ネットワーク変革をサポートするNFVIの構築方法

NFVは通信事業者のネットワーク変革の技術的基盤となる

ここ数年、オペレータネットワークの変革は業界で避けられない中核的なトピックとなっています。一方では、既存事業の成長圧力、市場競争状況の変化、5Gの進展の加速により、ネットワークインフラ構築に新たな要求が提示され、変革の必要性がますます緊急になっています。一方、仮想化、クラウドコンピューティング、SDNなどの新興技術の発展により、変革の実現が現実的に可能になりました。

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NFVは提唱されてからわずか数年で、多くの事業者やメーカーの積極的な参加と推進により、紙上の概念から実装段階に急速に進み、将来の5Gネットワ​​ークなどの新興ビジネスの基本構築モデルとして広く認知されています。 NFVは、ネットワークインフラストラクチャ（NFVI + VIM、以下NFVI）、上位層ネットワークサービス（VNF）、管理およびオーケストレーションシステム（MANO）をレイヤーごとに分離することで、将来のオペレータネットワークのオープンで柔軟かつ自動化された進化の青写真を描き、理論的にはオペレータのネットワーク変革とビジネスイノベーションの基礎を提供します。

NFVの商用利用により、NFVIにいくつかの重要な要件が提示された。

NFV はネットワーク変革の明るい未来を示していますが、無視できないいくつかの技術的な課題ももたらすことにも留意する必要があります。特にNFVI分野においては、近年の国内外の事業者の実践事例を分析することで、注力すべき課題として以下の点がまとめられる。

まず、IT 技術システムに基づく NFVI 実装ソリューションが、通信グレードのネットワーク サービスを実行できるかどうかです。

通信事業者は長年にわたり、先進的な通信技術システムを活用し、優れた体験、安全性、信頼性を備えたさまざまなネットワークサービスを提供し、社会経済全体の円滑な運営を支援し、情報インフラの重要な責任を担ってきました。

NFV 時代に入ると、ネットワーク サービスは主に COTS ハードウェアとオープン ソース ソフトウェアで構成される NFVI に移行されます。パフォーマンス、信頼性、セキュリティ、その他の機能は、既存のビジネス要件を満たすことができますか?技術革新によってもたらされるリスクはユーザーエクスペリエンスに影響しますか?これらの質問に対する答えは、間違いなく NFV の商用化の前提条件となるでしょう。

第二に、NFVI アーキテクチャ ソリューションがネットワーク サービスの継続的な進化と革新をサポートできるかどうかです。

市場競争と技術の変化の両方によって、通信事業者ネットワークの変革と革新が長期にわたる継続的なプロセスとなり、通信事業者が直面する新たな常態となる可能性もあることは想像に難くありません。このような状況の中で、NFVI に対するさまざまな技術的要求が今後も生まれ続けるでしょう。つまり、サービスの進化は、NFVI 自体の継続的な進化も促進することになります。

したがって、NFVI の計画者と設計者は、どのような NFVI アーキテクチャ ソリューションがビジネス ニーズに継続的に適合する柔軟な進化を実現できるかという疑問に直面する必要があります。たとえば、4G サービス用に構築された NFVI は、5G サービスの展開の要件を満たすようにスムーズに進化できるでしょうか?これらの問題は、NFVI がネットワーク変革戦略の目標の実現を真にサポートできるかどうか、また計画要因によって生じる技術的リスクや投資の無駄を回避できるかどうかに直接関係しています。

3つ目は、NFVIのオープン性と統合配信の難しさという矛盾した関係にどう適切に対処していくかです。

技術システムとシステム アーキテクチャのオープン性は、NFVI にとって非常に重要です。オープンな NFVI だけが、ネットワーク サービスとベンダー エコシステムの多様化を効果的に促進し、ネットワーク変革のメリットを最大化することができます。

一方で、NFVに関連する各種技術仕様が未完成であるため、NFVIノースバウンドとVNFおよびMANO間の接続、あるいはNFVIとCOTSハードウェアや仮想化ソフトウェアとの内部統合など、まだ標準が欠如している領域があることにも留意する必要があります。このような状況では、マルチベンダー製品ソリューションの統合提供においてさまざまなリスクが生じやすく、NFV の商用化が妨げられる可能性があります。

NFVI を構築する際にオペレーターが重点を置くべきことは何ですか?

上記の課題に対応するため、事業者はNFVIを計画、設計、構築する際に、以下の技術的側面に特に注意する必要があります。

1. NFVI を合理的に強化および拡張し、キャリアグレードのサービスの品質要件を真に満たすようにします。

通信グレードのサービスを伝送できる NFVI は、通信グレードの技術要件を満たすために、高性能、高信頼性、高セキュリティなど、さまざまな側面で包括的かつ徹底的に強化および拡張する必要があります。

高性能、高スループット、低遅延の仮想ネットワーク転送テクノロジーが重要です。一方、高性能仮想スイッチは、NFVI の転送機能が vEPC や vBRAS などの既存サービスの商用要件を満たすかどうかに関係します。一方、NFVI プラットフォーム上の 5G やビデオなどの新しいタイプのサービスの商用エクスペリエンスに影響を与える鍵でもあります。同時に、パフォーマンスの向上は同じビジネス規模でのコスト削減も意味し、明確な商業的価値があります。

ムーアの法則自体が徐々に終焉に向かっているため、汎用プロセッサの性能向上に依存して転送性能を継続的に大幅に向上させるという考え方はもはや持続可能ではありません。同時に、SR-IoV に基づくハードウェア仮想化テクノロジーは、この問題を解決するための別の選択肢を提供します。長期的には、ソフトウェア仮想化とハードウェア仮想化に基づくさまざまなネットワーク転送テクノロジが NFV 分野で長期間共存し、さまざまなビジネス シナリオで重要な役割を果たすことになります。

