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エッジでのネットワーク・スライシング

ネットワーク・スライシングの基本と、通信ネットワークの観点から得られるメリットについて説明します。

この場合の「エッジ」とは、通信ネットワークのエッジを指します。5G時代において、通信事業者は従来のパッケージ化された物理ネットワーク機器から、異なる種類のハードウェア上でソフトウェアネットワーク機能を実行する分散型スタックへと移行しています。

5Gネットワークは、大きく分けて無線（ラジオ）とコアの2つの主要コンポーネントに分けられます。ネットワークを制御するのは5Gコアであり、そのため垂直市場向けアプリケーションの重要な実現要素となります。コアの主要な機能の1つがネットワーク・スライシングです。

このブログ記事では、ネットワーク・スライシングの概要とエッジでのいくつかのユースケースについて説明します。

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ネットワークスライシングとは

ネットワーク・スライシング自体は新しい概念ではなく、ソフトウェア定義ネットワーキング（SDN）を活用して、共通のインフラ上に複数のユニークな論理・仮想ネットワークを構築する方法です。以前のブログでも触れたように、5G技術はSDNやNetwork Functions Virtualization（NFV）の活用を加速させており、いずれもネットワーク・スライスの迅速な作成に寄与します。したがって、仮想化の同じ原則を無線アクセス・ネットワーク（RAN）に適用することで、ネットワーク・オペレーターはスライスを通じてトラフィックを物理的に分離できます。

ネットワーク・スライスは、特定のアプリケーション、サービス、ユーザー・セット、またはネットワークをサポートすることができ、アクセス、コア、トランスポートなどの複数のネットワークドメインにまたがることも可能です。また、複数のオペレーターにデプロイすることもできます。つまり、それぞれの論理ネットワークは特定のビジネス目的に応じて設計され、必要なネットワーク・リソースがすべて揃い、エンドツーエンドで構成・接続されています。

5Gの最も重要な特徴の1つであるネットワーク・スライスは、動的に作成・プログラム可能であり、エンドユーザーに個別のモバイルネットワークと加入者管理を提供できます。これにより、ユーザーの変化するニーズに応じて継続的に更新することも可能です。超高速帯域幅から超低遅延まで、5Gとネットワーク・スライシングのユースケースは多岐にわたり、大きく3つの主要カテゴリーに分類されます。3GPP（3rd Generation Partnership Project）リリース15では、これら3種類のスライス／サービスタイプ（SST）の詳細が示されています。

SST 1 – エクストリーム（またはエンハンスト）・モバイル・ブロードバンド（eMBB）： 帯域幅を大量に消費し、モバイル・ネットワーク上で最も多くのトラフィックを生成する動画中心のアプリケーションを向け。
SST 2 – 超信頼性低遅延通信 (urLLC)：これにより、遠隔手術や車両対 X (v2x) 通信などが可能になり、などの実現が可能となり、移動体通信事業者（MNO）はモバイルエッジコンピューティング（MEC）能力の整備が求められます。
SST 3 – 大規模マシンタイプ通信（mMTC）： 一般的にはIoT（モノのインターネット）として知られていますが、このネットワーク・スライス・サービスははるかに大規模で、数十億のデバイスがネットワークに接続されています。これらのデバイスが生成するトラフィックはeMBBアプリケーションよりもはるかに少なくなりますが、その数ははるかに多くなります。

ネットワーク・スライシングによって、サービスの同時運用が可能になります。それぞれのサービスには固有の特性があります。マイクロ効果として、あるスライスの変更が隣接するスライスに影響を与えない一方で、マクロ的な効果として、需要に応じて物理リソースが別のスライスに移動します。スケーラビリティ、柔軟性、隔離性を提供するのがNFVです。

重要なのは、ネットワークレベルの隔離、すなわち垂直市場の顧客が他の顧客とネットワーク機能やリソースを共有しない場合が、必ずしも基本要件とは見なされず、ネットワーク・スライシングでは対応されないことです。そのため、ネットワーク・スライシングでは、国内ネットワークで必要となるスライスの数は少数であり、類似のニーズを持つ企業間で共有されることを前提としています。

エッジコンピューティング

エッジコンピューティングの未来

小売業から銀行業、通信事業者まで、ほぼあらゆる業種の企業が、エッジコンピューティングがより迅速な洞察と行動、より良いデータ管理、継続的なオペレーションを可能にする方法を模索しています。このビデオでは、IBMフェロー兼IBM Edge ComputingのCTOであるRob Highが、IBMの専門家と対談し、エッジコンピューティングの未来について詳しく説明します。

