[논문 리뷰] Network Slicing in Fog Radio Access Networks: Issues and Challenges

Hongyu Xiang, Wenan Zhou외 2명|arXiv (Cornell University)|2017. 09. 14.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 9인용 수 3

한 줄 요약

이 논문은 핵심망과 무선접근망 자원을 공동 최적화하여 비용 효율적이고 종단 간 네트워크 슬라이싱을 가능하게 하는 퍼그 라디오접근망(F-RANs) 내 액세스 슬라이싱을 제안한다. 중심 집행 및 슬라이스 인스턴스 레이어를 갖춘 계층적 아키텍처를 도입함으로써 무선 및 캐시 자원 관리를 사회적 인지 슬라이싱과 통합하여, mMTC 및 uMTC를 포함한 다양한 5G 사용 사례에 대해 적응형이고 저지연 시간을 제공하는 네트워크 슬라이싱을 가능하게 한다.

ABSTRACT

Network slicing has been advocated by both academia and industry as a cost-efficient way to enable operators to provide networks on an as-a-service basis and meet the wide range of use cases that the fifth generation wireless network will serve. The existing works on network slicing are mainly targeted at the partition of the core network, and the prospect of network slicing in radio access networks should be jointly exploited. To solve this challenge, an enhanced network slicing in fog radio access networks (F-RANs), termed as access slicing, is proposed. This article comprehensively presents a novel architecture and related key techniques for access slicing in F-RANs. The proposed hierarchical architecture of access slicing consists of centralized orchestration layer and slice instance layer, which makes the access slicing adaptively implement in an convenient way. Meanwhile, key techniques and their corresponding solutions, including the radio and cache resource management, as well as the social-aware slicing, are presented. Open issues in terms of standardization developments and field trials are identified.

연구 동기 및 목표

• 핵심망(CN) 기반 네트워크 슬라이싱의 한계를 해결하기 위해, 무선접근망(RAN) 제약 조건을 간과하고 F-RAN 엣지 기능을 활용하지 못하는 문제를 해결한다.
• 특히 지연 민감성 및 대량의 사물인터넷(IoT) 서비스를 위한 자원 상태를 공동 고려함으로써 5G에서 효과적인 네트워크 슬라이싱을 가능하게 한다.
• 동적, 적응형, 공존 가능한 슬라이스 인스턴스를 지원하는 F-RAN 내 액세스 슬라이싱을 위한 새로운 계층적 아키텍처를 설계한다.
• 사회적 인지 슬라이싱 및 공동 무선-캐시 자원 관리를 통합하여 다양한 5G 사용 사례에 대한 QoS와 QoE를 향상시킨다.
• 실제 F-RAN 환경에서 액세스 슬라이싱의 향후 구현을 안내하기 위해 표준화 및 현장 시험에서의 열린 과제를 규명한다.

제안 방법

• 두 계층의 계층적 아키텍처를 제안: 슬라이스 관리를 위한 중심 집행 레이어와 런타임 실행을 위한 슬라이스 인스턴스 레이어.
• 다중 슬라이스의 공존을 보장하기 위해 네트워크 기능을 조율하는 새로운 관리 엔티티인 액세스 슬라이스 오케스트레이션을 도입한다.
• F-RAN 내 슬라이스 간 스펙트럼 및 저장소 활용도를 최적화하기 위해 공동 무선 및 캐시 자원 관리를 활용한다.
• 사용자 간 사회적 관계를 활용하여 트래픽 수요를 예측하고 슬라이스 구성 설정을 동적으로 조정하는 사회적 인지 슬라이싱 기법을 개발한다.
• 3GPP의 CN 기반 네트워크 슬라이싱 프레임워크와의 후행 호환성을 확보하면서도 RAN 수준의 적응성과 성능을 향상시킨다.
• F-RAN의 분산형, 장치 기반 컴퓨팅 모델을 활용하여 캐시 및 계산 능력을 갖춘 모든 장치가 슬라이싱 운영에 기여할 수 있도록 한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 F-RAN 내에서 핵심망에서 무선접근망으로 네트워크 슬라이싱을 효과적으로 확장하여 다양한 5G 사용 사례를 지원할 수 있는 방법은 무엇인가?
• RQ2 F-RAN 엣지 기능을 활용하면서도 동적, 적응형, 공존 가능한 액세스 슬라이싱을 가능하게 하는 아키텍처 프레임워크는 무엇인가?
• RQ3 공동 무선 및 캐시 자원 관리가 다중 슬라이스 F-RAN 환경에서 QoS 및 에너지 효율성을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ4 사회적 인지 슬라이싱은 F-RAN 내 액세스 슬라이스 제공의 예측 가능성과 적응성을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ5 표준화 및 현장 시험에서의 주요 열린 과제는 무엇이며, 이는 F-RAN 내 액세스 슬라이싱의 상용화 구현을 지연 또는 저해할 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 액세스 슬라이싱 아키텍처는 핵심망 오케스트레이션과 무선접근망 지능을 통합함으로써 종단 간 네트워크 슬라이싱을 가능하게 하여 적응성과 성능을 향상시킨다.
• 중앙 집행 및 슬라이스 인스턴스 레이어를 갖춘 계층적 아키텍처는 다중 액세스 슬라이스의 동적, 확장 가능하고 공존 가능한 배포를 가능하게 한다.
• 공동 무선 및 캐시 자원 관리는 다중 슬라이스 F-RAN 배포 환경에서 스펙트럼 효율성을 크게 향상시키고 백홀 부하를 감소시킨다.
• 사회적 인지 슬라이싱은 사용자 이동성 및 사회적 상호작용 패턴을 활용하여 슬라이스 제공 정확도를 향상시켜 지연 민감성 서비스에 대한 QoS 제공을 개선한다.
• 현장 시험 및 표준화 노력은 향후 필수적인 단계이며, 초기 CN 기반 슬라이싱 시범에서는 분당 이내의 슬라이스 생성 시간을 기록하여 액세스 슬라이싱에서도 유사한 성능가능성을 시사한다.
• 제안된 액세스 슬라이싱 프레임워크는 3GPP의 CN 기반 슬라이싱 표준과 호환되어 기존 5G 네트워크 진화 경로에 원활하게 통합될 수 있다.