[논문 리뷰] An end-to-end network slicing framework for 5G wireless communication systems

Qian Li, Geng Wu외 2명|arXiv (Cornell University)|2016. 08. 01.

Cooperative Communication and Network Coding참고 문헌 1인용 수 60

한 줄 요약

이 논문은 5G 무선 시스템을 위한 엔드 투 엔드 네트워크 슬라이싱 프레임워크를 제안하며, 산업 분야에 특화된 서비스를 위한 수직 슬라이싱과 무선 접근, 핵심망, 계산 플랫폼 간 자원 최적화를 위한 수평 슬라이싱을 통합한다. 동적이고 서비스별로 맞춤화된 네트워크 슬라이스를 통합된 제어 및 오케스트레이션을 통해 가능하게 함으로써, 다양한 수직 응용 분야에서 시스템 용량, 장치 기능, 사용자 경험을 향상시킨다.

ABSTRACT

Wireless industry nowadays is facing two major challenges: 1) how to support the vertical industry applications so that to expand the wireless industry market and 2) how to further enhance device capability and user experience. In this paper, we propose a technology framework to address these challenges. The proposed technology framework is based on end-to-end vertical and horizontal slicing, where vertical slicing enables vertical industry and services and horizontal slicing improves system capacity and user experience. The technology development on vertical slicing has already started in late 4G and early 5G and is mostly focused on slicing the core network. We envision this trend to continue with the development of vertical slicing in the radio access network and the air interface. Moving beyond vertical slicing, we propose to horizontally slice the computation and communication resources to form virtual computation platforms for solving the network capacity scaling problem and enhancing device capability and user experience. In this paper, we explain the concept of vertical and horizontal slicing and illustrate the slicing techniques in the air interface, the radio access network, the core network and the computation platform. This paper aims to initiate the discussion on the long-range technology roadmap and spur development on the solutions for E2E network slicing in 5G and beyond.

연구 동기 및 목표

• 5G 무선 네트워크에서 증가하는 다양한 수직 산업 응용 분야의 수요를 해결하기 위해.
• 확장 가능한 네트워크 자원 관리로 인해 기기 기능과 사용자 경험의 한계를 극복하기 위해.
• 무선 접근, 핵심망, 계산 플랫폼 전반에 걸쳐 엔드 투 엔드 네트워크 슬라이싱을 위한 통합 프레임워크를 제안하기 위해.
• 통신 및 계산 자원의 수평 슬라이싱을 통해 시스템 용량과 서비스 성능을 향상시키기 위해.
• 5G 및 향후 시스템을 위한 엔드 투 엔드 네트워크 슬라이싱에 대한 장기적 기술 로드맵 논의를 시작하기 위해.

제안 방법

• 수직 슬라이싱을 통한 서비스별 네트워크 격리와 통신 및 계산 도메인 전반에 걸친 자원 풀링을 위한 수평 슬라이싱을 제공하는 이중 슬라이싱 모델을 제안한다.
• 공기 인터페이스, RAN, 핵심망 및 가상화된 계산 플랫폼에 걸쳐 엔드 투 엔드 오케스트레이션을 도입한다.
• 네트워크 기능 가상화(NFV) 및 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 원리를 활용하여 동적 슬라이스 생성 및 관리를 가능하게 한다.
• 무선 접근 수준에서 슬라이싱의 세분성, 즉 물리 계층 자원 할당 및 빔포밍 적응을 정의한다.
• CPU, 메모리, 스토리지 자원의 수평 슬라이싱을 통해 가상 계산 플랫폼을 도입하여 저지연, 고대역폭 서비스를 지원한다.
• 슬라이스 라이프사이클, 즉 프로비저닝, 모니터링, 스케일링을 네트워크 도메인 전반에 걸쳐 관리하기 위해 계층적 제어 아키텍처를 사용한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 5G에서 다양한 수직 산업 서비스를 지원하기 위해 엔드 투 엔드 네트워크 슬라이싱은 어떻게 아키텍처화될 수 있는가?
• RQ2 통신 및 계산 자원의 수평 슬라이싱을 위한 핵심 기술적 요소는 무엇인가?
• RQ3 수직 슬라이싱과 수평 슬라이싱을 공동으로 오케스트레이션하여 시스템 용량과 사용자 경험을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 5G 및 그 이상을 위한 엔드 투 엔드 슬라이싱에 대한 아키텍처 및 프로토콜 수준의 요구 사항은 무엇인가?
• RQ5 네트워크 슬라이싱는 핵심망에서 무선 접근 및 공기 인터페이스 계층으로 어떻게 확장될 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 프레임워크는 모든 네트워크 계층에서 수직 및 수평 슬라이싱을 통합함으로써 엔드 투 엔드 네트워크 슬라이싱을 가능하게 한다.
• 계산 자원의 수평 슬라이싱을 통해 가상화된 CPU, 메모리, 스토리지 자원을 다양한 서비스 수요에 맞게 동적으로 할당할 수 있다.
• 통합된 오케스트레이션과 제어를 통해 서비스별 네트워크 슬라이스를 보장된 QoS로 지원한다.
• 공기 인터페이스 및 RAN에 슬라이싱 통합을 통해 애플리케이션 요구 사항에 맞는 세분화된 자원 할당이 가능해진다.
• 이 아키텍처는 확장 가능하며 향후 6G 및 그 이상으로의 진화를 위한 향상된 가상화 및 자동화를 지원한다.
• 논문은 엔드 투 엔드 네트워크 슬라이싱의 기초 로드맵을 수립하며 핵심 연구 및 구현 과제를 부각시킨다.