Software Defined Networks: alcuni casi di studio

In questo elaborato si descrive l'emergente approccio alle reti, il Software Defined Network, ed i suoi benefici. Successivamente viene preso in considerazione un importante componente di questa nuova architettura: il protocollo OpenFlow; si spiega che cos'è e si elencano i benefici che può apportare ad un'architettura SDN a sostegno di questi vengono mostrati quattro differenti casi d'uso di OF, comparati poi ad altri scenari equivalenti che non usano questo protocollo. Infine si è pensato ad alcuni possibili studi e sviluppi circa quest'architettura.

Enhancing quality of service in software-defined networks

Resource management is of paramount importance in network scenarios and it is a long-standing and still open issue. Unfortunately, while technology and innovation continue to evolve, our network infrastructure system has been maintained almost in the same shape for decades and this phenomenon is known as “Internet ossification”. Software-Defined Networking (SDN) is an emerging paradigm in computer networking that allows a logically centralized software program to control the behavior of an entire network. This is done by decoupling the network control logic from the underlying physical routers and switches that forward traffic to the selected destination. One mechanism that allows the control plane to communicate with the data plane is OpenFlow. The network operators could write high-level control programs that specify the behavior of an entire network. Moreover, the centralized control makes it possible to define more specific and complex tasks that could involve many network functionalities, e.g., security, resource management and control, into a single framework. Nowadays, the explosive growth of real time applications that require stringent Quality of Service (QoS) guarantees, brings the network programmers to design network protocols that deliver certain performance guarantees. This thesis exploits the use of SDN in conjunction with OpenFlow to manage differentiating network services with an high QoS. Initially, we define a QoS Management and Orchestration architecture that allows us to manage the network in a modular way. Then, we provide a seamless integration between the architecture and the standard SDN paradigm following the separation between the control and data planes. This work is a first step towards the deployment of our proposal in the University of California, Los Angeles (UCLA) campus network with differentiating services and stringent QoS requirements. We also plan to exploit our solution to manage the handoff between different network technologies, e.g., Wi-Fi and WiMAX. Indeed, the model can be run with different parameters, depending on the communication protocol and can provide optimal results to be implemented on the campus network.

Problematiche di sicurezza nelle software defined networks

Questa tesi ha l’obiettivo di comprendere e valutare se l’approccio al paradigma SDN, che verrà spiegato nel capitolo 1, può essere utilizzato efficacemente per implementare dei sistemi atti alla protezione e alla sicurezza di una rete più o meno estesa. Oltre ad introdurre il paradigma SDN con i relativi componenti basilari, si introduce il protocollo fondamentale OpenFlow, per la gestione dei vari componenti. Per ottenere l’obiettivo prestabilito, si sono seguiti alcuni passaggi preliminari. Primo tra tutti si è studiato cos’è l’SDN. Esso introduce una potenziale innovazione nell’utilizzo della rete. La combinazione tra la visione globale di tutta la rete e la programmabilità di essa, rende la gestione del traffico di rete un processo abbastanza complicato in termini di livello applicativo, ma con un risultato alquanto performante in termini di flessibilità. Le alterazioni all’architettura di rete introdotte da SDN devono essere valutate per garantire che la sicurezza di rete sia mantenuta. Le Software Defined Network (come vedremo nei primi capitoli) sono in grado di interagire attraverso tutti i livelli del modello ISO/OSI e questa loro caratteristica può creare problemi. Nelle reti odierne, quando si agisce in un ambiente “confinato”, è facile sia prevedere cosa potrebbe accadere, che riuscire a tracciare gli eventi meno facilmente rilevabili. Invece, quando si gestiscono più livelli, la situazione diventa molto più complessa perché si hanno più fattori da gestire, la variabilità dei casi possibili aumenta fortemente e diventa più complicato anche distinguere i casi leciti da quelli illeciti. Sulla base di queste complicazioni, ci si è chiesto se SDN abbia delle problematiche di sicurezza e come potrebbe essere usato per la sicurezza. Per rispondere a questo interrogativo si è fatta una revisione della letteratura a riguardo, indicando, nel capitolo 3, alcune delle soluzioni che sono state studiate. Successivamente si sono chiariti gli strumenti che vengono utilizzati per la creazione e la gestione di queste reti (capitolo 4) ed infine (capitolo 5) si è provato ad implementare un caso di studio per capire quali sono i problemi da affrontare a livello pratico. Successivamente verranno descritti tutti i passaggi individuati in maniera dettagliata ed alla fine si terranno alcune conclusioni sulla base dell’esperienza svolta.

