[논문 리뷰] Network Slicing in 5G Mobile Communication Architecture, Profit Modeling, and Challenges

Mohammad Asif Habibi, Bin Han외 1명|arXiv (Cornell University)|2017. 07. 04.

Software-Defined Networks and 5G참고 문헌 8인용 수 26

한 줄 요약

이 논문은 5G 모바일 네트워크에서 네트워크 슬라이싱에 대한 종합적인 분석을 제시하며, 시스템 아키텍처, 비즈니스 모델, 핵심 과제에 중점을 둡니다. 두 가지 수익 모델 차원—소유 슬라이싱 구현 및 외주 슬라이싱를 위한 자원 임대—을 제안하고, 향후 5G 및 그 이상의 네트워크 슬라이싱의 실제 구현을 안내하기 위해 기술적, 관리적, 표준화 과제를 규명합니다.

ABSTRACT

Efficient flexibility and higher system scalability call for enhanced network performance, better energy consumption, lower infrastructure cost, and effective resource utilization. To accomplish this, an architectural optimization and reconstruction of existing cellular network is required. Network slicing is considered to be one of the key enablers and an architectural answer of communication system of 2020 and beyond. Traditional mobile operators provide all types of services to various kinds of customers through a single network, however, with the deployment of network slicing operators are now able to divide entire network into different slices each with its own configuration and specific Quality of Service (QoS) requirements. In a slice-based network, each slice will be considered as a separate logical network. In this way, the infrastructure utilization and resource allocation will be much more energy and cost efficient in comparison to traditional network. In this paper, we provided a comprehensive discussion on concept and system architecture of network slicing with particular focus on its business aspect and profit modeling. We throughly discussed two different dimensions of profit modeling, so called Own-Slice Implementation and Resource Leasing for Outsourced Slices. We further addressed open research directions and existing challenges with the purpose of motivating new advances and adding realistic solutions to this emerging technology.

연구 동기 및 목표

• 5G 네트워크에서 수직 산업 간 다양한 QoS 요구사항 증가에 대응하기 위해.
• 기존의 일률적인 네트워크 아키텍처의 비효율성을 네트워크 슬라이싱를 통한 아키텍처 최적화로 해결하기 위해.
• 세부적인 수익 모델 분석을 통한 네트워크 슬라이싱의 비즈니스 및 경제적 타당성 분석하기 위해.
• 실제 구현을 저해하는 핵심 기술적, 관리적, 표준화 과제를 규명하고 해결하기 위해.
• 미해결 과제와 네트워크 슬라이싱 구현 분야의 연구 방향을 제시함으로써 향후 연구를 촉진하기 위해.

제안 방법

• 공유된 물리적 인프라 위에서 다수의 논리적 네트워크를 지원할 수 있는 5G 네트워크 슬라이싱을 위한 시스템 아키텍처를 제안합니다.
• 두 가지 다른 수익 모델 차원—소유 슬라이싱 구현(운영자 소유 슬라이싱) 및 외주 슬라이싱를 위한 자원 임대(제3자 슬라이싱 공급)—을 도입합니다.
• SDN 및 NFV가 네트워크 프로그래머블리티, 가상화, 동적 자원 오케스트레이션을 가능하게 하는 역할을 분석합니다.
• 동적 자원 할당, 정책 검증, 슬라이싱 간 충돌 해결 등 네트워크 관리의 과제를 검토합니다.
• 이질적인 액세스 기술과 QoS 요구사항을 가진 다중 슬라이싱 환경에서의 성능 측정 및 QoS 분석을 평가합니다.
• 3GPP, NGMN, 5GPPP 등에서의 표준화 노력에 대해 검토하며, 네트워크 슬라이싱에 대한 글로벌 표준화의 격차를 규명합니다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 5G 네트워크에서 수직 산업 간 다양한 QoS 요구사항을 지원하기 위해 네트워크 슬라이싱는 어떻게 아키텍처화될 수 있는가?
• RQ2 네트워크 슬라이싱에서 수익 창출을 위한 두 가지 주요 비즈니스 모델은 무엇이며, 비용 및 수익 구조에서 어떻게 다릅니까?
• RQ3 실제 5G 시스템에 네트워크 슬라이싱를 구현하는 데 장애가 되는 기술적, 관리적, 보안 과제는 무엇인가요?
• RQ4 다중 테넌트, 다중 슬라이싱 환경에서 동적 자원 할당 및 오케스트레이션은 어떻게 효과적으로 관리될 수 있나요?
• RQ5 네트워크 슬라이싱의 현재 표준화 상태는 어떠하며, 해결되어야 할 격차는 무엇이 있나요?

주요 결과

• 단일 물리적 인프라 위에서 다수의 논리적 네트워크를 지원함으로써 네트워크 슬라이싱는 자원 활용 효율성 향상, 에너지 소비 감소, 인프라 비용 절감을 가능하게 합니다.
• 소유 슬라이싱 구현 및 자원 임대라는 두 가지 수익 모델 차원은 운영자와 제3자 제공자에게 각각 다른 경제적 길을 제공합니다.
• 동적 자원 오케스트레이션, 정책 검증, 슬라이싱 간 충돌 해결 등의 네트워크 관리 과제가 여전히 심각한 도전 과제로 남아 있습니다.
• 프로그래밍 가능한 인터페이스와 가상화된 구성 요소로 인해 공격 벡터가 증가함에 따라 보안 위험이 증가하므로, 다층 보안 프레임워크가 필수적입니다.
• 네트워크 슬라이싱의 표준화는 아직 진행 중이며, 주로 수직 슬라이싱에 집중되어 있으며, 완전한 표준화는 3GPP 리lease 15 및 그 이후에 예상됩니다.
• RAN 가상화는 여전히 주요 열린 과제로 남아 있으며, 특히 공유 하드웨어 위에서 여러 액세스 기술 간 공존 문제에 초점이 맞춰져 있습니다.