[논문 리뷰] Evolution and Innovation in 5G Cellular Communication System and Beyond: A Study

Rehman Talukdar, Mridul Saikia|arXiv (Cornell University)|2014. 07. 16.

Advanced MIMO Systems Optimization참고 문헌 3인용 수 7

한 줄 요약

이 논문은 품질의 서비스(QoS)와 비용을 최적화하기 위해 동적으로 여러 무선 액세스 기술(예: LTE, Wi-Fi, WiMAX)을 조합할 수 있는 소프트웨어 정의 다중 라디오 단말기를 중심으로 한 사용자 중심의 5G 모바일 네트워크 아키텍처를 제안한다. 핵심 혁신은 상위 IPv6와 하위 네트워크 전용 IP 주소 간 번역을 수행하는 미들웨어 계층을 포함한 계층적 네트워크 설계로, 실시간 QoS 메트릭과 사용자 제약 조건을 기반으로 한 스ム즈한 다중 네트워크 운영 및 지능형 연결 선택을 가능하게 한다.

ABSTRACT

Since the last few years there has been a phenomenal growth in the wireless industry. Widespread wireless technologies, increasing variety of user-friendly and multimedia- enabled terminals and wider availability of open source tools for content generation has lead encouraged user-centric networks resulting in a need for efficient network design. The objective of this paper is comprehensive study related to 5G technology of mobile communication. Existing research work in mobile communication is related to 5G technology. The major contribution of this study is the key provisions of 5G (Fifth Generation) technology of mobile communication, which is seen as consumer oriented. In 5G technology, the mobile consumer has given utmost priority compared to others. In this context, the existing and highly demanded technologies for 5G technologies has beed studied extensively. Open challenges are highlighted for researcher for further study of the emerging 5G systems.

연구 동기 및 목표

• 운영자 및 서비스 중심의 4G 모델의 한계를 해결하기 위해 근본적으로 사용자 중심의 5G 모바일 네트워크 아키텍처를 제안하는 것.
• 5G 단말기가 여러 이질적인 무선 네트워크(LTE, Wi-Fi, WiMAX 등)에서 동시에 액세스하고 데이터 플로우를 조합할 수 있도록 하는 것.
• 단말기 수준의 IP 관리와 기초 라디오 액세스 기술 간의 분리가 가능한 계층적 네트워크 아키텍처를 개발하는 것.
• 실시간 QoS 파rameter와 사용자 정의 비용 제약 조건을 기반으로 최적의 무선 연결을 동적으로 지능적으로 선택할 수 있도록 하는 것.
• 진화하는 네트워크 조건과 기술에 대응하기 위해 소프트웨어 정의, 다운로드 가능한 트랜스포트 프로토콜과 오류 제어 방식을 개발하는 것.

제안 방법

• 각 라디오 인터페이스에 대응하는 하위 네트워크 계층과 IPv6를 사용하는 상위 네트워크 계층을 갖춘 5G 단말기에서 이중 계층 네트워크 아키텍처를 제안한다.
• 상위 및 하위 네트워크 계층 사이에 위치한 미들웨어 계층을 도입하여, 고정된 단말기 IPv6 주소와 각 활성 라디오 액세스 네트워크 전용 CoA(Care-of Address) 간의 주소 번역을 수행한다.
• 5G 단말기가 특정 기지국 기술에 맞게 최적화된 트랜스포트 프로토콜(예: TCP 변종)을 동적으로 다운로드하고 설치할 수 있도록 허용하는 오픈 트랜스포트 프로토콜(OTP) 계층을 설계한다.
• 각 가용 무선 인터페이스의 지연, 지터, 패킷 손실, 대역폭, 신뢰성 등의 실시간 메트릭을 저장하고 분석하기 위해 5G 단말기 내부에 QoS 데이터베이스를 구현한다.
• 사용자 정의 QoS 및 비용 제약 조건을 기반으로 최적의 무선 네트워크 조합을 선택하는 지능형 알고리즘을 구현한다.
• 다중 네트워크 간 핸드오버 시 연결성을 유지하기 위해 5G 단말기에서 모바일 IPv6와 외부 에이전트(FA) 功能을 채택한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 5G 모바일 네트워크는 어떻게 재구성되어야 하며, 운영자 또는 서비스 중심의 모델에서 벗어나 종단 사용자 경험을 우선시할 수 있는가?
• RQ2 5G 단말기가 여러 이질적인 무선 네트워크에서 동시에 액세스하고 플로우를 조합할 수 있도록 하기 위해 필요한 아키텍처 및 프로토콜 메커니즘은 무엇인가?
• RQ3 성능 특성이 상이한 여러 무선 인터페이스 간에 동적으로 전환할 때 단말기는 어떻게 지속적인 연결성과 최적의 QoS를 유지할 수 있는가?
• RQ4 다중 기초 IP 네트워크의 복잡성을 추상화하면서도 종단 간 연결성을 유지하는 데 미들웨어 계층이 수행하는 역할은 무엇인가?
• RQ5 다양하고 진화하는 무선 액세스 기술을 지원하기 위해 5G 단말기 내 트랜스포트 계층 프로토콜은 어떻게 적응 가능하고 확장 가능하게 만들 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 5G 단말기 아키텍처는 LTE, Wi-Fi, WiMAX 등 여러 무선 네트워크에 동시에 액세스하고 데이터 플로우를 동적으로 조합함으로써 성능 향상을 가능하게 한다.
• 단말기의 고정 IPv6 주소와 각 인터페이스 전용 CoA 주소 간의 IP 주소 번역을 수행하는 미들웨어 계층의 사용은 다중 네트워크 운영의 스무스함을 보장한다.
• 오픈 트랜스포트 프로토콜(OTP) 계층을 통해 5G 단말기는 특정 기지국 기술에 맞게 최적화된 트랜스포트 프로토콜을 다운로드하고 설치할 수 있어 효율성이 향상된다.
• 5G 단말기 내부의 QoS 데이터베이스는 지연, 지터, 손실, 대역폭, 신뢰성 등의 실시간 성능 메트릭을 저장하여 지능형, 데이터 기반의 연결 선택을 가능하게 한다.
• 개인화된 QoS 및 비용 제약 조건을 기반으로 사용자가 제어하는 동적 선택이 가능한 아키텍처는 사용자 경험을 크게 향상시킨다.
• 5G 모바일 네트워크 모델은 3G 및 4G 패러다임에서 근본적인 전환을 이끌었으며, 이동 사용자를 네트워크 설계 및 제어의 중심에 두었다.