近年の急激なトラフィックの増加に伴い、通信事業者の通信設備に対して更なる増強が求められています。また、設備増強のみならず、設備費用を抑え、ネットワークリソースを効率化させることも重要視されています。

本稿では、通信事業者が抱える課題の解決策となり得る、5Gコアネットワークのパブリッククラウド活用における要素技術と取り組みについて紹介します。

1. はじめに

革新的なサービスやソリューションを創出する社会基盤として、5Gには大きな期待が寄せられています。その根幹を支えるのが、5Gコアネットワーク（以下、5GC）です。

5Gでは、交通や物流、製造、医療、教育、観光、公共など、幅広い産業への適用が期待されており、通信事業者の5Gサービスやローカル5Gで多様な用途での利用が見込まれています。特に通信事業者のサービスではデータ通信トラフィック、及びデバイス接続台数の大幅な増加が見込まれており、更なる通信設備の増強が必要となります。一方で、カーボンニュートラルの観点で、通信設備の増加に伴う消費電力の抑制が課題となっています。

この課題の解決策の1つとして、ネットワークリソースを自動調整することで、設備増強・維持にかかっていた莫大なコストを適正化しつつ、ネットワークを設計・構築するための期間・工数も大幅に削減可能なパブリッククラウドの活用に期待が寄せられています。

NECの5GCは、クラウドネイティブなマイクロサービスアーキテクチャを採用することで柔軟で拡張性が高い特長を持っており、パブリッククラウドとの親和性が高いものとなっています。通信事業者は既存の通信設備とパブリッククラウドを組み合わせることで、データ通信トラフィックの増加や設備障害時においても最適コストでサービスを継続することが可能です。

本稿では、NECの5GCにおけるパブリッククラウド活用の観点から、第2章では主要な技術や特長、第3章ではパブリッククラウド活用のメリットと課題、第4章ではパブリッククラウドの活用事例を紹介します。

2. 主要な技術や特長

NECの5GC^1）2）は3GPP（The 3rd Generation Partnership Project）標準に準拠し、マルチベンダー接続にも対応するオープンな製品です。また、クラウドネイティブなマイクロサービスアーキテクチャをベースとしており、ローカル5Gの小規模ネットワークから通信事業者の大規模ネットワークまで、用途に応じて短期間で柔軟に構築、スケールすることができる特長を持ちます。更に、仮想化/コンテナ化を通じ、オンプレミスのコンテナ基盤やパブリッククラウドのコンテナ基盤に同一ソフトウェアの5GCをシームレスに展開可能です。

2.1 マイクロサービスアーキテクチャ

NECの5GCでは、完全に仮想化・コンテナ化されたクラウドネイティブなアーキテクチャを採用しています（図1）。コンテナ化したサービス群を、ステートレスなマイクロサービスとしてコンテナ基盤上に展開することで、拡張性や柔軟さ、運用効率のメリットを一層高めることができます。

2.2 マルチプラットフォームへの対応

NECの5GCはオンプレミス環境とパブリッククラウド環境の双方で動作するように設計されているため、プラットフォームに依存することなく動作可能です。

これらには、大きく3つの展開モデルが用意されています（図2）。1つ目は、ベアメタルマシン上で仮想化環境とコンテナ環境を用意して、仮想マシンと5GCのコンテナを共存させるモデル。2つ目は、ベアメタルマシン上にコンテナ環境のみを用意して5GCを稼働させるモデル。そして3つ目は、アマゾン ウェブ サービス（以下、AWS）のコンテナ環境に5GCを展開するモデルです。

こうした多様な展開モデルが用意されていることで、NECの5GCを利用する通信事業者は、既存のインフラやネットワーク環境に応じた最適なモデルを選択、または組み合わせて利用することができます。

3. パブリッククラウド活用のメリットと課題

3.1 パブリッククラウド活用のメリット

パブリッククラウドの利用により通信事業者が得られるメリットとして、まずトラフィック量に応じてスケールアップやスケールダウンすることができるため、ネットワーク運用コストの効率化が図れる点が挙げられます。その他にも、パブリッククラウド上でのマネージドサービスを活用することによるネットワーク運用・管理の簡素化、短期間で設計～構築・運用を可能とし、新たなビジネスの展開や社会課題の解決を加速させることができます（表）。

