[论文解读] The Structure of Service Level Agreement of Slice-based 5G Network

Mohammad Asif Habibi, Bin Han+2 more|arXiv (Cornell University)|Jun 27, 2018

Software-Defined Networks and 5G参考文献 2被引用 32

一句话总结

本文提出了一种全面的、端到端的网络切片5G网络服务等级协议（SLA）结构，通过为每个网络切片定义独特的SLA组件，平衡租户与服务提供商的利益。该研究提出了一套框架，通过数学建模整合服务质量（QoS）指标、成本、收入、利润及资源需求，确保在多样化5G应用场景中实现性能、可靠性和经济责任的统一。

ABSTRACT

Network slicing is considered to be one of the key enablers to Fifth Generation (5G) communication system. Legacy telecommunication networks have been providing various services to all kinds of customers through a single network infrastructure. In contrast, with the deployment of network slicing, operators are now able to partition entire network into different slices, each with its own configuration and Quality of Service (QoS) requirements. There are many applications across industry, each needs an independent slice with its own functions and features. All these applications open new business opportunities, which require new business models and therefore every single slice needs an individual Service Level Agreement (SLA). In this paper, we proposed a comprehensive end-to-end structure of SLA between tenant and service provider of slice-based 5G network, which balances the interests of both sides. The proposed SLA is expected to define reliability, availability, and performance of delivered telecommunication services in order to ensure that right information gets to the right destination at right time, safely and securely. We also discussed the metrics of slice-based network SLA such as throughput, penalty, cost, revenue, profit, and QoS related metrics, which we think are very critical to be considered during the agreement.

研究动机与目标

• 解决当前基于切片的5G网络中缺乏定制化SLA结构的问题，其中每个切片具有独特的服务需求。
• 定义一种全面的SLA结构，以在多切片环境中平衡租户与服务提供商的利益。
• 识别并形式化关键SLA指标，包括QoS、吞吐量、成本、收入、利润及资源分配。
• 通过网络可编程性、虚拟化及标准化KPI到资源的映射，实现SLA的自动化管理。
• 通过提供结构化、可度量且可问责的SLA框架，支持5G中的新型业务模式。

提出的方法

• 提出一种包含技术、经济与法律组件的端到端SLA结构，针对每个网络切片进行定制化设计。
• 定义关键SLA指标，如吞吐量、时延、可靠性、可用性及与QoS相关的性能指标。
• 提出数学模型，利用虚拟网络功能（VNF）实现方式和切片大小作为输入，将关键性能指标（KPI）映射到所需网络资源。
• 将成本（EXP）建模为资源向量 r 的函数，其中 r 依赖于KPI、切片大小（s）及VNF实现方式（v）。
• 将收入（REV）定义为服务价格（p）、切片大小（s）及客户数量（c）的函数。
• 通过收入与成本之差推导利润（w）：w = REV(p,s,c) − EXP(r)，其中 r = r(k,s,v）。

实验结果

研究问题

• RQ1 在5G网络切片中，如何设计一种既标准化又灵活的SLA结构，以应对不同切片在QoS和功能需求上的多样性？
• RQ2 为确保问责制与性能保障，切片特定SLA中必须包含哪些技术、经济与运营指标？
• RQ3 如何在基于切片的SLA中对成本、收入与利润进行数学建模，以体现经济可持续性？
• RQ4 VNF实现方式与切片大小在决定资源需求与SLA结果方面发挥何种作用？
• RQ5 如何利用虚拟化与可编程性，在动态多切片5G环境中实现SLA的自动化管理？

主要发现

• 所提出的SLA结构支持个性化、切片特定的协议，能够准确反映各切片在QoS、性能与经济参数上的独特性。
• 吞吐量、时延、可靠性和可用性被定义为核心QoS指标，并设定了标准化目标，如1 ms时延与99.99%可用性。
• 成本（EXP）被建模为资源向量 r 的函数，其中 r 依赖于KPI、切片大小（s）及VNF实现方式（v），即 r = r(k,s,v)。
• 收入（REV）被建模为服务价格（p）、切片大小（s）及客户数量（c）的函数，支持动态定价模型。
• 利润（w）被明确定义为 w = REV(p,s,c) − EXP(r)，为每个切片提供可度量的经济绩效指标。
• 该框架支持未来扩展至共享与混合SLA，实现5G网络中灵活的多租户资源分配。