5G時代の通信事業者のエッジコンピューティングのジレンマ

5G の継続的な発展により、5G は将来、あらゆる分野で広く利用されるようになるでしょう。新しい「5G + エッジコンピューティング + AI」モデルの出現により、通信事業者は垂直産業のデジタル化とインテリジェント化の実現を支援するようになりました。しかし、これにより、オペレータのベアラ ネットワークに 4 つの新たな課題も生じます。 5G MEC Ready ベアラ ネットワークを構築するには、事業者は 6 つの主要な問題を解決する必要があります。

MECは5G時代の産業のデジタル変革の鍵となる

アプリケーションのローカリゼーション（キャンパス外へのデータ転送なし）、高帯域幅のコンテンツ配信、低遅延コンピューティングのローカリゼーションはすべて、サービスコンテンツ、アプリケーション、コンピューティングのエッジへの移行を促進し、それによってマルチアクセスエッジコンピューティング（MEC）の開発と5Gコアネットワークの下位移行を促進します。

図1 エッジへのサービス移行はMECの開発と5Gコアネットワークの下位移行を促進する

5Gコアネットワークは、ユーザープレーン機能（UPF）とセッション管理機能（SMF）を分離した柔軟なアーキテクチャを採用しています。このようにして、UPF は必要に応じて柔軟に展開できます。 1 つの SMF で複数の UPF を同時に管理しながら、5G コア ネットワークの高性能を確保できます。 5G は MEC に次のような多くの新しい利点をもたらします。

• コア ネットワーク UPF は、主要なサービス データがキャンパスから出ないようにし、低遅延のベアラ ソリューションを提供するために、エンタープライズ キャンパスに移動されます。オペレータは、企業ごとに UPF を個別に構成して、企業ユーザー向けのワイヤレス サービスをカスタマイズできます。
• 事業者は、5G測位や無線通信などのオープンかつプログラム可能な5G通信サービス機能を提供し、企業ユーザーが利用したり、企業のサービスシステムに統合したりすることができます。企業は独自の 5G 革新的アプリケーションをカスタマイズできます。
• 沈没した5G MECシステムは企業ネットワークと直接相互接続されており、2つのネットワークシステムに分散されたアプリケーションのリアルタイム統合と簡素化を可能にし、カスタマイズされた革新的なアプリケーションの開発を促進します。

通信事業者の5G MECベアラネットワークが直面する4つの大きな課題

従来の 4G ベアラ ネットワークでは、トラフィックが主に南北方向であるため、多くのオペレータが L2 + L3 アプローチを使用していますが、これは 5G MEC トラフィックのローカリゼーション要件には適していません。 5G MEC は、通信事業者のベアラ ネットワークに 4 つの新たな課題をもたらします。

図2 通信事業者の5G MECベアラネットワークの新たな課題

• オンサイト MEC (企業キャンパスに導入) は、新しいアプリケーション シナリオです。事業者は、企業キャンパス内の基地局と MEC 間の接続を低遅延にする必要があります。企業の重要なビジネスデータはキャンパス外に持ち出すことができないため、事業者のアクセス ネットワークに新たな課題が生じています。
• 5G MECにおけるUPFの下位移動は、5Gコアネットワークのサービスポート（N4、N6、N9、5GC OAMなどのインターフェース）の下位移動につながり、4G時代のバックボーンネットワーク（無線コアネットワーク）上に元々あったL3 VPNがUPFアクセスポイントに下位移動されることになります。同時に、UPF の大規模な分散展開により、L3 VPN の範囲が拡大します。オペレータのベアラ ネットワークは、5G MEC の大規模展開という新たな課題に対応するために、L3 VPN 移行をサポートし、幅広い L3 VPN ネットワークをカバーする必要があります。
• MEC の UPF は、その制御プレーン (SMF) および中央クラウド内の 5G コア ネットワークの管理および制御システムと通信し、通信クラウドの高性能通信要件を満たす必要があります。 MEC アプリケーションは、データ センター (DC) のクラウド コンピューティングの一部としてエッジに展開される場合があります。彼らはこのクラウド コンピューティング アプリケーションと相互接続して連携する必要があり、これにより、オペレータのベアラ ネットワーク上のエッジ クラウド連携に新たな課題が生じます。
• MEC は、固定ネットワークとモバイル ネットワーク上の統合アクセスをサポートし、シームレスな固定モバイル コンバージェンス (FMC) サービスを提供します。ベアラ ネットワークは、MEC と中央クラウド間および MEC 間でサービスの相互運用性を提供するために、モバイル ベアラ ネットワークと固定ベアラ ネットワーク間の接続を MEC に提供する必要があります。これは、特にモバイルと固定の両方のメトロポリタン エリア ネットワークを所有する通信事業者にとって、ネットワーク アーキテクチャに新たな課題をもたらします。

通信事業者の5G MECネットワークアーキテクチャモデルとネットワーク構築における6つの重要な課題

図3: MECの観点から見たオペレータベアラネットワークアーキテクチャモデル

異なるオペレータのベアラ ネットワーク アーキテクチャは多様です。次のセクションでは、図 1-3 の MEC の観点からベアラ ネットワーク アーキテクチャ モデルについて説明します。上記の 5G MEC ネットワーク通信モデルでは、MEC ベアラ ネットワークを構築する際に、オペレータが次の 6 つの主要な問題を解決する必要があります。

