5G コアネットワークへの進化

最新の 5G コアネットワークについては、何が新しくて、何が変わらないのか、といった疑問が出てくるかもしれません。

以前の世代のモバイルネットワークと同様、コアネットワークはデバイスにはサービスへのアクセスを提供し、サービスプロバイダーには顧客の認証、認可、管理に必要な機能を提供します。 

しかし、5G (第 5 世代) コア・ネットワーク・アーキテクチャの拡張機能は、以前の世代を上回っています。サービスベース・アーキテクチャ (SBA) で構築されるソフトウェア・デファインドのこのアーキテクチャにより、5G コアを分離し、分散し、クラウドネイティブにすることができます。 

5G コアの多くの利点のうちの 1 つが、ネットワーク機能を最適な場所に配置して、最高の効率性、最高のパフォーマンス、最小のレイテンシーを実現し、可能な限り最高のエクスペリエンスを提供できることです。5G コアネットワークの変革は、はるかに大規模な通信事業変革に不可欠な要素です。通信事業者のネットワークは、もはやサービス提供のためのパイプとして見られることはなくなり、さまざまな収益化の機会をもたらすサービス・プラットフォームになっています。 

モバイルネットワークの世代は、使用されるテクノロジー、データ転送速度、ネットワークレイテンシーなどの複数の要因によって定義されます。

第 1 世代ネットワークでは、基本的な無線音声通話が導入されました。第 2 世代ではショート・メッセージ・サービス (SMS) とマルチメディア・メッセージ・サービス (MMS) が導入され、第 3 世代ではデータ転送速度が 200 キロビット/秒 (kps) から 40 メガビット/秒 (Mbps) へと大幅に向上しました。第 4 世代ではさまざまな新機能が導入され、データ速度は 2 倍以上の 100 Mbps になりました。第 5 世代ネットワークでは、10 ギガビット/秒 (Gbps) の速度が可能になります。

5G ネットワークは、リアルタイムとほぼ区別できないほどの高速化と即時性をもたらします。5G の (4G に対する) 主な差別化要因は、1 平方キロメートルあたり最大 100 万の接続をサポートできることです。これは、スマートシティ、スマートホーム、自動運転車、そして拡大する IoT (モノのインターネット) に対応するために必要な密度です。消費者と企業の期待は常に変化しており、4G ネットワーク機能に対する需要はますます高まっています。この最新世代のテクノロジーに対する需要とそれによってもたらされる機会が、多くの通信サービスプロバイダーが現在 4G から 5G コアネットワークへの移行を進めている理由です。

5G は以下の 3 つのユースケースカテゴリをサポートするという点で、以前の世代とは異なります。

高速大容量 (eMBB)

5G は、より高い帯域幅割り当てとスループットでマルチメディア・エクスペリエンスを強化します。

超高信頼・低遅延通信 (uRLLC)

5G はレイテンシーがミリ秒未満で、遅延を許容しないミッションクリティカルなアプリケーションを必要とする業界の要件をサポートします。

多数同時接続 (mMTC)

5G は、ネットワークに過負荷をかけることなく、多数のデバイスに対してコスト効率が高く堅牢な接続を可能にします。

5G によって可能になる新たなビジネスチャンスは膨大であり、あらゆる業界に及びます。これらの機会には次のようなものがあります。

自動車

予知保全、自律型ライドシェアリング、ドライバーアシスタント

エネルギー

インフラストラクチャの予測メンテナンス、グリッドの運用とストレージ、スマートメーター

金融サービス

取引、個人の財務計画、不正行為の検出、顧客の管理

医療

診断および画像分析の強化、パンデミックの早期検出

製造

プロセスの修正と最適化、オンデマンド生産

小売および消費者

個別生産、需要予測と分析、配送

通信、メディア、エンターテイメント

ネットワークの保守と最適化、自己学習型セキュリティ、ニューラルネットワーク、パーソナライズされたコンテンツ

輸送およびロジスティクス

自動運転によるトラック輸送と配送、交通流管理

第 3 世代パートナーシップ・プロジェクト (3GPP) は、5G コアネットワークへの移行を目指すサービスプロバイダーに対し、多くのオプションの概要を示しています。オプション 1 は、4G ネットワークを使用しているサービスプロバイダーにとっては現在の状態です。

オプション 1

LTE (Long-Term Evolution) 無線アクセスネットワーク (RAN) を使用するスタンドアローン EPC (Evolved Packet Core) (EPC は 4G コアを表す業界用語)。これは 4G から 5G への移行の出発点です。

オプション 2

5G の新しい無線ネットワークを使用する新しいスタンドアローン 5G コア。オプション 2 は、新規にネットワークを実装するプロバイダー (グリーンフィールド・サービス・プロバイダーと呼ばれる) 向けであり、すでに 4G ネットワークを導入しているプロバイダー (ブラウンフィールド・サービス・プロバイダーと呼ばれる) にとっては最終手段です。

