[論文レビュー] E2E Migration Strategies Towards 5G: Long-term Migration Plan and Evolution Roadmap

Abolfazl Zakeri, Narges Gholipoor+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2020

Telecommunications and Broadcasting Technologies被引用数 4

ひとこと要約

本論文は、無線アクセス、トランスポート、コアネットワークの全分野にわたり、長期的な展開戦略を考慮した包括的なエンドツーエンド（E2E）5G進化移行フレームワークを提案する。技術的要因、コスト、標準化要因に基づいた段階的移行パスを提示し、3GPPリリース18～20に想定される5G進化（E5G）のビジョンを通じて、通信サービスプロバイダー（CSP）の将来に配慮したスケーラブルで相互運用可能なネットワーク移行を実現する。

ABSTRACT

After freezing the first phase of the fifth generation of wireless networks (5G) standardization, it finally goes live now and the rollout of the commercial launch (most in fixed 5G broadband services) and migration has been started. However, some challenges are arising in the deployment, integration of each technology, and the interoperability in the network of the communication service providers (CSPs). At the same time, the evolution of 5G is not clear and many questions arise such as whether 5G has long-term evolution or when 5G will change to a next-generation one. This paper provides long-term migration options and paths towards 5G considering many key factors such as the cost, local/national data traffic, marketing, and the standardization trends in the radio access network (RAN), the transport network (TN), the core network (CN), and E2E network. Moreover, we outline some 5G evolution road maps emphasizing on the technologies, standards, and service time lines. The proposed migration paths can be the answer to some CSPs concerns about how to do long-term migration to 5G and beyond.

研究の動機と目的

• すべてのネットワークドメイン（RAN、TN、CN）にわたる5G展開における包括的で長期的な移行計画の不足に対処すること。
• 通信サービスプロバイダー（CSP）の技術的実現可能性、コスト、サービスKPIのバランスを取るE2E移行オプションを特定・評価すること。
• 初期の5G基準をはるかに超える、将来志向のビジョンである5G進化（E5G）を提示し、URLLCやmMTCといった新サービスと整合させること。
• マルチベンダー、異種ネットワーク環境下での移行において、後方/前方互換性および相互運用性を確保すること。
• CSPが5G技術をいつ、どのように展開するかを戦略的に意思決定できるようにし、将来の6G進化を視野に入れた計画を支援すること。

提案手法

• 3GPPが定義した5つの5G展開オプション（オプション1～5）を提案し、E2E移行におけるアーキテクチャ的特徴、コスト、パフォーマンスのトレードオフを提示する。
• TDMベースのフロントハールからイーサネットベースのフロントハールに移行するための、RoE（Radio over Ethernet）を用いたC-RANの進化によるRAN移行を分析する。
• 階層的SDNコントローラーを用いてマルチドメイン・マルチレイヤーTNを管理する、SDN対応トランスポートネットワーク（T-SDN）を導入する。
• デバイスの互換性とアップグレードパスに基づき、グリーンフィールド、ミックスド、ハイブリッドの3つのTN移行展開モデルを提示する。
• 親および子のSDNコントローラーを備えたドメインベースの階層型アーキテクチャを適用し、複数管理者・複数レイヤーのトランスポートネットワークの段階的でスケーラブルな進化を可能にする。
• ネットワークスライシングとE2E管理システムを統合し、エンドツーエンドのサービス提供および動的リソース割り当てを支援する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 4Gから5Gへの包括的で長期的なE2E移行パスは、コスト、スケーラビリティ、サービスKPIのバランスをどのように達成できるか？
• RQ2 CSPは、マルチベンダー、マルチテクノロジー共存環境下の5Gネットワークにおいて、相互運用性および前向き／後向き互換性をどのように確保できるか？
• RQ3 3GPPリリース15～17をはるかに超える5G進化（E5G）の主な促進要因とタイムラインは何か、特にURLLCおよびmMTCサービスに焦点を当てて。
• RQ4 レガシートランスポートネットワークは、最小限の混乱を伴いながら、どのようにSDNおよびネットワークスライシングをサポートするように進化できるか？
• RQ5 標準化トレンド（例：3GPP、IEEE、ETSI）は、持続可能な5GおよびE5G移行戦略をどのように形作るか？

主な発見

• 本論文は、3GPPが定義した5つの5G展開オプション（オプション1～5）を特定し、それぞれが異なるアーキテクチャ的特徴、コスト、パフォーマンスのトレードオフを持つことを明らかにした。これにより、CSPはネットワーク成熟度と投資能力に応じた選択が可能になる。
• CPRIマッピングを併用したイーサネット上での無線（RoE）は、レガシーTDMベースの4G C-RANからイーサネットベースの5G C-RANへのなめらかな移行を可能にし、将来に配慮したフロントハールの進化を支援する。
• T-SDNを用いたトランスポートネットワークの進化は、グリーンフィールド、ミックスド、ハイブリッドの3つの展開モデルを通じて実現可能であり、レガシー機器とSDN対応機器の共存を許容する段階的移行を可能にする。
• 親および子のSDNコントローラーを備えた階層的SDNコントローラーアーキテクチャは、複数管理者・複数レイヤーのトランスポートネットワークのスケーラブルなドメインベース進化を実現する。
• E5G（3GPPリリース18～20）は2021～2025年ごろに登場すると予測され、強化されたURLLC、さらなるeMBB、信頼性の高いmMTCに焦点を当て、遠隔手術や自動運転車両といった次世代サービスを支援する。
• 本論文は、5G進化が一時的な出来事ではなく、継続的なプロセスであることを確立しており、少なくとも2022～2023年までは4Gと5Gの共存が予想され、6G研究も同時に進行中である。