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プライベート・ネットワーク

ネットワークを分離せずにネットワーク・スライシングを行うことは、全国的なネットワーク・カバレッジを必要とする特定のユースケース（コネクテッド・カーなど）では許容される場合がありますが、多くの企業は他社、ましてや競合他社とハードウェアやソフトウェアのインフラストラクチャーを共有することを望んでいません。だからこそ、プライベートLTEとプライベート5Gが登場したのです。

ネットワーク・スライシングは、プライベートLTE/5Gとは異なる用途に対応するため、混同してはいけません。製造工場、空港や港湾、電力・水道の生産施設、物流センターなどで見られるプライベートネットワークは、専用コアネットワーク（Dedicated Core Network）を必要とし、実際に利用しています。これらの専用コアネットワークは、企業に完全なネットワーク隔離を提供するため、他の顧客と共有されず、より高い制御性、信頼性、決定論的な品質を実現します。

ネットワーク・スライシングの推進要因

ネットワーク・スライシングは、全国規模の車両管理などの用途に非常に適しており、デバイスの場所に関係なく、信頼性の高いコントロールされたサービスを提供します。ネットワーク・スライシングを推進する要因のいくつかを図2に示しています。

5Gによって、仮想ネットワーク機能（VNF）、特にネットワーク・スライシングが促進され、仮想化が約束する柔軟性を十分に実現しています。ただし、ネットワーク機能の基盤となるソフトウェア・アプリケーションは、あらゆるインフラストラクチャーをサポートし、サービスの作成、透過的なソフトウェア・アップグレード、動的な拡張性、さらには復旧などのデプロイメントとライフサイクル・イベントを完全に自動化できるように設計する必要があります。

ネットワーク・スライシングに関する質問

ネットワーク・スライスを作成するタイミング、方法を教えてください。ネットワーク・オペレーターは、次のような質問やその他の関連する質問に答える必要があります。

スライスをどのように作成しますか？（サービスごと、業種ごと、アプリごと、QoSごと）
スライスをどこで作成しますか（セル、RDC、ローカルDC、コア）
スライスに必要な物理リソースの数はいくつですか？（スライスの位置/サイズ）
レイテンシーの目標とは何ですか？
スケーリングはどのように実現しますか？（仮想スライスへの物理リソースの割り当て）

ネットワーク・スライスのライフサイクル内のステップ

ネットワーク・スライスのライフサイクル内のステップとして、準備、稼働開始、運用、廃止が含まれます。

準備：ネットワーク・スライスの要件を評価します。スライス・トポロジーを設計/選択します。ネットワーク・スライスのテンプレートを作成し、導入します。
稼働開始：スライス要件を管理するネットワーク・スライス・インスタンス（NSI）とネットワーク・スライス・サブネット・インスタンス（NSSI）を作成します。
運用： このステップには、NSI/NSSIの有効化、必要な変更、および非有効化が含まれます。
廃止： 可能な限り、インスタンスを終了します。

スライス要求は、ネットワーク制御層、論理ネットワーク層、エッジ接続層など、通信クラウド・スタックの各層にわたって分解されます。以下の図は、各ステップで特定のポリシーと基準を評価しながら、ネットワークをスライスする方法を決定する際に行われる計算を示しています。

5Gネットワーク・スライシングは注文駆動型のプロセスであり、IBM Cloud Pak for Network Automationのような製品は、ネットワーク・オペレータがネットワーク・スライシングの複雑なタスクを実行し、スライスを管理するために使用できる単一のグラフィカル・インターフェースを提供します。インテント駆動型のオーケストレーション、極度のオートメーションや最適化の機能を提供します。このようなツールを使用すると、オペレーターはスライスとSLAメトリクスのステータスを監視し、アラームや変更に迅速に対処できるようになります。

まとめ

5Gは、あらゆる業種・業務において新たなビジネス・モデルのイノベーションを実現します。ネットワークをスライスすると、ネットワーク・オペレーターはネットワーク・リソースの使用量とサービスの柔軟性を最大限に高めることができます。一部のネットワーク機能はネットワーク・スライス間で共有できますが、他のネットワーク機能はスライス内の特定のサービスにのみデプロイされます。このような主要な機能により、CSPは新しい市場に参入し、ビジネスを拡大するための革新的なサービスを提供できます。

IBM Cloud Architecture Centerは、AIフレームワークを含む多数のハイブリッドおよびマルチクラウドのリファレンス・アーキテクチャーを提供しています。IBM Network オートメーション・リファレンス・アーキテクチャーとIBM Edge Computingリファレンス・アーキテクチャーをご覧ください。

記事をレビューしてくれたSanil Nambiar氏に感謝します。