（１）最短MECアクセスネットワーク：事業者はgNBからMEC UPFまでのN3インターフェースサービスフローの最短パスを提供する必要がある。オンサイト MEC モードでは、N3 インターフェイス サービス フローをキャンパス内のモバイル ベアラー ルータを介して MEC に直接転送する必要があります。これにより、低遅延が保証され、キャリア ネットワークの帯域幅が節約されるだけでなく、図 4 に示すように、企業の重要なサービス データがキャンパス外に漏れることがなくなります。そのためには、MEC アクセス ルータが最短パスでパケットを転送する必要があります。このため、MEC アクセス ルータは必要なルーティング機能 (L3 からエッジ) を提供する必要があります。

図4 MECには低遅延アクセスネットワークが必要

（２）低遅延スライシング：MECアプリケーションの低遅延、高セキュリティ、高信頼性の要件を満たすために、オペレータのベアラネットワークは企業ユーザに低遅延スライシングネットワークサービスを提供する必要があります。 MEC スライス ネットワークには、gNB、モバイル ベアラ ネットワーク (gNB と MEC の間)、および UPF が含まれます。つまり、企業のビジネスが MEC に流れるすべてのネットワーク要素です。データ パケットが通過するネットワーク要素が少ないほど、スライスが簡単になり、伝送遅延が短くなります。

（3）MECマルチポイント通信：MECと5Gコアネットワーク（N4およびOAMインターフェース）、MEP管理プラットフォーム、およびその他のMEC間のサービスフローはすべてマルチポイントツーマルチポイント通信モードであり、L3 VPNサポートが必要です。 MEC ベアラ ネットワークは、ネットワーク全体 (アクセス ネットワークを含む) にわたって L3VPN 機能を提供する必要があります。つまり、L3VPN をネットワーク エッジに接続します。さらに、L3 VPN は、メトロポリタン エリア ネットワークやバックボーン ネットワークなどの複数のネットワーク セグメントにまたがる必要があります。 4G ベアラ ネットワークと比較すると、MEC ベアラ ネットワークは、ネットワーク要素の数 (多数の UPF が下位に移動) とネットワーク カバレッジ (アクセスからバックボーンまで) の点で、はるかに複雑です。したがって、図 5 に示すように、マルチポイント通信をサポートするには、柔軟で強力な L3 VPN が必要です。

図5 複数のネットワークにわたる管理および制御サービスインターフェース

（４）MECシステムルータに統合された通信機能：5G MECでは小型MECやマイクロMECが一般的です。コストと通信要件のため、MEC では通常、1 層の統合ネットワーク モデル (図 6 を参照) が使用されますが、データ センターでは一般的に複雑な多層ネットワーク アーキテクチャが使用されます。 MEC のルーターは、MEC 内のデバイス間の相互通信、VM 間のレイヤー 2 およびレイヤー 3 での信頼性の高い接続、外部 IP ネットワーク (IP RAN) との相互通信と信頼性の高い通信、エッジ クラウドの相乗効果など、必要なすべての通信機能を提供する必要があります。ネットワーク機能仮想化 (NFV) としての UPF は、複数の VM 上で実行してパフォーマンスと信頼性を向上させることができます。 MEC ルータは、現在の高性能 UPF で 16 パスの負荷分散を実現するために、等コスト マルチパス ルーティング (ECMP) を提供する必要があります。

図6 MECネットワークモデル

（５）エッジクラウドシナジー：MEC UPFは5Gコアネットワークに送信されるデータプレーンであり、MEC内のアプリケーションはクラウドサービスに送信されるリアルタイム処理ユニットです。どちらの場合も、オペレータのベアラ ネットワークが信頼性の高いクラウド エッジ通信機能を提供する必要があり、また、自動展開と運用および保守の観点からエッジ クラウド コラボレーションをサポートする必要もあります。 UPF のクラウド エッジ連携は、通信クラウドのベアラ ソリューションを指します。

（6）2つのネットワーク間の安全な相互運用性：企業が5G通信機能とMECアプリケーションを自社の業務システムに統合できるよう、事業者のMECネットワークは企業ネットワークと相互運用可能である必要がある。現在、MEC は一般的に、MEC 内のルーターを介して企業ネットワークと相互接続されています。ネットワーク セキュリティは、エンタープライズ ネットワークとオペレータ ネットワークの両方にとって大きな懸念事項であり、ファイアウォール ベースのネットワーク セキュリティ ソリューションを導入する必要があります。

要約する

5Gモバイル通信システムは、低遅延無線通信、柔軟なコアネットワークアーキテクチャ、スーパーアップリンクなど、垂直産業のサポートにおいて多くの改善を行っており、これらは4Gとの主な違いです。 MEC は、垂直産業のデジタル化とインテリジェント化を支援するオペレーター向けの新しいモデルです。 MEC は、ネットワーク上でのインテリジェンスの広範な配布の始まりです。あらゆるものがつながる将来のインテリジェントな世界では、エッジコンピューティングに基づくインテリジェンスがネットワーク全体に広がります。

4G ベアラ ネットワークは、2C (一般の携帯電話ユーザー向け) コンセプトに基づいて構築されています。トラフィック モデルは、単純な南北型のワイヤレス コア ネットワーク集中型モデルであり、垂直産業向けの MEC ネットワーク要件を考慮していません。したがって、5G MEC ベアラ ネットワークの構築は、4G ネットワークの単純な帯域幅のアップグレードではありません。