[论文解读] E2E Migration Strategies Towards 5G: Long-term Migration Plan and Evolution Roadmap

Abolfazl Zakeri, Narges Gholipoor+5 more|arXiv (Cornell University)|Feb 20, 2020

Telecommunications and Broadcasting Technologies被引用 4

一句话总结

本文提出了一套全面的端到端（E2E）5G演进迁移框架，涵盖无线接入、传输和核心网络的长期部署策略。该框架基于技术、成本和标准化因素，提出分阶段的迁移路径，展望通过3GPP版本18至20实现5G演进（E5G），为通信服务提供商（CSPs）提供未来可扩展、可互操作的网络过渡方案。

ABSTRACT

After freezing the first phase of the fifth generation of wireless networks (5G) standardization, it finally goes live now and the rollout of the commercial launch (most in fixed 5G broadband services) and migration has been started. However, some challenges are arising in the deployment, integration of each technology, and the interoperability in the network of the communication service providers (CSPs). At the same time, the evolution of 5G is not clear and many questions arise such as whether 5G has long-term evolution or when 5G will change to a next-generation one. This paper provides long-term migration options and paths towards 5G considering many key factors such as the cost, local/national data traffic, marketing, and the standardization trends in the radio access network (RAN), the transport network (TN), the core network (CN), and E2E network. Moreover, we outline some 5G evolution road maps emphasizing on the technologies, standards, and service time lines. The proposed migration paths can be the answer to some CSPs concerns about how to do long-term migration to 5G and beyond.

研究动机与目标

• 解决5G部署在无线接入网（RAN）、传输网（TN）和核心网（CN）所有网络域中缺乏整体性、长期性迁移规划的问题。
• 识别并评估端到端（E2E）迁移选项，以在技术可行性、成本和业务KPI之间实现平衡，服务于通信服务提供商（CSPs）。
• 为5G演进（E5G）提供前瞻性愿景，超越初始5G标准，与超可靠低时延通信（URLLC）和海量机器类通信（mMTC）等新兴服务保持一致。
• 在多厂商、异构网络环境中，确保迁移过程中的向后/向前兼容性和互操作性。
• 支持通信服务提供商（CSPs）在何时及如何部署5G技术方面做出战略决策，同时为未来6G演进做好规划。

提出的方法

• 提出五种3GPP定义的5G部署选项（选项1–5），涵盖架构、成本和性能权衡，支持端到端（E2E）迁移。
• 通过C-RAN演进和Radio over Ethernet（RoE）技术分析无线接入网（RAN）的迁移，实现从TDM基带到以太网基带回传的过渡。
• 引入基于软件定义网络（SDN）的传输网络（T-SDN），采用分层SDN控制器管理多域、多层传输网络。
• 根据设备兼容性和升级路径，提出传输网（TN）迁移的三种部署模式：新建（greenfield）、混合（mixed）和混合型（hybrid）。
• 采用基于域的分层架构，结合父级和子级SDN控制器，实现传输网络（TN）的渐进式、可扩展演进。
• 集成网络切片和端到端管理机制，支持端到端服务提供和动态资源分配。

实验结果

研究问题

• RQ1 哪些可行的长期端到端（E2E）迁移路径可实现从4G到5G的过渡，同时在成本、可扩展性和业务KPI之间实现平衡？
• RQ2 通信服务提供商（CSPs）如何在多厂商、多技术共存的5G网络中确保互操作性以及向前/向后兼容性？
• RQ3 在3GPP版本15–17之后，5G演进（E5G）的关键推动因素和时间表是什么，特别是在超可靠低时延通信（URLLC）和海量机器类通信（mMTC）方面？
• RQ4 如何在最小化中断的前提下，将传统传输网络演进为支持SDN和网络切片的架构？
• RQ5 标准化趋势（如3GPP、IEEE、ETSI）在塑造可持续的5G及E5G迁移策略中发挥什么作用？

主要发现

• 本文识别出五种3GPP定义的5G部署选项（选项1–5），每种选项在架构、成本和性能方面具有独特权衡，使运营商可根据网络成熟度和投资能力进行选择。
• 通过CPRI映射实现的以太网上的无线通信（RoE）技术，可实现从传统TDM基带的4G C-RAN平滑过渡到以太网基带的5G C-RAN，支持面向未来的前传链路演进。
• 通过T-SDN实现的传输网络演进是可行的，其三种部署模式（新建、混合、混合型）支持渐进式迁移，并允许传统设备与SDN增强设备共存。
• 分层SDN控制器架构（父级与子级控制器）可实现多管理域、多层传输网络的可扩展、基于域的演进。
• E5G（3GPP版本18–20）预计在2021–2025年间推出，重点聚焦于增强的URLLC、进一步提升的eMBB以及可靠的mMTC，以支持远程手术和自动驾驶等下一代服务。
• 本文确立5G演进并非一次性事件，而是一个持续过程，4G与5G的共存预计将持续至至少2022–2023年，同时6G研究已同步启动。