表　パブリッククラウド活用のメリット

3.2 AWS上での5GC構成例

こうした特長を生かしたモデルケースとして、AWS上での5GCのシステム構成例を紹介します（図3）。

NECの5GCはクラウドネイティブなマイクロサービスアーキテクチャのため、Amazon EKS上に5GCソフトウェアを配置させることで動作することが可能です。

また、5GCはロジックとデータを分離して保持しており、AWSでの5GC提供モデルではデータベース部分は、AWSのマネージドサービスを活用することで、運用範囲の極小化も可能です。

3.3 パブリッククラウド上での通信事業者の5Gネットワーク構築の課題

5GCのパブリッククラウド活用は、各地でトライアルや商用導入が進められていますが、その多くはローカル5Gのような比較的小規模なネットワークへの適用となっています。5Gの更なる普及・成長を促進するうえでは、通信事業者が展開するキャリアネットワークとの連携が重要となります。

NECでは通信事業者と協調し、キャリアグレード品質とクラウドの柔軟なリソース管理を併せ持つモバイルコアの構築に向けた実証実験に取り組んでいます。

キャリアネットワークを前提としたパブリッククラウド活用にあたっては、大規模なユーザー数の収容や、障害などの突発的な需要増に耐える自動スケールアウト、サービスに影響しない基盤・ソフトウェア更新などの多くの課題があります。NECの通信事業者向けモバイルコア製品開発で培った知見と技術力を生かして、こうした課題を解決し、次世代のコアネットワーク像を目指した挑戦を進めています。

4. パブリッククラウドの活用事例

ここでは、5G展開の取り組みの一部として、通信事業者向けの消費電力削減事例と、エンタープライズ向けのローカル5Gソリューション事例を紹介します。

4.1 AWS上で動作する5GCの消費電力削減

低消費電力なプロセッサであるAWS Graviton2上で5GCを動作させることで、環境に配慮し持続可能な社会にふさわしい省電力なネットワークの提供が期待できます。省電力性の検証を実施し、現行のアーキテクチャCPUで動作する5GCと比較し電力消費量を約7割削減できることを確認しています。

実施した検証内容としては、AWS上のGraviton2プロセッサで5GCのC-Planeのソフトウェアを動作させ、動作時の電力特性を実測して環境負荷を定量化しました。具体的には、AWS Graviton2プロセッサベースのEC2インスタンス（以下、Graviton2環境）と第5世代x86ベースのAmazon Elastic Compute Cloud（Amazon EC2）インスタンス（以下、x86環境）のそれぞれを活用したハードウェアリソースを、実験用の5GCで占有する環境を用意し、5GCに商用運用状態を模した負荷をかけた場合の電力及び無負荷状態の電力を測定しました。その結果、Graviton2環境の5GCの消費電力がx86環境5GCの消費電力から約7割削減されることを確認しています（図4）^3）。

4.2 ローカル5G/プライベート5G領域での利用

ローカル5G/プライベート5G領域では、AWS上に5GCを展開し、NECによるマネージドサービス（運用/監視/保守サービス）が受けられる採用事例も出てきています。既に、多くのローカル5G事業者がこのモデルを採用し、幅広い業界のお客様へローカル5Gサービスを提供するために活用しています（図5）。

AWS上に5GCを配置することで、初期費用を抑えたスモールスタートを可能にし、ニーズに応じてスケールさせることもできます。また、ユーザーデータのトラフィックはお客様拠点に配置されたUPF（User Plane Function）で処理させ、クラウドとは制御信号のみをやり取りする構成をとることが可能です。これにより、バックホールの通信費を大幅に軽減できる他、情報セキュリティの観点からユーザーデータを外部に送信したくない用途でも安心して利用できます。

現在は、製造業や空港、工場、病院、鉄道など、幅広い業種で実証実験やトライアル導入が進んでいます。

5. むすび

本稿では、社会基盤としての存在感を高めつつある5Gネットワークにおける5GCのパブリッククラウド活用に向けたNECの活動について紹介しました。5G時代の通信事業者には、多種多様なサービスを迅速に提供することが求められ、その解の1つとして、パブリッククラウドの活用が注目されています。

これまで、5GCにおける多彩な商用導入実績で培った知見と技術をベースに、通信事業者とともに新しい5Gネットワークを目指し、挑戦を続けてまいります。

参考文献

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