An Analytical Model for 5G Network Resource Sharing with Flexible SLA-Oriented Slice Isolation

Abstract

Network slicing is a novel key technology in 5G networks which permits to provide a multitude of heterogeneous communication services over a common network infrastructure while satisfying strict Quality of Service (QoS) requirements. Since radio spectrum resources are inherently scarce, the slicing of the radio access network should rely on a flexible resource sharing policy that provides efficient resource usage, fairness and slice isolation. In this article, we propose such a policy for bandwidth-greedy communication services. The policy implies a convex programming problem and is formalized to allow for session-level stochastic modeling. We developed a multi-class service system with service rates obtained as a solution to the optimization problem, a Markovian Arrival Process and state-dependent preemptive priorities. We use matrix-analytic methods to find the steady state distribution of the resulting continuous-time Markov chain and the expressions for important performance metrics, such as data rates. Numerical analysis illustrates the efficiency of the proposed slicing scheme compared to the complete sharing and complete partitioning policies, showing that our approach leads to a data rate about the double of that obtained under complete partitioning for the analyzed scenario.

Resource Queueing System for Analysis of Network Slicing Performance with QoS-Based Isolation

“…Let us illustrate the dependence of system characteristics on the isolation of the network slices for data close to real [19]. So we consider the following services: buffered HD video streaming for the first slice and file download (software updates) for the second slice.…”

An Introduction to 5G Network Slicing Technology

“…С точки зрения построения архитектуры сети на базе слайсинга, существует два основных направления функционирования такой системы: однородность и неоднородность каждого отдельного взятого сетевого сегмента. Для примера рассмотрим однородность подобного элемента из общего набора S слайсов, что означает тождественность характеристик трафика, требований к качеству обслуживания QoS и предоставление своим пользователям только одной услуги со скоростью передачи данных не менее 0 бит/с и не более ∁ бит/c [3]. Тогда, эффективная скорость передачи данных для конкретного пользователя отдельно взятого слайса будет находиться в пределах: 0 , где i -отдельный пользователь.…”

“…Поэтому, согласно [3], данная величина является переменной, зависит от ёмкости сегмента и количества обслуживаемых им пользователей, а общая сумма скоростей передачи данных не может превышать данную ёмкость: ∑ .…”

“…Если предположить равномерное распределение ресурсов в пределах одного слайса, то эффективная скорость передачи данных для конкретного пользователя отдельно взятого сегмента определяется по формуле [3]:…”

Resource Sharing Model with Minimum Allocation for the Performance Analysis of Network Slicing

“…The very important criteria of network slicing are efficient resource usage, fairness and performance isolation of slices. In [6] proposed a flexible and customizable resource slicing model which satisfied these criteria. This model is suitable QoS-aware, service-oriented slicing, where each slice is homogeneous with respect to traffic characteristics and QoS requirements.…”