5Gとネットワークスライシング
5Gが広く話題になる際、最もよく議論される技術はネットワークスライシングです。KT、SKテレコム、チャイナモバイル、DT、KDDI、NTTなどのネットワーク事業者、そしてエリクソン、ノキア、ファーウェイなどの機器ベンダーは皆、ネットワークスライシングこそが5G時代の理想的なネットワークアーキテクチャだと考えています。
この新しいテクノロジーにより、オペレータはハードウェア インフラストラクチャ内で複数の仮想エンドツーエンド ネットワークを分割できるようになり、各ネットワーク スライスはデバイス、アクセス ネットワーク、トランスポート ネットワーク、コア ネットワークから論理的に分離され、さまざまな種類のサービスのさまざまな特性に対応できるようになります。
各ネットワークスライスでは、仮想サーバー、ネットワーク帯域幅、サービス品質などの専用リソースが完全に保証されます。スライスは互いに分離されているため、あるスライスでエラーや障害が発生しても、他のスライスの通信に影響はありません。
5G にネットワーク スライシングが必要な理由
過去から現在の4Gネットワークに至るまで、モバイルネットワークは主に携帯電話にサービスを提供し、一般的には携帯電話向けの最適化のみを行ってきました。しかし、5G時代のモバイルネットワークは、様々な種類と要件を持つデバイスに対応する必要があります。ここで挙げられる多くのアプリケーションシナリオには、モバイルブロードバンド、大規模IoT、ミッションクリティカルIoTなどが含まれます。これらのシナリオはそれぞれ異なる種類のネットワークを必要とし、モビリティ、アカウンティング、セキュリティ、ポリシー制御、レイテンシ、信頼性など、それぞれ異なる要件を持っています。
例えば、大規模なIoTサービスでは、固定センサーを接続して温度、湿度、降雨量などを測定します。モバイルネットワークでは、メインのサービス提供端末のハンドオーバーや位置情報の更新などの機能は必要ありません。さらに、自動運転やロボットの遠隔制御といったミッションクリティカルなIoTサービスでは、エンドツーエンドで数ミリ秒のレイテンシが求められ、これはモバイルブロードバンドサービスとは大きく異なります。
5Gの主な応用シナリオ
つまり、サービスごとに専用のネットワークが必要なのでしょうか？例えば、5Gモバイルフォン用、5Gマス・IoT用、そして5GミッションクリティカルIoT用など、それぞれに専用のネットワークを用意する必要があるとします。しかし、ネットワークスライシングを使えば、1つの物理ネットワークから複数の論理ネットワークを分離できるため、それぞれのサービスに専用のネットワークを用意する必要はありません。これは非常に費用対効果の高いアプローチです。
ネットワークスライシングのアプリケーション要件
NGMN が公開した 5G ホワイト ペーパーに記載されている 5G ネットワーク スライスを以下に示します。
エンドツーエンドのネットワーク スライシングをどのように実装するのでしょうか?
（１）5G無線アクセスネットワークとコアネットワーク：NFV
今日のモバイルネットワークでは、主なデバイスは携帯電話です。RAN（DUとRU）とコア機能は、RANベンダーが提供する専用のネットワーク機器から構築されています。ネットワークスライシングを実装するには、ネットワーク機能仮想化（NFV）が前提条件です。基本的に、NFVの主なアイデアは、ネットワーク機能ソフトウェア（パケットコアのMME、S/P-GW、PCRF、RANのDUなど）を、専用のネットワークデバイスに個別に展開するのではなく、商用サーバー上の仮想マシンにすべて展開することです。このようにして、RANはエッジクラウドとして扱われ、コア機能はコアクラウドとして扱われます。エッジにあるVMSとコアクラウド内の接続は、SDNを使用して構成されます。次に、サービスごとにスライスが作成されます（電話スライス、大規模IoTスライス、ミッションクリティカルなIoTスライスなど）。
ネットワークスライシング(I)の1つを実装するにはどうすればよいでしょうか?