オプション 3

EPC と LTE ネットワークを維持し、5G の新しい無線ネットワーク技術を追加します。 

オプション 4

既存の LTE ネットワークを eLTE (Enhanced LTE) にアップグレードし、5G コアと 5G の新しい無線技術を導入します。eLTE ネットワークはユーザープレーン (5G ネットワークの拡張) の一部を形成しますが、コントロールプレーンには含まれません。

オプション 5

既存のネットワークを eLTE にアップグレードし、新しい 5G コアを追加します。

オプション 7 (注：オプション 6 はありません)

既存の LTE ネットワークを eLTE にアップグレードし、5G コアと 5G の新しい無線ネットワーク技術を導入します。このアーキテクチャはオプション 4 に類似していますが、オプション 7 では eLTE ネットワークもコントロールプレーンに含まれます。 

オプション 1、2、および 5 は「スタンドアローン」グループのオプションに属し、無線アクセスネットワークは 1 つのみです。これは理想的であると考えられていますが、ほとんどのサービスプロバイダーは、既存の投資を維持し、新しいネットワーク・インフラストラクチャへの新規支出の割合を抑えるために、当初は非スタンドアローンのシナリオを選択しています。オプション 2 は、エンドツーエンドの 5G ネットワークによる理想的な結果です。 

5G コアはサービスベースのアーキテクチャを持っており、独立したスケーリングを可能にする、互いに関連性のない機能を備えていますが、EPC はポイントツーポイント・アーキテクチャに基づいており、その機能の役割は重なり合っています。5G コアにより、コントロールプレーンのインタラクションにメッセージバスの概念を使用する新しい機能を統合することが容易になります。5G コアでは、高レベルの柔軟性を実現するためにハイパーテキスト転送プロトコル (HTTP/2) の照会を使用する REST (Representational State Transfer) API (アプリケーション・プログラミング・インタフェース) が実装されます。 

5G コアはクラウドネイティブ、分散可能、スケーラブル、そしてアジャイルである必要があります。4G コアは 5G コアと同じサービスを提供できません。クラウドネイティブなコンテナベースのネットワークは、5G への期待を実現するのに最適です。5G コアへのクラウドネイティブ・アプローチでは、既存アプリケーションのリファクタリングと、コンテナベースのテクノロジーを使用するマイクロサービスのコレクションとなる新しいコア・ネットワーク・アプリケーションの設計が必要になります。

コンテナベースのテクノロジーを使用するということは、5G コアアプリケーションを構成するマイクロサービスに、動作するために必要なものがすべてパッケージ化されるということです。これにはライブラリとアプリケーション固有の依存関係が含まれ、すべて専用の分離されたスペース内にあります。個々のコンポーネントやマイクロサービスに障害が発生しても、5G コアアプリケーション全体に障害が波及することはありません。この方法で構築すると、フォールトトレランス、スケーラビリティ、および基盤となるクラウドリソースの使用の観点から、5G コアアプリケーションの動作の予測可能性が向上します。 

5G コア構築のためのオープンソースパートナー

効果的な 5G コア・マルチベンダー・ソリューションは、クラウドネイティブ・アプリケーション・プラットフォームを基盤として、ツール、テクノロジー、ワークロードを連携させます。オープンソースに基づくアプリケーション・プラットフォームは、どのような場所にあるどのようなフットプリント上でも、あらゆるワークロードをサポートできるため、サービスプロバイダーは、組織に適したソリューションを柔軟に構築できます。

Red Hat は、あらゆる環境や場所にデプロイできるクラウドネイティブ・アプリケーション・プラットフォームを提供し、ネットワーク上に複数の 5G 機能を導入するために必要な柔軟性、セキュリティ、パフォーマンスを実現します。

Red Hat® OpenShift® はセキュリティ重視の安定した通信事業者レベルの Kubernetes プラットフォームで、インフラストラクチャ全体に共通の管理とツールを提供します。これにより、顧客がより迅速なイノベーションに高い期待を寄せる市場で、自信を持ってハイブリッドおよびマルチクラウド戦略を全面的に採用し、より効果的に競争できるようになります。

サービスプロバイダーは Red Hat® Ansible® Automation Platform を使用してネットワークのエンドツーエンド管理を最適化し、Red Hat Advanced Cluster Management for Kubernetes によって拡張することができます。Red Hat OpenShift Data Foundation は、システムの最適な実行を維持するのに役立つ永続ストレージを提供します。 

Red Hat の 5G 製品は、事前に統合され認定された 5G アプリケーションをサポートする、実証済みのリファレンスアーキテクチャを組み合わせています。通信サービスプロバイダーは、広範なエコシステムからパートナーを自由に選択できます。パートナーはすべて、強化されたサービスレベル契約と Red Hat のコンサルティングサービスを備えており、5G の導入を迅速化し、5G での成功を最大化するサポートを提供します。