Openflow e software-defined networking: l'evoluzione della rete programmabile

Il paradigma “Software-Defined Networking” (SDN) ha suscitato recentemente interesse grazie allo sviluppo e all'implementazione di uno standard tecnologico come OpenFlow. Con il modello SDN viene proposta una rete programmabile tramite la separazione dell’unità di controllo e l'unità di instradamento, rendendo quindi i nodi di rete (come ad es. router o switch) esclusivamente hardware che inoltra pacchetti di dati secondo le regole dettate dal controller. OpenFlow rappresenta lo standard dominante nella tecnologia SDN in grado di far comunicare l'unità controller e l'hardware di uno o più nodi di rete. L'utilizzo di OpenFlow consente maggiore dinamicità e agevolazione nella personalizzazione della rete attraverso un'interfaccia utente, includendo svariate funzioni quali la modifica e l’automatizzazione delle regole di instradamento, la creazione di una rete virtuale dotata di nodi logici o la possibilità di monitorare il traffico accrescendo la sicurezza della propria rete.

Rassegna su software-defined networking e openflow

Questa tesi è una rassegna sul tema del Software-Defined Networking (SDN):un paradigma emergente nel campo delle reti di calcolatori che consente di controllare, tramite un software centralizzato a livello logico, il comportamento dell’intera rete. In particolore è stato approfondito il protocollo OpenFlow ovvero l'interfaccia aperta e standardizzata per la comunicazione tra piano di controllo e piano di inoltro che è divenuto uno standard “de facto” nell'ambito della tecnologia SDN.

Software Defined Networking: tre casi d'uso

Le reti devono essere in grado di gestire i modelli di traffico generati dalle nuove applicazioni, per questo si sta concentrando un interesse senza precedenti nella storia di Internet parlando di Software Defined Networking (SDN), un nuovo modo di concepire le reti. SDN è un paradigma che permette di dividere il piano di controllo dal piano dati consentendo il controllo della rete da un dispositivo unico centralizzato,il controller. In questa tesi abbiamo voluto esaminare due specifici casi di studio, affinché si dimostri come SDN possa fornire il miglior supporto per risolvere il problema delle architetture tradizionali, e uno strumento utile per progettare SDN. Per primo viene analizzato Procera, utilizzato nelle reti domestiche e nelle reti campus per dimostrare che, grazie ad esso, è possibile ridurre la complessità di un’intera rete. Poi è stato visto AgNos, un’architettura basata su azioni svolte da agenti rappresentando così un ottimo strumento di lavoro sia perché gli agenti sono implementati nei controller di rete e sia perché AgNos ha la peculiarità di fornire all’utente (o al sistema) un livello stabile di concretezza. Inoltre sono stati analizzati due problemi comuni su Internet: 1.la mitigazione degli attacchi Ddos, dove i domini SDN collaborano per filtrare i pacchetti dalla fonte per evitare l’esaurimento delle risorse 2.l’attuazione di un meccanismo di prevenzione per risolvere il problema dell’attacco Dos nella fase iniziale rendendo l’aggressione più facile da gestire. L’ultimo argomento trattato è il sistema Mininet, ottimo strumento di lavoro in quanto permette di emulare topologie di rete in cui fanno parte host, switch e controller, creati utilizzando il software. Rappresenta un ottimo strumento per implementare reti SDN ed è molto utile per lo sviluppo, l'insegnamento e la ricerca grazie alla sua peculiarità di essere open source.

Nanosecond-level time synchronization of autonomous radio detector stations for extensive air showers

To exploit the full potential of radio measurements of cosmic-ray air showers at MHz frequencies, a detector timing synchronization within 1 ns is needed. Large distributed radio detector arrays such as the Auger Engineering Radio Array (AERA) rely on timing via the Global Positioning System (GPS) for the synchronization of individual detector station clocks. Unfortunately, GPS timing is expected to have an accuracy no better than about 5 ns. In practice, in particular in AERA, the GPS clocks exhibit drifts on the order of tens of ns. We developed a technique to correct for the GPS drifts, and an independent method is used to cross-check that indeed we reach a nanosecond-scale timing accuracy by this correction. First, we operate a "beacon transmitter" which emits defined sine waves detected by AERA antennas recorded within the physics data. The relative phasing of these sine waves can be used to correct for GPS clock drifts. In addition to this, we observe radio pulses emitted by commercial airplanes, the position of which we determine in real time from Automatic Dependent Surveillance Broadcasts intercepted with a software-defined radio. From the known source location and the measured arrival times of the pulses we determine relative timing offsets between radio detector stations. We demonstrate with a combined analysis that the two methods give a consistent timing calibration with an accuracy of 2 ns or better. Consequently, the beacon method alone can be used in the future to continuously determine and correct for GPS clock drifts in each individual event measured by AERA.

Ohjelmistoradion hyödyntäminen tiedonsiirron tutkimisessa LVDC-verkossa

Työssä tutkitaan tiedonsiirtoa eri modulaatioilla, bittinopeuksilla ja amplitudin voimakkuuksilla ja tuloksia tarkastellaan Bit Error Ration avulla. Signaaleja siirrettiiin myös koodattuna ja vertailtiin koodauksen etuja ja haittoja verrattuna koodaamattomaan tietoon. Datavirta kulkee AXMK-kaapelissa, joko tasasähkön mukana, tai maadoituskaapelissa. Tuloksissa havaittiin, että suurempi bittinopeus ei kasvattanut häviöiden määrää. Koodauksen käyttö toisaalta vähenti bittivirheiden määrää.

