC) layers. Also, the testbed has been moved into Docker containers to emulate a cloud-based platform and make the transition faster. Higher throughput and lower delay (Improvement in the range of 1.3x - 6.7x) were recorded upon splitting the testbed into Radio Head (RH) and Edge containers. Finally, three potential functional split architectures including the gateway have been discussed while providing a fair trade-off between pooling gain and consumed bandwidth for a CN split architecture. Den exponentiella tillväxten av forskning och distribution av 5G-nät har lett till ett ökat intresse för massive Machine Type Communicationsn (mMTC) eftersom vi är på jakt att ansluta alla enheter. Detta kan tillskrivas den ständiga utvecklingen av långdistans- och lågdrivna Internet-of-Things-teknologier (IoT) -teknologier, eller, Low Power Wide Area Network (LPWAN) tekniker som Long-Range (LoRa) och Narrow Band- IoT (NB-IoT). Dessa teknologier blir framträdande inom IoT-domänen eftersom antalet LPWAN-anslutna enheter har fördubblats från 2018 till 2019. Denna ökning av enheterna motiverar ett proportionellt antal portar för att driva data till Internet för ytterligare analys. De traditionella LPWAN-arkitekturerna ger inte dynamisk skalning av resurser eller energieffektiva lösningar. Således är en moln-infödd delad arkitektur baserad på funktionernas egenskaper hos komponenterna en nödvändighet. I detta arbete designas och implementeras en programvarubaserad implementering av LoRa-stacken på GNU Radio med hjälp av Software- Defined Radio (SDR). LoRa-gatewayen implementeras i mjukvara fullständigt, vilket replikerar maskinvarans funktioner för att kommunicera med någon LoRaNetwork Server. Flera experiment med olika inställningar har utförts på testbädden för att mäta resursutnyttjandet och paketfördröjningen för LoRa Physical (PHY) och Medium Access Control (MAC) -skikten. Testbädden har också flyttats in i Docker-behållare för att emulera en molnbaserad plattform och göra övergången snabbare. Högre genomströmning och lägre fördröjning (Förbättring inom intervallet 1,3x - 6,7x) registrerades vid uppdelning av testbädden i Radio Head (RH) och Edge containrar. Slutligen har tre potentiella funktionella splitarkitekturer inklusive gateway diskuterats samtidigt som det ger en rättvis avvägning mellan pooling av vinst och förbrukad bandbredd