[论文解读] Leveraging SDN for The 5G Networks: Trends, Prospects and Challenges

Akram Hakiri, Pascal Berthou|arXiv (Cornell University)|Jun 9, 2015

Software-Defined Networks and 5G参考文献 24被引用 50

一句话总结

本文研究了将软件定义网络（SDN）集成到5G移动网络中，以应对不断变化的流量需求和架构挑战。它提出SDN作为5G的基础使能技术，提供集中式控制和动态资源分配，并识别了在下一代移动基础设施中部署SDN的关键趋势、前景和技术挑战。

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.

研究动机与目标

• 应对由于数十亿台新设备带来的日益增长且不可预测的移动流量，对蜂窝网络造成的压力。
• 审视当前4G网络在支持多样化、高带宽5G应用方面的局限性。
• 将SDN识别为一种变革性架构范式，以实现灵活、可编程且高效的5G网络运营。
• 对SDN赋能的5G网络设计中的新兴趋势和技术挑战进行全面调查。
• 指导研究人员和工程师理解SDN在实现5G超可靠、低时延和可扩展连接愿景中的基础性作用。

提出的方法

• 调查近期关于SDN在5G网络中集成的研究和架构提案。
• 分析SDN的核心原则——集中式控制平面、可编程转发和网络抽象——作为实现5G灵活性的使能因素。
• 研究SDN在5G环境中实现网络切片、动态频谱共享和多租户支持的作用。
• 评估SDN在管理异构无线接入技术（RATs）和多样化QoS需求方面的可行性。
• 讨论SDN与网络功能虚拟化（NFV）及云原生原则的集成，以推动5G核心网络的演进。
• 梳理SDN部署中的当前研究空白和技术挑战，包括可扩展性、安全性和互操作性。

实验结果

研究问题

• RQ1 SDN如何解决5G网络中的可扩展性和动态流量管理挑战？
• RQ2 在SDN赋能的5G网络设计中，正在出现哪些架构趋势？它们如何支持多样化服务需求？
• RQ3 在异构5G无线和核心网络组件中部署SDN的关键技术挑战是什么？
• RQ4 SDN如何增强5G环境中的网络切片和资源编排？
• RQ5 将SDN集成到运营商级5G基础设施中，其互操作性和安全性影响是什么？

主要发现

• SDN因其能够提供集中式、可编程且动态的网络控制能力，被认定为5G的关键使能技术。
• 本文指出，SDN支持网络切片，可在共享基础设施上实现多个具有不同QoS保证的虚拟网络。
• 大规模5G部署中的可扩展性和低时延控制平面设计被识别为主要挑战。
• 集中式控制器的安全性和可信度是关键关注点，尤其是在攻击面扩大和单点故障增加的情况下。
• 在异构无线接入技术（如毫米波、NB-IoT）之间实现互操作性，仍是SDN-5G集成的重大障碍。
• SDN与NFV及云原生架构的融合对于实现敏捷、按需且成本高效的5G网络功能至关重要。