5G とネットワーク スライシング
5G が広く話題になるとき、その中で最も議論されるテクノロジーはネットワーク スライシングです。KT、SK Telecom、China Mobile、DT、KDDI、NTT などのネットワーク事業者、および Ericsson、Nokia、Huawei などの機器ベンダーはいずれも、ネットワーク スライシングが 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。
この新しいテクノロジーにより、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でき、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、1 つのスライスでのエラーや障害が他のスライスの通信に影響を与えることはありません。
5G にネットワーク スライシングが必要な理由は何ですか?
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にサービスを提供しており、通常は携帯電話向けにある程度の最適化のみを行っています。しかし、5G 時代には、モバイル ネットワークはさまざまなタイプや要件のデバイスにサービスを提供する必要があります。言及されているアプリケーション シナリオの多くには、モバイル ブロードバンド、大規模な IoT、ミッション クリティカルな IoT が含まれます。これらはすべて、異なるタイプ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、遅延、信頼性などにおいて異なる要件を持っています。
たとえば、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。ハンドオーバー、位置更新、およびモバイル ネットワーク内の主要なサービス電話のその他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などの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遅延が必要ですが、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のネットワークが必要ということですか?たとえば、1 つは 5G 携帯電話に対応し、1 つは 5G 大規模 IoT に対応し、もう 1 つは 5G ミッション クリティカルな IoT に対応します。ネットワーク スライシングを使用して、別個の物理ネットワークから複数の論理ネットワークを分割できるため、その必要はありません。これは非常にコスト効率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 スライシングを実装するにはどうすればよいですか?
(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、主要なデバイスは携帯電話です。RAN (DU および RU) およびコア機能は、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 (つまり、パケット コアの MME、S/P-GW、PCRF、RAN の DU) を専用サーバーに別々に展開するのではなく、すべて商用サーバー上の仮想マシンに展開することです。ネットワークデバイス。このように、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 クラウド間の接続は、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 IoT スライスなど)。
ネットワーク スライシング(I)のいずれかを実装するにはどうすればよいですか?
次の図は、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。たとえば、スライスは次のように構成できます。
(1)UHDスライシング：DU、5Gコア（UP）、キャッシュサーバーをエッジクラウドで仮想化し、5Gコア（CP）、MVOサーバーをコアクラウドで仮想化
(2) 電話スライシング: コア クラウドでの完全なモビリティ機能を備えた 5G コア (UP および CP) と IMS サーバーの仮想化
(3) 大規模な IoT スライシング (センサー ネットワークなど) : コア クラウド内のシンプルで軽量な 5G コアの仮想化にはモビリティ管理機能がありません
(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ます。
これまでは、さまざまな要件を持つサービス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、異なるサービス特性に応じて、各スライス (つまり、エッジ クラウドまたはコア クラウド) の異なる場所に配置されます。さらに、課金、ポリシー制御などの一部のネットワーク機能は、一部のスライスでは必要ですが、他のスライスでは必要ない場合があります。通信事業者はネットワーク スライシングを希望どおりにカスタマイズでき、おそらく最もコスト効率の高い方法です。
ネットワーク スライシング(I)のいずれかを実装するにはどうすればよいですか?
(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 デファインド ネットワークは、最初に導入されたときは単純な概念でしたが、ますます複雑になってきています。オーバーレイの形式を例に挙げると、SDN テクノロジは、既存のネットワーク インフラストラクチャ上の仮想マシン間のネットワーク接続を提供できます。
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 クラウド仮想マシンの間のネットワーク接続が安全であることを確認する方法を見ていきます。仮想マシン間のネットワークは、IP/MPLS-SDN および Transport 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。操作は若干異なりますが、SDN ベースの VMS 間の接続は非常に似ています。
コア クラウドには仮想化されたサーバーがあります。サーバーのハイパーバイザーで、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 G/W ルーター (クラウド データセンターに 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。コア クラウド内の各仮想マシン (5G IoT コアなど) と DC G/W ルーターの間に SDN トンネル (MPLS GRE または VXLAN) を作成します。
その後、SDN コントローラーは、これらのトンネルと IoT VPN などの MPLS L3 VPN の間のマッピングを管理します。このプロセスはエッジ クラウドでも同じで、エッジ クラウドから IP/MPLS バックボーン、そしてコア クラウドに至るまで接続された IoT スライスを作成します。このプロセスは、これまでに成熟し利用可能なテクノロジー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
現在残っているのはモバイル フロントハウォール ネットワークです。このモバイル フロントホールド ネットワークをエッジ クラウドと 5G RU の間でどのように切断するのでしょうか?まず、5G フロントホール ネットワークを最初に定義する必要があります。議論中のオプションがいくつかありますが（たとえば、DU と RU の機能を再定義することによる新しいパケットベースの転送ネットワークの導入）、標準的な定義はまだ作成されていません。次の図は、ITU IMT 2020 ワーキング グループで提示された図で、仮想化されたフロンホール ネットワークの例を示しています。
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