Calibração cega de receptores cinco-portas baseada em separação cega de fontes

The exponential growth in the applications of radio frequency (RF) is accompanied by great challenges as more efficient use of spectrum as in the design of new architectures for multi-standard receivers or software defined radio (SDR) . The key challenge in designing architecture of the software defined radio is the implementation of a wide-band receiver, reconfigurable, low cost, low power consumption, higher level of integration and flexibility. As a new solution of SDR design, a direct demodulator architecture, based on fiveport technology, or multi-port demodulator, has been proposed. However, the use of the five-port as a direct-conversion receiver requires an I/Q calibration (or regeneration) procedure in order to generate the in-phase (I) and quadrature (Q) components of the transmitted baseband signal. In this work, we propose to evaluate the performance of a blind calibration technique without additional knowledge about training or pilot sequences of the transmitted signal based on independent component analysis for the regeneration of I/Q five-port downconversion, by exploiting the information on the statistical properties of the three output signals

VCO Banda Larga Integrado para Receptor a Cinco Portas

This work presents an wideband ring VCO for cognitive radio five-port based receivers. A three-stage differential topology using transmission gate was adopted in order to maintain wide and linear tuning range and a low phase-noise. Monte-Carlo analysis were performed for phase-shift response of individual stages, which is an important figure of merit in five-port works. It was observed a fairly linear correlation between control voltage and oscillation frequency in the range between 200 MHz and 1800 MHz. The VCO was preliminarily designed for IBM 130nm CMOS technology

Design and implementation of a novel multi-constellation FPGA-based dual frequency GNSS receiver for space applications

The PhD activity described in the document is part of the Microsatellite and Microsystem Laboratory of the II Faculty of Engineering, University of Bologna. The main objective is the design and development of a GNSS receiver for the orbit determination of microsatellites in low earth orbit. The development starts from the electronic design and goes up to the implementation of the navigation algorithms, covering all the aspects that are involved in this type of applications. The use of GPS receivers for orbit determination is a consolidated application used in many space missions, but the development of the new GNSS system within few years, such as the European Galileo, the Chinese COMPASS and the Russian modernized GLONASS, proposes new challenges and offers new opportunities to increase the orbit determination performances. The evaluation of improvements coming from the new systems together with the implementation of a receiver that is compatible with at least one of the new systems, are the main activities of the PhD. The activities can be divided in three section: receiver requirements definition and prototype implementation, design and analysis of the GNSS signal tracking algorithms, and design and analysis of the navigation algorithms. The receiver prototype is based on a Virtex FPGA by Xilinx, and includes a PowerPC processor. The architecture follows the software defined radio paradigm, so most of signal processing is performed in software while only what is strictly necessary is done in hardware. The tracking algorithms are implemented as a combination of Phase Locked Loop and Frequency Locked Loop for the carrier, and Delay Locked Loop with variable bandwidth for the code. The navigation algorithm is based on the extended Kalman filter and includes an accurate LEO orbit model.

Progetto e implementazione di un decodificatore ldpc su architettura gpu

In accordo con la filosofia della Software Defined Radio è stato progettato un decoder LDPC software che utilizza una GPU per ottenere prestazioni migliori. Il lavoro, che comprende anche l'encoder e un simulatore di canale AWGN, può essere utilizzato sia per eseguire simulazioni che per elaborare dati in real time. Come caso di studio si sono considerati i codici LDPC dello standard DVB-S2.

Implementazione di modulatori e demodulatori su piattaforma raspberry-pi

Cattura di un segnale AM e FM stereofonico (radio commerciale) mediante chiavetta NooElec R820T dotata di tecnologia Software Defined Radio (SDR). Implementazione di un codice di demodulazione AM e di algoritmi di modulazione/demodulazione FM stereo attraverso l’ambiente di lavoro MATLAB e lo strumento Simulink- Interfacciamento dei codici con la piattaforma Raspberry-Pi fungente da server TCP/IP la quale permetterà la comunicazione tra chiavetta e PC. Ricostruzione del segnale modulante trasmesso

SDR-based Passive Indoor Localization System for GSM

This study deals with indoor positioning using GSM radio, which has the distinct advantage of wide coverage over other wireless technologies. In particular, we focus on passive localization systems that are able to achieve high localization accuracy without any prior knowledge of the indoor environment or the tracking device radio settings. In order to overcome these challenges, newly proposed localization algorithms based on the exploitation of the received signal strength (RSS) are proposed. We explore the effects of non-line-of-sight communication links, opening and closing of doors, and human mobility on RSS measurements and localization accuracy. We have implemented the proposed algorithms on top of software defined radio systems and carried out detailed empirical indoor experiments. The performance results show that the proposed solutions are accurate with average localization errors between 2.4 and 3.2 meters.