[논문 리뷰] E2E Migration Strategies Towards 5G: Long-term Migration Plan and Evolution Roadmap

Abolfazl Zakeri, Narges Gholipoor외 5명|arXiv (Cornell University)|2020. 02. 20.

Telecommunications and Broadcasting Technologies인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 5G 진화를 위한 종단 간(E2E) 이행 프레임워크를 제안하며, 무선 접근, 전송, 핵심망의 장기적 구현 전략을 다룹니다. 기술적 요소, 비용, 표준화 요건을 바탕으로 단계적인 이행 경로를 제시하며, 3GPP 릴리스 18–20를 통해 5G 진화(E5G)를 비전화하여 통합적이고 확장 가능하며 상호운용 가능한 네트워크 이행을 통한 통신 서비스 제공자(CSP)의 미래 대비 전략을 수립합니다.

ABSTRACT

After freezing the first phase of the fifth generation of wireless networks (5G) standardization, it finally goes live now and the rollout of the commercial launch (most in fixed 5G broadband services) and migration has been started. However, some challenges are arising in the deployment, integration of each technology, and the interoperability in the network of the communication service providers (CSPs). At the same time, the evolution of 5G is not clear and many questions arise such as whether 5G has long-term evolution or when 5G will change to a next-generation one. This paper provides long-term migration options and paths towards 5G considering many key factors such as the cost, local/national data traffic, marketing, and the standardization trends in the radio access network (RAN), the transport network (TN), the core network (CN), and E2E network. Moreover, we outline some 5G evolution road maps emphasizing on the technologies, standards, and service time lines. The proposed migration paths can be the answer to some CSPs concerns about how to do long-term migration to 5G and beyond.

연구 동기 및 목표

• 모든 네트워크 도메인(RAN, TN, CN)에서 5G 구현을 위한 통합적이고 장기적인 이행 계획의 부재를 해결한다.
• 통신 서비스 제공자(CSP)의 기술 구현 가능성, 비용, 서비스 KPI를 균형 있게 고려한 종단 간(E2E) 이행 옵션을 식별하고 평가한다.
• 초기 5G 표준을 넘어서는 미래 지향적 비전인 5G 진화(E5G)를 제시하며, URLLC 및 mMTC와 같은 신규 서비스와의 정렬을 도모한다.
• 이중/전향 호환성과 상호운용성을 확보하여, 이종적이고 다수의 벤더가 참여하는 네트워크 환경에서의 이행 과정을 보장한다.
• CSP가 5G 기술을 언제, 어떻게 구현할 것인지 전략적 결정보를 내릴 수 있도록 하며, 향후 6G 진화까지 고려한 계획 수립을 지원한다.

제안 방법

• 3GPP에서 정의한 다섯 가지 5G 구현 옵션(옵션 1–5)을 제안하며, 종단 간(E2E) 이행을 위한 아키텍처, 비용, 성능의 상충 관계를 분석한다.
• CPRI 매핑을 통한 RoE(Radio over Ethernet)를 활용한 C-RAN 진화를 통한 RAN 이행을 분석하여, TDM 기반에서 이더넷 기반의 프론트홀로의 전환을 가능하게 한다.
• 계층적 SDN 컨트롤러를 사용하는 SDN 기반 전송 네트워크(T-SDN)를 도입하여, 다중 도메인, 다중 계층 전송 네트워크(TN)를 관리한다.
• 장치 호환성과 업그레이드 경로를 기반으로 그린필드, 믹스드, 하이브리드의 세 가지 전송 네트워크(TN) 이행 모델을 제시한다.
• 부모 및 자식 SDN 컨트롤러를 포함한 도메인 기반 계층 아키텍처를 적용하여, 점진적이고 확장 가능한 TN 진화를 가능하게 한다.
• 네트워크 슬라이싱과 종단 간(E2E) 관리 시스템을 통합하여 종단 간 서비스 제공 및 동적 자원 할당을 지원한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 4G에서 5G로의 지속 가능한 종단 간(E2E) 이행 경로는 무엇이며, 비용, 확장성, 서비스 KPI 간 균형을 어떻게 확보할 수 있는가?
• RQ2 CSP는 다수의 벤더와 다수의 기술이 공존하는 5G 네트워크 환경에서 상호운용성과 전향/후행 호환성을 어떻게 확보할 수 있는가?
• RQ3 3GPP 릴리스 15–17을 초월한 5G 진화(E5G)의 핵심 추진 요소와 일정은 무엇이며, 특히 URLLC 및 mMTC 서비스를 위한 것인가?
• RQ4 기존 전송 네트워크는 어떻게 진화시켜 SDN과 네트워크 슬라이싱을 최소한의 교란으로 지원할 수 있는가?
• RQ5 표준화 추세(예: 3GPP, IEEE, ETSI)는 지속 가능한 5G 및 E5G 이행 전략을 형성하는 데 어떤 역할을 하는가?

주요 결과

• 논문은 3GPP에서 정의한 다섯 가지 5G 구현 옵션(옵션 1–5)을 식별하며, 각각 고유한 아키텍처, 비용, 성능의 상충 관계를 지닌다. 이를 통해 네트워크 성숙도와 투자 능력에 따라 CSP가 최적의 선택을 할 수 있다.
• CPRI 매핑을 통한 이더넷 기반 라디오(RoE)는 기존 TDM 기반 4G C-RAN에서 이더넷 기반 5G C-RAN으로의 원활한 전환을 가능하게 하며, 향후 프론트홀 진화를 위한 미래 지향적 기반을 마련한다.
• T-SDN 기반 전송 네트워크 진화는 그린필드, 믹스드, 하이브리드의 세 가지 이행 모델을 통해 가능하며, 기존 장비와 SDN 기반 장비의 공존을 통해 점진적 이행이 가능하다.
• 부모 및 자식 SDN 컨트롤러를 포함한 계층적 SDN 컨트롤러 아키텍처는 다중 관리자, 다중 계층 전송 네트워크의 확장 가능한 도메인 기반 진화를 가능하게 한다.
• E5G(3GPP 릴리스 18–20)는 약 2021–2025년 사이에 도래할 것으로 예측되며, 향상된 URLLC, 더욱 발전된 eMBB, 신뢰성 있는 mMTC를 중심으로 차세대 서비스(예: 원격 수술, 자율주행차)를 지원한다.
• 논문은 5G 진화가 일회성 이벤트가 아니라 지속적인 과정임을 입증하며, 4G와 5G의 공존은 적어도 2022–2023년까지 유지될 것으로 예상되며, 동시에 6G 연구도 병행하여 진행되고 있다.