[論文レビュー] Network Slicing in 5G Mobile Communication Architecture, Profit Modeling, and Challenges

Mohammad Asif Habibi, Bin Han+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 4, 2017

Software-Defined Networks and 5G参考文献 8被引用数 26

ひとこと要約

本論文は、5Gモバイルネットワークにおけるネットワークスライシングについて、システムアーキテクチャ、ビジネスモデル、および主な課題に焦点を当てた包括的な分析を提示している。2つの利益モデリングの次元—自社スライスの実装と外部委託スライスのリソースリース—を提案し、今後の研究および5G以降のネットワークスライシングの現実的導入を支援するための、技術的、管理的、標準化上の課題を特定している。

ABSTRACT

Efficient flexibility and higher system scalability call for enhanced network performance, better energy consumption, lower infrastructure cost, and effective resource utilization. To accomplish this, an architectural optimization and reconstruction of existing cellular network is required. Network slicing is considered to be one of the key enablers and an architectural answer of communication system of 2020 and beyond. Traditional mobile operators provide all types of services to various kinds of customers through a single network, however, with the deployment of network slicing operators are now able to divide entire network into different slices each with its own configuration and specific Quality of Service (QoS) requirements. In a slice-based network, each slice will be considered as a separate logical network. In this way, the infrastructure utilization and resource allocation will be much more energy and cost efficient in comparison to traditional network. In this paper, we provided a comprehensive discussion on concept and system architecture of network slicing with particular focus on its business aspect and profit modeling. We throughly discussed two different dimensions of profit modeling, so called Own-Slice Implementation and Resource Leasing for Outsourced Slices. We further addressed open research directions and existing challenges with the purpose of motivating new advances and adding realistic solutions to this emerging technology.

研究の動機と目的

• 5Gネットワークにおける垂直業界の多様なQoS要件の増加に対応すること。
• 従来のワンサイズ・フィット・オールのネットワークアーキテクチャの非効率性を、ネットワークスライシングによるアーキテクチャ最適化によって克服すること。
• 詳細な利益モデリングを通じて、ネットワークスライシングのビジネスおよび経済的妥当性を分析すること。
• 実際の展開を妨げる主な技術的、管理的、標準化上の課題を特定・解決すること。
• 今後の研究を促進するため、ネットワークスライシング実装における未解決の課題と方向性を提示すること。

提案手法

• 共有物理インfraストラクチャ上に複数の論理ネットワークを提供できる、5Gにおけるネットワークスライシングのためのシステムアーキテクチャを提案する。
• 2つの異なる利益モデリングの次元—自社所有スライス（オペレータ所有スライス）と外部委託スライスのためのリソースリース（第三者によるスライス提供）—を導入する。
• SDNおよびNFVがネットワークのプログラマビリティ、仮想化、動的リソースオーケストレーションを可能にする役割を分析する。
• 動的リソース割り当て、ポリシー検証、スライス間の競合解決を含むネットワーク管理上の課題を検討する。
• 異種のアクセス技術と多様なQoS要件を有するマルチスライス環境における性能測定およびQoS分析を評価する。
• 3GPP、NGMN、5GPPP、その他の機関による標準化活動をレビューし、ネットワークスライシングにおけるグローバル標準化のギャップを特定する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 5Gネットワークにおける垂直業界の多様なQoS要件を満たすために、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 ネットワークスライシングにおける利益創出の2つの主要なビジネスモデルは何か？それらはコスト構造と収益構造においてどのように異なるか？
• RQ3 実世界の5Gシステムにおけるネットワークスライシングの展開を妨げる技術的、管理的、セキュリティ上の課題は何か？
• RQ4 マルチテナント、マルチスライス環境において、動的リソース割り当てとオーケストレーションを効果的に管理するにはどうすればよいか？
• RQ5 ネットワークスライシングの標準化の現状は何か？今後解決すべきギャップは何か？

主な発見

• ネットワークスライシングにより、1つの物理インfraストラクチャ上に複数の論理ネットワークをサポートすることで、リソースの効率的利用、エネルギー消費の低減、インfraストラクチャコストの削減が可能になる。
• 自社スライス実装とリソースリースという2つの利益モデリングの次元は、オペレータおよび第三者プロバイダーにとって異なる経済的道筋を提供する。
• 動的リソースオーケストレーション、ポリシー検証、スライス間の競合解決を含む、ネットワーク管理における顕著な課題が残っている。
• プログラマブルなインターフェースと仮想化コンponentによる攻撃ベクトルの増加に伴い、セキュリティリスクが高まっているため、マルチレイヤーのセキュリティフレームワークの導入が不可欠である。
• ネットワークスライシングの標準化は進行中であり、主に垂直スライシングに焦点が当てられている。完全な標準化は3GPPリリース15以降に予定されている。
• RAN仮想化は依然として主要な未解決課題であり、特に複数のアクセス技術が共有ハードウェア上で共存する場合の課題が顕在している。