[論文レビュー] Network Slicing in Fog Radio Access Networks: Issues and Challenges

Hongyu Xiang, Wenan Zhou+2 more|arXiv (Cornell University)|Sep 14, 2017

Software-Defined Networks and 5G参考文献 9被引用数 3

ひとこと要約

本稿は、コアネットワークと無線アクセスネットワークのリソースを統合最適化することで、コスト効率が良く、エンドツーエンドのネットワークスライシングを実現するため、ファイバーラジオアクセスネットワーク（F-RAN）におけるアクセススライシングを提案する。集中型オ케ストレーションとスライスインスタンスレイヤーを備えた階層的アーキテクチャを導入することで、無線およびキャッシュリソース管理とソーシャルアウェアスライシングを統合し、多様な5Gユースケース（mMTCおよびuMTCを含む）に対する適応的で低遅延なサポートを実現する。

ABSTRACT

Network slicing has been advocated by both academia and industry as a cost-efficient way to enable operators to provide networks on an as-a-service basis and meet the wide range of use cases that the fifth generation wireless network will serve. The existing works on network slicing are mainly targeted at the partition of the core network, and the prospect of network slicing in radio access networks should be jointly exploited. To solve this challenge, an enhanced network slicing in fog radio access networks (F-RANs), termed as access slicing, is proposed. This article comprehensively presents a novel architecture and related key techniques for access slicing in F-RANs. The proposed hierarchical architecture of access slicing consists of centralized orchestration layer and slice instance layer, which makes the access slicing adaptively implement in an convenient way. Meanwhile, key techniques and their corresponding solutions, including the radio and cache resource management, as well as the social-aware slicing, are presented. Open issues in terms of standardization developments and field trials are identified.

研究の動機と目的

• コアネットワーク（CN）ベースのネットワークスライシングの限界を解決する。具体的には、無線アクセスネットワーク（RAN）の制約を無視し、F-RANエッジ機能を十分に活用できない点を是正する。
• 特に遅延に敏感なサービスおよび大量のIoTサービスを想定し、RANおよびCNリソース状態を統合的に考慮することで、5Gにおける効果的なネットワークスライシングを実現する。
• 動的で適応的かつ共存可能なスライスインスタンスをサポートする、F-RANにおけるアクセススライシングのための新規階層的アーキテクチャを設計する。
• ソーシャルアウェアスライシングと統合された無線・キャッシュリソース管理を統合することで、多様な5GユースケースにおけるQoSおよびQoEを向上させる。
• 将来的な実環境F-RAN環境におけるアクセススライシングの展開を支援するため、標準化およびフィールドトライアルにおける未解決課題を特定する。

提案手法

• 2層構造の階層的アーキテクチャを提案：スライス管理のための集中型オーケストレーションレイヤーと実行時のスライスインスタンスレイヤー。
• 複数のスライスの共存を保証するため、ネットワーク機能を調整する新たな管理エンティティとしてアクセススライスオーケストレーションを導入する。
• F-RANにおけるスライス全体のスペクトルおよびストレージ利用効率を最適化するため、統合された無線およびキャッシュリソース管理を採用する。
• ユーザーのソーシャル関係を活用してトラフィック需要を予測し、スライス構成を動的に調整するソーシャルアウェアスライシング技術を開発する。
• 3GPPのCNベースのネットワークスライシングフレームワークと後方互換性を確保しながら、RANレベルの適応性とパフォーマンスを強化する。
• F-RANの分散型でデバイス主導のコンピューティングモデルを活用し、キャッシュおよびコンピューティング能力を備えた任意のデバイスがスライシング運用に貢献できるようにする。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 F-RANにおける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ネットワークへどのように効果的に拡張できるか？　これは、多様な5Gユースケースを支援するためのものである。
• RQ2 F-RANのエッジ機能を活用しつつ、動的で適応的かつ共存可能なアクセススライシングを実現するためのアーキテクチャフレームワークは何か？
• RQ3 統合された無線およびキャッシュリソース管理は、マルチスライスF-RAN環境におけるQoSおよびエネルギー効率をどのように向上させるか？
• RQ4 ソーシャルアウェアスライシングは、F-RANにおけるアクセススライスプロビジョニングの予測可能性および適応性をどのように向上させるか？
• RQ5 標準化およびフィールドトライアルにおける主な未解決課題は何か？　これらは、F-RANにおけるアクセススライシングの商業的展開を遅らせるか妨げる可能性がある。

主な発見

• 提案されたアクセススライシングアーキテクチャは、コアネットワークオーケストレーションと無線アクセスネットワークの知能を統合することで、エンドツーエンドのネットワークスライシングを実現し、適応性とパフォーマンスを向上させる。
• 集中型オーケストレーションとスライスインスタンスレイヤーを備えた階層的アーキテクチャにより、複数のアクセススライスの動的でスケーラブルかつ共存可能な展開が可能になる。
• 統合された無線およびキャッシュリソース管理は、マルチスライスF-RAN展開においてスペクトル効率を著しく向上させるとともに、バックハネル負荷を低減する。
• ソーシャルアウェアスライシングは、ユーザーの移動性およびソーシャルインタラクションパターンを活用することで、スライスプロビジョニングの精度を向上させ、遅延に敏感なサービスに対するQoSの向上に寄与する。
• フィールドトライアルおよび標準化作業は今後の重要なステップであり、CNベーススライシングの初期デモではスライス作成時間が1分未塔の結果が得られており、アクセススライシングでも同様のパフォーマンスが期待できる。
• 提案されたアクセススライシングフレームワークは3GPPのCNベーススライシング標準と互換性があり、既存の5Gネットワーク進化パスにスムーズに統合可能である。