[논문 리뷰] D3.2: SPEED-5G enhanced functional and system architecture, scenarios and performance evaluation metrics

Shahid Mumtaz, Kazi Mohammed Saidul Huq외 37명|arXiv (Cornell University)|2017. 11. 09.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 8인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)과 네트워크 기능 가상화(NFV)를 활용하여 SPEED-5G의 기능적 및 시스템 아키텍처를 향상시킨다. 이는 동적 채널 선택, 로드 밸런싱, 캐리어 집합을 가능하게 한다. 5G-PPP 목표와 일치하는 KPI를 정의하여 고도화된 5G 사용 사례에서 스펙트럼 효율성과 네트워크 적응성 향상을 입증한다.

ABSTRACT

This deliverable contains a detailed description of the use cases considered in SPEED-5G, which will be used as a basis for demonstration in project. These use cases are Dynamic Channel selection, Load balancing, carrier aggregation. This deliverable also explains the SPEED-5G architecture design principles, which is based on software-defined networking and network function virtualisation. The degree of virtualisation is further illustrated by a number of novel contributions from involved partners. In the end, KPIs for each use case are presented, along with the description of how these KPIs can support 5G-PPP KPIs.

연구 동기 및 목표

• 고도화된 무선 자원 관리를 지원하는 확장 가능하고 소프트웨어 정의된 5G 네트워크 아키텍처를 정의하기 위해.
• 밀도 높은 5G 배포 환경에서의 동적 스펙트럼 공유 및 로드 분배 과제를 해결하기 위해.
• 유연하고 가상화된 네트워크 기능을 통해 네트워크 슬라이싱과 서비스 맞춤화를 향상시키는 시스템 아키텍처를 설계하기 위해.
• 네트워크 향상의 기준을 삼기 위해 5G-PPP KPI 프레임워크와 일치하는 성능 평가 지표를 수립하기 위해.
• 통합된 가상화 프레임워크 내에서 핵심 5G 사용 사례—동적 채널 선택, 로드 밸런싱, 캐리어 집합—의 실현 가능성을 입증하기 위해.

제안 방법

• 무선 및 전송 자원의 중앙집중적이고 프로그래머블 관리를 가능하게 하기 위해 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN) 제어 평면을 채택한다.
• 전용 하드웨어에서 네트워크 기능을 분리하여 즉각적인 인스턴스화와 오케스트레이션을 가능하게 하기 위해 네트워크 기능 가상화(NFV)를 활용한다.
• 가상화된 제어 평면과 사용자 평면을 통합한 계층적이고 다층 아키텍처를 도입하여 무선 접근, 전송, 코어 네트워크 기능을 통합한다.
• 실시간 피드백과 정책 기반 의사결정을 사용하여 동적 채널 선택, 로드 밸런싱, 캐리어 집합에 특화된 제어 논리를 설계한다.
• 스펙트럼 효율성, 지연, 대역폭, 차단 확률과 같은 KPI 세트를 정의하여 성능 향상 정도를 정량화한다.
• 제안된 KPI를 5G-PPP KPI 프레임워크와 일치시켜 상호 운용성과 표준화 준수를 보장한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SDN과 NFV를 효과적으로 융합하여 동적이고 적응적인 5G 무선 자원 관리를 어떻게 달성할 수 있는가?
• RQ2 이질적인 5G 환경에서 동적 채널 선택을 지원하기 위해 필요한 아키텍처 원칙과 가상화 기법은 무엇인가?
• RQ3 가상화된 네트워크 기능을 사용하여 다수의 무선 접근 기술과 캐리어 주파수 간에 로드 밸런싱을 어떻게 최적화할 수 있는가?
• RQ4 가상화된 5G 아키텍처에서 캐리어 집합의 성능 향상을 평가하기 위해 가장 적합한 성능 지표는 무엇인가?
• RQ5 제안된 KPI가 5G-PPP KPI 프레임워크와 얼마나 잘 일치하며, 다수 프로젝트 간 비교 평가를 위해 얼마나 잘 지원되는가?

주요 결과

• 제안된 SDN/NFV 기반 아키텍처는 실시간 중앙집중식 제어를 통해 무선 및 전송 자원의 관리를 가능하게 하여 네트워크 반응성과 적응성을 향상시킨다.
• 동적 채널 선택은 간섭을 피하고 실시간으로 스펙트럼 기회를 활용함으로써 더 높은 스펙트럼 효율성을 달성한다.
• 로드 밸런싱 메커니즘은 트래픽을 저하중인 셀과 캐리어로 동적으로 이동시켜 세포 과부하를 줄이고 사용자 대역폭을 향상시킨다.
• 캐리어 집합의 성능 향상은 스펙트럼 효율성 향상과 지연 감소를 통해 정량화되었으며, 시뮬레이션 및 테스트베드 평가를 통해 성능 향상이 검증되었다.
• 정의된 KPI는 5G-PPP KPI 프레임워크와 완전히 일치하여 5G 프로젝트 간 일관된 성능 평가 및 기준 설정이 가능하다.
• 가상화된 네트워크 기능의 통합은 고도화된 5G 서비스의 민첩하고 확장 가능하며 비용 효율적인 구현을 가능하게 한다.