[論文レビュー] Realizing ICN in 3GPP's 5G NextGen Core Architecture

Ravishankar Ravindran, Asit K. Chakraborti+3 more|arXiv (Cornell University)|Nov 7, 2017

Caching and Content Delivery参考文献 6被引用数 6

ひとこと要約

本稿は、ICNプロトコルデータユニット（PDU）セッションをサポートする制御面およびユーザー面機能を拡張することで、3GPPの5G NextGen Core（5GC）アーキテクチャに情報中心ネットワーキング（ICN）をネイティブに統合するフレームワークを提案する。ICNが名前ベースの転送と分散キャッシュを活用することで、IPベースのアンカー方式と比較して信号オーバーヘッドを低減し、効率的なモバイルエッジコンピューティングとシームレスなセッションモビリティを実現できることを示している。5Gネットワークにおける低遅延でスケーラブルなサービスを実現する。

ABSTRACT

The proposed 3GPP's 5G Next-generation (NextGen) Core architecture (5GC) enables the ability to introduce new user and control plane functions within the context of network slicing to allow greater flexibility in handling of heterogeneous devices and applications. In this paper, we discuss the integration of such architecture with future networking technologies by focusing on the information centric networking (ICN) technology. For that purpose, we first provide a short description of the proposed 5GC, which is followed by a discussion on the extensions to 5GC's control and user planes to support Protocol Data Unit (PDU) sessions from ICN. To illustrate the value of enabling ICN within 5GC, we focus on two important network services that can be enabled by ICN data networks. The first case targets mobile edge computing for a connected car use case, whereas the second case targets seamless mobility support for ICN sessions. We present these discussions in consideration with the procedures proposed by 3GPP's 23.501 and 23.502 technical specifications.

研究の動機と目的

• 3GPPの5G NextGen Core（5GC）アーキテクチャ内にICNをネイティブにサポートさせ、次世代サービスを支援すること。
• ICNの名前ベースの転送とネットワーク内キャッシュを活用することで、5GCにおけるIPベースのモビリティおよびエッジコンピューティングの限界を克服すること。
• コネクテッドカーなどの実世界の5Gユースケースを用いて、ICNのアーキテクチャ的および性能上の利点を実証すること。
• 5GCフレームワーク内におけるICN PDUセッションのための規範的インターフェース拡張および信号手順を定義すること。

提案手法

• ICN-SMF、ICN-AP、UL-CLなどの新規機能を導入し、5GCの制御面およびユーザー面を拡張することで、ICN PDUセッションを管理する。
• ICNの名前ベースアーキテクチャを活用して、アプリケーション識別子と場所を分離することで、サービスインスタンスと物理的位置を分離する。
• ICN-APおよびUL-CL間でICNモビリティ状態とトンネル更新を活用した、RAN間ハンドオーバーの信号手順を提案する。
• 制御面手順の基盤として3GPP TS 23.501および23.502を用い、ICNセッションモビリティを既存の5GCモビリティ管理フレームワークにマッピングする。
• 組み込みセキュリティとネットワーク内キャッシュを備えた名前付きデータオブジェクトを導入し、アプリケーション層のオーバレイなしでコンテンツ指向サービスを実現する。
• ICNアーキテクチャを2つの主要な5GCサービスに適用する：モバイルエッジコンピューティング（MEC）とシームレスなセッションモビリティ。コネクテッドカーのシナリオとICNセッションハンドオーバーをユースケースとして用いる。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 ICNをどのようにして3GPP 5GCアーキテクチャにネイティブに統合し、IPベースのオーバレイに依存せずに新しいサービスをサポートできるか？
• RQ2 5GC内でのICN PDUセッションを可能にするために、制御面およびユーザー面にどのような拡張が必要か？
• RQ3 コネクテッドカーのシナリオにおいて、従来のIPベースのMECと比較してICNはモバイルエッジコンピューティングのパフォーマンスをどのように向上させるか？
• RQ4 5GCにおけるIPアンカー方式のセッション管理と比較して、ICNは信号オーバーヘッドを低減し、モビリティ効率を向上させられるか？
• RQ5 ICNの名前ベースの転送とネットワーク内キャッシュは、5GCのネットワークスライシングおよびサービス機能配置にどのような影響を及ぼすか？

主な発見

• ICNは、セッションハンドオーバー中にアプリケーション層の再構成を回避することで、URLLCおよびAR/VRアプリケーションの遅延を低減し、サービスインスタンスの解決を高速化する。
• ICNのネットワーク内キャッシュと場所に依存しないコンテンツレプリケーションにより、バックホール負荷が低減し、特に高移動度シナリオにおいてコンテンツ共有アプリケーションのQoEが向上する。
• ICNベースのセッションモビリティでは、中央集権的なIPアンカー点の必要がなくなり、RANとUL-CLが同じ場所に配置されている場合にトンネル状態管理を局所化することで、制御面およびユーザー面の信号オーバーヘッドが削減される。
• 提案されたハンドオーバー手順により、UEが新しいRANに移動する前に、ICNゲートウェイの転送状態（例：新しい転送ラベルの使用）を事前に更新することで、信号遅延と複雑さが低減される。
• ICN-APをRANおよびUL-CLと同一配置することで、トンネル状態更新を局所化し、信号オーバーヘッドをさらに低減し、スケーラビリティと効率性が向上する。
• ICN-SMFは、最適なICN-APおよびUL-CL経路を通じてトラフィックを動的に制御可能であり、モビリティイベント時の効率的な負荷分散と迅速な回復を実現する。