[論文レビュー] An end-to-end network slicing framework for 5G wireless communication systems

Qian Li, Geng Wu+2 more|arXiv (Cornell University)|Aug 1, 2016

Cooperative Communication and Network Coding参考文献 1被引用数 60

ひとこと要約

本稿では、無線アクセス、コアネットワーク、コンputationプラットフォームの全領域にわたり、業界固有のサービス向けの垂直スライcingとリソース最適化のための水平スライcingを統合するエンドツーエンドのネットワークスライcingフレームワークを提案する。動的でサービス固有のネットワークスライスを統一された制御とオ케ストレーションで可能にすることで、多様な垂直的アプリケーションにおけるシステム容量、デバイス能力、ユーザーエクスペリエンスの向上が図られる。

ABSTRACT

Wireless industry nowadays is facing two major challenges: 1) how to support the vertical industry applications so that to expand the wireless industry market and 2) how to further enhance device capability and user experience. In this paper, we propose a technology framework to address these challenges. The proposed technology framework is based on end-to-end vertical and horizontal slicing, where vertical slicing enables vertical industry and services and horizontal slicing improves system capacity and user experience. The technology development on vertical slicing has already started in late 4G and early 5G and is mostly focused on slicing the core network. We envision this trend to continue with the development of vertical slicing in the radio access network and the air interface. Moving beyond vertical slicing, we propose to horizontally slice the computation and communication resources to form virtual computation platforms for solving the network capacity scaling problem and enhancing device capability and user experience. In this paper, we explain the concept of vertical and horizontal slicing and illustrate the slicing techniques in the air interface, the radio access network, the core network and the computation platform. This paper aims to initiate the discussion on the long-range technology roadmap and spur development on the solutions for E2E network slicing in 5G and beyond.

研究の動機と目的

• 5G無線ネットワークにおける多様な垂直的産業アプリケーションの増加する需要に対処すること。
• スケーラブルなネットワークリソース管理を通じて、デバイス能力とユーザーエクスペリエンスの制限を克服すること。
• 無線アクセス、コアネットワーク、コンputationプラットフォームの全領域にわたり、エンドツーエンドのネットワークスライcingの統一フレームワークを提案すること。
• 通信リソースとコンputationリソースの水平スライcingを可能にし、システム容量とサービスパフォーマンスを向上させること。
• 5Gおよび将来のシステムにおけるエンドツーエンドネットワークスライcingの長期的技術ロードマップの議論を開始すること。

提案手法

• 垂直スライcingによるサービス固有のネットワーク分離と、通信およびコンputationドメイン全体にわたるリソースプール化のための水平スライcingを実現する二重スライcingモデルを提案する。
• 空中インターフェース、RAN、コアネットワーク、仮想化コンputationプラットフォームにわたるエンドツーエンドオーケストレーションを導入する。
• ネットワーク機能仮想化（NFV）およびソフトウェア定義ネットワーキング（SDN）の原則を活用し、動的スライスインスタンス生成と管理を可能にする。
• 無線アクセスレベルでのスライシング粒度を定義し、物理層リソース割り当ておよびビームフォーミングの適応を含む。
• CPU、メモリ、ストレージリソースの水平スライシングを通じて仮想コンputationプラットフォームを導入し、低遅延・高スループットサービスを支援する。
• スライスライフサイクル（プロビジョニング、モニタリング、スケーリング）をネットワークドメイン全体にわたって管理する階層的制御アーキテクチャを採用する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5Gにおいて多様な垂直的産業サービスをサポートするエンドツーエンドネットワークスライシングは、どのようにアーキテクチャ化できるか？
• RQ2 通信リソースとコンputationリソースの水平スライシングを実現するための主要な技術的要因は何か？
• RQ3 垂直スライシングと水平スライシングを統合的にオーケストレーションすることで、システム容量とユーザーエクスペリエンスをどのように向上できるか？
• RQ4 5Gおよびそれ以降のエンドツーエンドスライシングにおけるアーキテクチャ的およびプロトコルレベルの要件は何か？
• RQ5 ネットワークスライシングをコアネットワークから無線アクセスおよび空中インターフェースレイヤーにどのように拡張できるか？

主な発見

• 提案されたフレームワークは、すべてのネットワークリソースにわたり垂直スライシングと水平スライシングを統合することで、エンドツーエンドネットワークスライシングを実現する。
• コンputationリソースの水平スライシングにより、仮想CPU、メモリ、ストレージの動的割り当てが、多様なサービス要件に応じて可能になる。
• 統一されたオーケストレーションと制御を通じて、サービス固有のネットワークスライスがQoSを保証してサポートされる。
• 空中インターフェースおよびRANにおけるスライシングの統合により、アプリケーション要件に適合した細粒度のリソース割り当てが可能になる。
• このアーキテクチャは拡張可能であり、将来の6G以降への進化を支援する高度な仮想化と自動化をサポートする。
• 本稿は、エンドツーエンドネットワークスライシングの基盤的ロードマップを確立し、主な研究的および展開上の課題を浮き彫りにしている。