[논문 리뷰] Leveraging SDN for The 5G Networks: Trends, Prospects and Challenges

Akram Hakiri, Pascal Berthou|arXiv (Cornell University)|2015. 06. 09.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 24인용 수 50

한 줄 요약

이 논문은 증가하는 트래픽 수요와 아키텍처적 과제에 대응하기 위해 소프트웨어 정의 네트워킹(SDN)을 5G 모바일 네트워크에 통합하는 것을 조사한다. SDN을 5G의 기초적 엔abler로 제안하며, 중앙집중식 제어 및 동적 자원 할당을 가능하게 하고, 차세대 모바일 인프라를 위한 구현에서의 주요 추세, 전망 및 기술적 과제를 규명한다.

ABSTRACT

Today 4G mobile systems are evolving to provide IP connectivity for diverse applications and services up to 1Gbps. They are designed to optimize the network performance, improve cost efficiency and facilitate the uptake of mass market IP-based services. Nevertheless, the growing demand and the diverse patterns of mobile traffic place an increasing strain on cellular networks. To cater to the large volumes of traffic delivered by the new services and applications, the future 5G network will provide the fundamental infrastructure for billions of new devices with less predictable traffic patterns will join the network. The 5G technology is presently in its early research stages, so researches are currently underway exploring different architectural paths to address their key drivers. SDN techniques have been seen as promising enablers for this vision of carrier networks, which will likely play a crucial role in the design of 5G wireless networks. A critical understanding of this emerging paradigm is necessary to address the multiple challenges of the future SDN-enabled 5G technology. To address this requirement, a survey the emerging trends and prospects, followed by in-depth discussion of major challenges in this area are discussed.

연구 동기 및 목표

• 수십억 대의 신규 디바이스에서 비롯하는 증가하고 예측할 수 없는 모바일 트래픽으로 인한 셀룰러 네트워크의 증가하는 부담을 해결하기 위해.
• 다양하고 고대역폭을 요구하는 5G 애플리케이션을 지원하는 데에 현재의 4G 네트워크가 유용하지 않은 한계를 검토하기 위해.
• 탄력적이고 프로그래머블하며 효율적인 5G 네트워크 운영을 가능하게 하는 전환적 아키텍처 패러다임으로 SDN을 식별하기 위해.
• SDN 기반 5G 네트워크 설계에서의 신규 추세 및 기술적 과제에 대한 종합적 설문 조사 제공하기 위해.
• 연구자들과 엔지니어들이 SDN이 5G의 초고신뢰성, 저지연, 확장 가능한 연결성 비전을 실현하는 데 기여할 수 있는 기초적 역할을 이해하는 데 도움을 주기 위해.

제안 방법

• 최근의 SDN 통합에 관한 연구 및 아키텍처 제안 사례를 조사하기 위해.
• SDN의 핵심 원칙인 중앙집중식 제어 평면, 프로그래머블 포워딩, 네트워크 추상화를 분석하여 5G의 유연성을 가능하게 하는 요소로 삼기 위해.
• SDN이 5G 환경에서 네트워크 슬라이싱, 동적 스펙트럼 공유, 다중 테넌시를 가능하게 하는 역할을 분석하기 위해.
• 이질적인 무선 접근 기술(RATs)과 다양한 QoS 요구사항을 관리하는 데서 SDN의 타당성을 평가하기 위해.
• 5G 코어 진화를 위한 네트워크 기능 가상화(NFV) 및 클라우드 네이티브 원칙과의 통합을 논의하기 위해.
• 스케일러빌리티, 보안, 상호운용성 등의 측면에서 SDN 구현의 현재 연구 격차와 기술적 과제를 맵핑하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 SDN은 5G 네트워크에서의 확장성 및 동적 트래픽 관리 과제를 어떻게 해결할 수 있는가?
• RQ2 SDN 기반 5G 네트워크 설계에서 나타나는 주요 아키텍처 추세는 무엇이며, 다양한 서비스 요구사항을 어떻게 지원하는가?
• RQ3 이질적인 5G 무선 및 코어 네트워크 구성 요소에 걸쳐 SDN을 구현할 때의 주요 기술적 과제는 무엇인가?
• RQ4 SDN은 5G 환경에서 네트워크 슬라이싱 및 자원 오케스트레이션을 어떻게 향상시키는가?
• RQ5 통신 사업자 수준의 5G 인프라에 SDN을 통합할 때의 상호운용성 및 보안 영향은 무엇인가?

주요 결과

• SDN는 중앙집중식, 프로그래머블, 동적 네트워크 제어를 가능하게 하므로 5G의 핵심 엔abler로 규명된다.
• 논문은 SDN이 네트워크 슬라이싱을 지원하여 동일한 인프라 위에 서로 다른 QoS 보장을 갖는 다수의 가상 네트워크를 가능하게 한다고 강조한다.
• 대규모 5G 구현에서 스케일러빌리티와 저지연 제어 평면 설계가 주요 과제로 규명된다.
• 중앙집중식 컨트롤러의 보안 및 신뢰성은 공격 표면 증가 및 단일 장애 지점으로 인해 특히 중요한 고려 사항이다.
• 이질적인 무선 접근 기술(예: mmWave, NB-IoT) 간의 상호운용성은 SDN-5G 통합에서 여전히 큰 장벽으로 남아 있다.
• SDN과 NFV 및 클라우드 네이티브 아키텍처의 융합은 민첩하고 즉각적이고 비용 효율적인 5G 네트워크 기능을 달성하기 위해 필수적이다.