[논문 리뷰] Blockchain-enabled Network Sharing for O-RAN.

Lorenza Giupponi, Francesc Wilhelmi|arXiv (Cornell University)|2021. 07. 05.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 7인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 이동통신 사업자 및 기타 이해관계자 간에 인프라와 스펙트럼과 같은 자원을 입찰 또는 마켓플레이스 메커니즘을 통해 동적으로 교환할 수 있도록 블록체인 기반 아키텍처를 제안한다. 이 솔루션은 신뢰성, 확장성 및 자율성을 향상시켜 오픈 RAN 생태계에서의 기여를 가능하게 하며, 공개적으로 배포된 플랫폼을 사용한 시뮬레이션 결과를 통해 타당성과 성능을 검증한다.

ABSTRACT

The innovation provided by network virtualization in 5G, together with standardization and openness boosted by the Open Radio Access Network (O-RAN) Alliance, has paved the way to a collaborative future in cellular systems, driven by flexible network sharing. Such advents are expected to attract new players like content providers and verticals, increasing competitiveness in the telecom market. However, scalability and trust issues are expected to arise, given the criticality of ownership traceability and resource exchanging in an open RAN sharing ecosystem. To address that, we propose the integration of Blockchain (BC) technology for enabling mobile operators (OPs) and other players to exchange RAN resources (e.g., infrastructure, spectrum usage) in the form of virtual network functions (VNF) autonomously and dynamically. BC will provide automation, robustness, trustworthiness, and reliability to mobile networks, so that confidence is generated in an open RAN environment. In particular, we define a novel O-RAN-based BC-enabled architecture that allows automating RAN sharing procedures through either auction or marketplace-based mechanisms. The potential advantages of the proposed solution are demonstrated through simulation results. The used simulation platform is openly released.

연구 동기 및 목표

• 콘텐츠 제공자 및 수직 산업 등 다양한 플레이어의 참여 증가로 인해 발생하는 오픈 RAN 생태계의 확장성 및 신뢰 문제를 해결한다.
• 이동통신 사업자 및 제3자 간에 가상 네트워크 기능(VNF), 인프라, 스펙트럼과 같은 RAN 자원을 안전하고 자동화되며 동적으로 교환할 수 있도록 한다.
• 분산형이고 변경이 불가능한 레거시 기술을 통해 자원 공유의 소유권 추적성과 신뢰성을 확보한다.
• 기존 O-RAN 표준 및 인터페이스와 원활하게 통합되는 O-RAN 네이티브 블록체인 아키텍처를 설계한다.
• 공개적으로 이용 가능한 시뮬레이션 플랫폼을 사용하여 제안된 솔루션의 타당성과 성능을 입증한다.

제안 방법

• RAN 자원 소유권 및 거래를 추적하기 위한 위변조 방지 및 분산형 레거시를 제공하기 위해 블록체인 기술을 O-RAN 아키텍처에 통합한다.
• 자동화된 자원 교환 메커니즘 두 가지를 설계한다: 입찰 기반 및 마켓플레이스 기반으로, RAN 자원의 동적 할당을 가능하게 한다.
• VNF 배포 및 스펙트럼 공유를 지원하면서도 강력한 보안성과 감사 가능성을 확보하는 새로운 O-RAN 준수 블록체인 프레임워크를 정의한다.
• 스마트 계약을 사용하여 참가자 간의 규칙을 강제하고 합의를 자동화함으로써 중앙 집중식 중개자에 대한 의존도를 낮춘다.
• 실제 O-RAN 네트워크 동적 특성과 다자간 상호작용을 모방하는 시뮬레이션 환경에서 시스템을 구현한다.
• 특히 오픈형 및 가상화된 RAN 환경에서의 맥락에서 기존 O-RAN 인터페이스 및 표준화 노력과의 상호운용성을 확보한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 다양한 이해관계자 간의 오픈 RAN 자원 공유에서 블록체인 기술이 신뢰성과 추적 가능성을 어떻게 향상시킬 수 있는가?
• RQ2 RAN 자원 동적 할당을 위한 오픈 RAN 환경에 블록체인을 통합할 경우 성능에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ3 입찰 기반 및 마켓플레이스 기반 메커니즘이 RAN 공유의 효율성과 공정성 측면에서 어떻게 비교되는가?
• RQ4 실제 다중 이동국 및 다중 수직 산업 워크로드 조건에서 블록체인 기반 O-RAN 아키텍처는 효과적으로 확장될 수 있는가?
• RQ5 제안된 솔루션은 오픈 RAN 환경에서 자동화를 어떻게 향상시키고 중앙 집중식 제어에 대한 의존도를 얼마나 줄일 수 있는가?

주요 결과

• 제안된 블록체인 기반 O-RAN 아키텍처는 입찰 및 마켓플레이스 메커니즘을 통해 RAN 자원 공유를 성공적으로 자동화하여 수동 개입을 감소시켰다.
• 시뮬레이션 결과는 시스템이 낮은 지연 시간과 높은 트랜잭션 처리량을 유지함으로써 실시간 RAN 자원 할당에 적합함을 입증했다.
• 끝에서 끝까지 변경이 불가능한 방식으로 소유권 추적성이 확보되어 공유 인프라에서의 책임성과 분쟁 감소에 기여한다.
• 블록체인 통합은 이질적인 참가자가 참여하는 다자간 오픈 환경에서 시스템의 회복력과 신뢰성을 강화한다.
• 평가에 사용된 시뮬레이션 플랫폼은 공개적으로 배포되어 있어 학술 및 산업계에서 재현 가능성과 추가 연구를 가능하게 한다.
• 암호화된 레거시 메커니즘을 통해 강력한 보안성과 감사 가능성을 유지하면서도 동적 VNF 배포 및 스펙트럼 공유를 지원한다.