5Gとネットワークスライシング
5Gが広く話題に上る際、ネットワークスライシングは最も注目される技術の一つです。KT、SKテレコム、チャイナモバイル、DT、KDDI、NTTといった通信事業者や、エリクソン、ノキア、ファーウェイといった機器ベンダーは皆、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であると考えています。
この新しい技術により、通信事業者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することが可能になり、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異なる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には、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ています。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は影響しません。
5Gにはなぜネットワークスライシングが必要なのか？
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を対象としており、一般的には携帯電話向けの最適化のみを行っていました。しかし、5G時代においては、モバイルネットワークは多様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。挙げられる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などがあり、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、課金、セキュリティ、ポリシー制御、遅延、信頼性などにおいて異なる要件があります。
例えば、大規模なIoTサービスでは、温度、湿度、降雨量などを測定するために固定センサーを接続します。モバイルネットワークにおけるメインのサービス端末のハンドオーバーや位置情報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リモート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、数ミリ秒のエンドツーエンドの遅延が求められますが、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
これは、サービスごとに専用ネットワークが必要だということでしょうか？例えば、5Gモバイル端末用、5G大規模IoT用、5GミッションクリティカルIoT用といった具合です。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、専用ネットワークは必要ありません。これは非常にコスト効率の良いアプローチです。
ネットワークスライシングの適用要件
NGMNが発表した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ればよいでしょうか？
（１）5G無線アクセスネットワークおよびコアネットワーク：NFV
今日のモバイルネットワークでは、主要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ネットワーク機器から構築されます。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）が必須です。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、専用ネットワーク機器に個別に配置するのではなく、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、コア機能はコアクラウドとして扱われます。エッジとコアクラウドに配置されたVMS間の接続は、SDNを使用して構成されます。その後、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IoTスライスなど）。
ネットワークスライシング（I）の実装方法を教えてください。
下図は、各サービス固有のアプリケーションを仮想化して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：コアクラウドにおける5Gコア（UPおよびCP）とIMSサーバーの仮想化と完全なモビリティ機能の実現
（３）大規模なIoTスライシング（例：センサーネットワーク）：コアクラウドでシンプルで軽量な5Gコアを仮想化しても、モビリティ管理機能は得られない。
（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（V2Xサーバーなど）を仮想化し、伝送遅延を最小限に抑える
これまで、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など）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な場合もあります。オペレーターは、ネットワークスライシングを自由にカスタマイズでき、おそらく最もコスト効率の良い方法で実現できます。
ネットワークスライシング（I）の実装方法を教えてください。
（２）エッジクラウド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（SDN）は、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。オーバーレイ方式を例にとると、SDN技術は既存のネットワークインフラ上で仮想マシン間のネットワーク接続を提供することができます。
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セキュリティを確保する方法について検討します。仮想マシン間のネットワークは、IP/MPLS-SDNとトランスポートSDNに基づいて実装する必要があります。本稿では、ルータベンダーが提供するIP/MPLS-SDNに焦点を当てます。エリクソンとジュニパーはどちらも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。動作は若干異なりますが、SDNベースの仮想マシン間の接続性は非常に似ています。
コアクラウドには仮想化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上で、組み込みのvRouter/vSwitchを実行します。SDNコントローラーは、仮想化サーバーとDCゲートウェイルーター（クラウドデータセンターでMPLS L3 VPNを作成するPEルーター）間のトンネル構成を提供します。各仮想マシン（例：5G IoTコア）とコアクラウド内のDCゲートウェイルーターとの間に、SDNトンネル（MPLS GREまたはVXLAN）を作成します。
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。エッジクラウドでも同様のプロセスで、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スライスが作成されます。このプロセスは、現在までに成熟し利用可能な技術と標準に基づいて実装できます。
（３）エッジクラウド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の間で、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分割すればよいでしょうか。まず、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。いくつかの選択肢が検討されています（例えば、DUとRUの機能を再定義して新しいパケットベースのフォワードネットワークを導入するなど）が、標準的な定義はまだありません。次の図は、ITU IMT 2020ワーキンググループで提示された図で、仮想化されたフロントホールネットワークの例を示しています。
ITU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