下の図は、各サービス固有のアプリケーションを仮想化し、各スライスにインストールする方法を示しています。例えば、スライスは次のように構成できます。
(1)UHDスライシング：エッジクラウドでDU、5Gコア（UP）およびキャッシュサーバーを仮想化し、コアクラウドで5Gコア（CP）およびMVOサーバーを仮想化する
（2）電話スライシング：コアクラウドで5Gコア（UPとCP）とIMSサーバーを完全なモビリティ機能で仮想化
（３）大規模IoTスライシング（例：センサーネットワーク）：コアクラウド内のシンプルで軽量な5Gコアを仮想化しても、モビリティ管理機能は備えていない。
(4) ミッションクリティカルなIoTスライシング：エッジクラウドで5Gコア（UP）と関連サーバー（例：V2Xサーバー）を仮想化し、伝送遅延を最小限に抑える
これまでは、要件の異なるサービスごとに専用のスライスを作成する必要がありました。そして、仮想ネットワーク機能は、サービスの特性に応じて、各スライス内の異なる場所（エッジクラウドまたはコアクラウド）に配置されていました。さらに、課金やポリシー制御などのネットワーク機能は、一部のスライスでは必要でも、他のスライスでは不要になる場合があります。事業者は、ネットワークスライシングを必要に応じて、おそらく最も費用対効果の高い方法でカスタマイズできます。
ネットワークスライシング(I)の1つを実装するにはどうすればよいでしょうか?
（２）エッジとコアクラウド間のネットワークスライシング：IP/MPLS-SDN
ソフトウェア定義ネットワークは、導入当初はシンプルな概念でしたが、現在ではますます複雑化しています。オーバーレイを例に挙げると、SDNテクノロジーは既存のネットワークインフラストラクチャ上で仮想マシン間のネットワーク接続を提供します。
エンドツーエンドのネットワークスライシング
まず、エッジクラウドとコアクラウドの仮想マシン間のネットワーク接続の安全性を確保する方法について考察します。仮想マシン間のネットワークは、IP/MPLS-SDNおよびトランスポートSDNに基づいて実装する必要があります。本稿では、ルーターベンダーが提供するIP/MPLS-SDNに焦点を当てます。EricssonとJuniperはどちらもIP/MPLS SDNネットワークアーキテクチャ製品を提供しています。操作方法は若干異なりますが、SDNベースの仮想マシン間の接続はほぼ同様です。
コアクラウドには仮想サーバーが配置されています。サーバーのハイパーバイザーでは、組み込みのvRouter/vSwitchが実行されます。SDNコントローラーは、仮想サーバーとDC G/Wルーター（クラウドデータセンターでMPLS L3 VPNを構築するPEルーター）間のトンネル構成を提供します。コアクラウド内の各仮想マシン（例：5G IoTコア）とDC G/Wルーター間にSDNトンネル（MPLS GREまたはVXLAN）を構築します。
SDNコントローラは、これらのトンネルとIoT VPNなどのMPLS L3 VPNとのマッピングを管理します。このプロセスはエッジクラウドでも同様で、エッジクラウドからIP/MPLSバックボーン、そしてコアクラウドまで接続されたIoTスライスを作成します。このプロセスは、現在利用可能な成熟した技術と標準に基づいて実装できます。
（３）エッジとコアクラウド間のネットワークスライシング：IP/MPLS-SDN
残るはモバイルフロントホールネットワークです。エッジクラウドと5G RUの間にあるこのモバイルフロントホールネットワークをどのように切り分ければよいでしょうか？まずは、5Gフロントホールネットワークを定義する必要があります。いくつかの選択肢（例えば、DUとRUの機能を再定義して、パケットベースの新しいフォワードネットワークを導入するなど）が議論されていますが、まだ標準的な定義はされていません。次の図は、ITU IMT 2020ワーキンググループで提示された仮想フロントホールネットワークの例です。
ITU組織による5G C-RANネットワークスライシングの例
投稿日時: 2024年2月2日
