With the rapid increase in the number of users and changing pattern of network usage, cellular networks will continue to be challenged meeting bandwidth and latency requirements. A significant contributor to latency and overhead is cellular network’s complex control-plane. We propose CleanG, a new packet core architecture and significantly more efficient control-plane protocol, that exploits the capabilities of modern-day Network Function Virtualization (NFV) platforms. CleanG is a single component NFV-based architecture. With the elastic scalability offered by NFV, the data and control sub-components of the core can scale, adapting to workload demand. CleanG eliminates the use of GTP tunnels for data packets and the associated complex protocol for coordination across multiple, distributed components for setting up and managing them. We carefully examine the use of each protocol message exchange (and the component fields of those messages) in developing a substantially simplified protocol, while retaining similar essential functionality for security, mobility, and air-interface resource management. We have implemented CleanG on the OpenNetVM platform and perform an apples-to-apples comparison with the existing 3GPP LTE architecture and an architecture that separates the control and user plane (the CUPS-based architecture like the 5G architecture). Measurements on our testbed show that CleanG substantially reduces both control and data plane latency, and significantly increases system capacity.

中文翻译：

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CleanG-使用NFV改进未来蜂窝网络的体系结构和协议

随着用户数量的快速增加和网络使用方式的变化，蜂窝网络将继续面临满足带宽和等待时间要求的挑战。蜂窝网络的复杂控制平面是造成延迟和开销的重要因素。我们提出CleanG，这是一种新的数据包核心体系结构，并且效率明显更高，其控制平面协议也充分利用了现代网络功能虚拟化（NFV）平台的功能。CleanG是基于NFV的单组件体系结构。借助NFV提供的弹性可伸缩性，核心的数据和控制子组件可以扩展，以适应工作负载需求。CleanG消除了将GTP隧道用于数据包以及相关的复杂协议，从而在多个分布式组件之间进行协调以设置和管理它们的麻烦。我们在开发实质上简化的协议时仔细检查了每个协议消息交换（以及这些消息的组成字段）的使用，同时保留了用于安全性，移动性和空中接口资源管理的类似基本功能。我们已在OpenNetVM平台上实现CleanG，并与现有3GPP LTE架构以及将控制平面和用户平面分开的架构（基于CUPS的架构，如5G架构）进行了逐个比较。在我们的测试床上进行的测量表明，CleanG大大减少了控制和数据平面延迟，并显着增加了系统容量。同时保留用于安全性，移动性和空中接口资源管理的类似基本功能。我们已在OpenNetVM平台上实现CleanG，并与现有3GPP LTE架构以及将控制平面和用户平面分开的架构（基于CUPS的架构，如5G架构）进行了逐个比较。在我们的测试床上进行的测量表明，CleanG大大减少了控制和数据平面延迟，并显着增加了系统容量。同时保留用于安全性，移动性和空中接口资源管理的类似基本功能。我们已在OpenNetVM平台上实现CleanG，并与现有3GPP LTE架构以及将控制平面和用户平面分开的架构（基于CUPS的架构，如5G架构）进行了逐个比较。在我们的测试床上进行的测量表明，CleanG大大减少了控制和数据平面延迟，并显着增加了系统容量。