[論文レビュー] Leveraging SDN for The 5G Networks: Trends, Prospects and Challenges

Akram Hakiri, Pascal Berthou|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2015

Software-Defined Networks and 5G参考文献 24被引用数 50

ひとこと要約

本論文は、進化するトラフィック需要とアーキテクチャ的課題に対応するため、5Gモバイルネットワークへのソフトウェア定義ネットワーキング（SDN）の統合を調査する。SDNを5Gの基盤的イニシエーターとして提案し、集中型制御と動的リソース割り当てを可能にし、次世代モバイルインfraのトレンド、展望、技術的課題を特定する。

ABSTRACT

Today 4G mobile systems are evolving to provide IP connectivity for diverse applications and services up to 1Gbps. They are designed to optimize the network performance, improve cost efficiency and facilitate the uptake of mass market IP-based services. Nevertheless, the growing demand and the diverse patterns of mobile traffic place an increasing strain on cellular networks. To cater to the large volumes of traffic delivered by the new services and applications, the future 5G network will provide the fundamental infrastructure for billions of new devices with less predictable traffic patterns will join the network. The 5G technology is presently in its early research stages, so researches are currently underway exploring different architectural paths to address their key drivers. SDN techniques have been seen as promising enablers for this vision of carrier networks, which will likely play a crucial role in the design of 5G wireless networks. A critical understanding of this emerging paradigm is necessary to address the multiple challenges of the future SDN-enabled 5G technology. To address this requirement, a survey the emerging trends and prospects, followed by in-depth discussion of major challenges in this area are discussed.

研究の動機と目的

• 数十億台の新規デバイスによる増加し、予測不能なモバイルトラフィックによる細胞ネットワークへの増大する負荷に対処する。
• 4Gネットワークが多様で高帯域幅を要する5Gアプリケーションをサポートする能力に限界を示していることを検証する。
• 柔軟でプログラム可能かつ効率的な5Gネットワーク運用を可能にする、変革的アーキテクチャ的パラダイムとしてのSDNを特定する。
• SDNを活用した5Gネットワーク設計における新興トレンドと技術的課題を包括的に調査する。
• 研究者およびエンジニアが、5Gの超信頼性、低遅延、スケーラブルな接続性を実現する上でSDNが果たす基盤的役割を理解するのを支援する。

提案手法

• 5GネットワークにおけるSDN統合に関する最近の研究およびアーキテクチャ的提案を調査する。
• SDNのコア原則（集中型コントロールプレーン、プログラマブルな転送、ネットワーク抽象化）が5Gの柔軟性を実現する要因であることを分析する。
• SDNが5G環境におけるネットワークスライシング、動的スペクトル共有、マルチテナント環境の実現に果たす役割を検討する。
• 異種の無線アクセス技術（RAT）および多様なQoS要件を管理するSDNの実現可能性を評価する。
• 5Gコアの進化に向け、SDNとネットワーク機能仮想化（NFV）およびクラウドネイティブ原則の統合を検討する。
• スケーラビリティ、セキュリティ、相互運用性を含む、SDN導入における現在の研究ギャップと技術的課題をマッピングする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 SDNは、5Gネットワークにおけるスケーラビリティと動的トラフィック管理の課題をどのように解決できるか？
• RQ2 SDNを活用した5Gネットワーク設計における新たなアーキテクチャ的トレンドは何か？ それらは多様なサービス要件をどのように満たすか？
• RQ3 異種の5G無線およびコアネットワークコンponentsにわたりSDNを展開する際の主な技術的課題は何か？
• RQ4 SDNは5G環境におけるネットワークスライシングおよびリソースオーケストレーションをどのように強化するか？
• RQ5 キャリアグレードの5GインfraにSDNを統合する際の相互運用性およびセキュリティへの影響は何か？

主な発見

• SDNは、集中型、プログラム可能で動的ネットワーク制御を提供できる点から、5Gにとって重要なイニシエーターであると特定された。
• 本論文は、SDNがネットワークスライシングを支援し、共有インfra上に異なるQoS保証を持つ複数の仮想ネットワークを実現できることを強調している。
• 大規模5G展開において、スケーラビリティと低遅延コントロールプレーン設計が主な課題であると特定された。
• 集中型コントローラーにおけるセキュリティと信頼性は、攻撃面積の拡大と単一障害点のリスクから、特に重要な懸念事項である。
• 異種の無線アクセス技術（例：mmWave、NB-IoT）間での相互運用性は、SDN-5G統合において依然として大きな障壁である。
• SDNとNFV、クラウドネイティブアーキテクチャの統合は、迅速でオンデマンドかつコスト効率の良い5Gネットワーク機能を実現するために不可欠である。