高い信頼性に関しては、システムの信頼性を包括的、多レベル、多分野で詳細に分析し強化し、システム内に単一障害点が存在せず、さまざまな障害シナリオ下で上位層サービスがキャリアグレードの高可用性の 5 ナイン (99.999%) を達成できることを保証することが重要です。

この目標を達成するためには、NFVIソリューション内のデータプレーン、コントロールプレーン、マネジメントプレーン、運用保守プレーンの各コンポーネントを合理的に強化し、第2レベルの障害アラーム、コントロールコンポーネント障害の自動回復、仮想マシン障害の自動回復、業務データの自動バックアップ、データセンターレベルのローカル/リモート災害復旧など、さまざまな技術的手段を使用してシステムの信頼性を完全に確保する必要があります。

セキュリティは、NFV 分野でますます注目を集めている新しいトピックです。閉鎖的で統合された従来の通信機器から、オープンで階層化された分離された NFV システムに移行するにつれて、ビジネス セキュリティの確保にはさらなる注意が必要になります。コンピューティング、ネットワーク、ストレージなどの仮想化テクノロジーによってサポートされるテナントレベルのセキュリティ分離機能に加えて、NFVI のセキュリティも、物理インフラストラクチャのセキュリティ、システム ソフトウェアのセキュリティ、ビジネス データのセキュリティ、システム セキュリティ管理など、複数の観点から検討し、強化する必要があります。

さらに、操作性と保守性の容易さも、NFVI が商用利用時に直面する重要な課題です。 IT技術システムによって構築されたNFVIの場合、その運用・保守作業には当然、ITシステムの運用・保守のあらゆる側面も含まれます。インストールと展開、パッチのアップグレード、容量の変更と拡張、監視とアラーム、障害管理などはすべて、運用および保守チームが無視できない実用的なタスクです。これにより、NFVI の運用および保守システムにも高い技術要件が課せられます。たとえば、NFVI コンピューティング ノードの物理ホスト上の Linux オペレーティング システムをアップグレードする必要がある場合、業務を中断せずにクラスター全体の自動アップグレードを実現する方法は非常に難しい課題です。これらの問題が適切に解決されなければ、NFVI の商業的実現可能性は直接影響を受けることになります。そのためには、NFVIソリューションのライフサイクル管理システムに強力な自動アップグレードプロセス管理システムを導入し、ビジネス移行とノードアップグレード操作の順序関係をプログラム的かつ自動的に調整できるようにして、アップグレードプロセスを加速し、アップグレードリスクを軽減し、運用保守チームのアップグレード作業の負担を軽減する必要があります。

要約すると、NFVI の設計時には、パフォーマンス、信頼性、セキュリティ、保守性のすべてに細心の注意を払う必要があります。

第二に、オペレータのサービスの継続的な進化を効果的にサポートするために、NFV は必然的に NFC (ネットワーク機能のクラウド化) に向かうため、NFVI の設計には十分な柔軟性が求められます。

今後の通信事業者のネットワークは、通信機器室をベースとしたネットワーク構築モデルから、分散型多階層・多データセンターをベースとしたネットワーク構築モデルへと必然的に移行していくことが予想されます。さまざまな規模とレベルのデータ センターがさまざまな地理的場所に分散されており、さまざまな種類のクラウド リソース プールとさまざまなレベルのネットワーク アクセス レイテンシを提供して、さまざまな種類のサービスの分散展開と広範な地理的範囲をサポートします。これを踏まえると、将来の 5G ネットワークではミリ秒レベルの超低遅延サービスのサポート要件があるため、NFVI ではネットワークのエッジにある多数の小規模エッジ サイトのサポートを検討する必要があります。そのため、上記のようなマルチレベル、マルチセンター、エッジサイトの共同ネットワーキングと集中管理をサポートすることが、NFVI の重要な機能となっています。

同時に、多様化したビジネスは、NFVI に対しても多様なリソースタイプの要求を提示するでしょう。したがって、NFVI ソリューションのアーキテクチャでは、さまざまな種類のコンピューティング、ストレージ、ネットワーク、およびその他のリソースへの異種アクセスの可能性を十分に考慮する必要があります。例えば、コンピューティング分野では、基本的なコンピューティングリソースとして仮想マシンを提供するとともに、一部の特殊な高性能業務向けにベアメタルリソースを直接提供することを検討する必要があります。汎用 x86 プロセッサをサポートできること、また、コンピューティング集約型ビジネス向けに FPGA などの高性能な異種コンピューティング リソースを提供することも検討する必要があります。

これに基づいて、NFVI は上位層のコンテナ クラスタ管理プラットフォームと統合して、アジャイル 5G コア ネットワーク サービスのサポートなど、コンテナ化されたサービスをサポートできるようになります。ただし、NFVI アーキテクチャが肥大化しすぎて、NFVI 自体の進化可能性や展開の柔軟性に影響が及ぶのを避けるため、NFVI 自体はコンテナ管理プラットフォームや PaaS レイヤーから切り離されたままにしておく必要があります。

3つ目に、NFVIベンダーのオープン性を考慮し、ベンダーのエンドツーエンドのソリューション提供能力も考慮しながら、NFV分野におけるエコシステムの形成を共同で推進していくことが必要である。

システムのオープン性と統合配信リスクの矛盾に直面している事業者は、業界をリードする NFVI ベンダーと緊密に連携し、さまざまなベンダーの VNF、MANO、その他のコンポーネントと主流の商用シナリオにおける主流の NFVI ソリューションとの商用ドッキング検証を共同で推進し、関連する技術仕様を形成することを検討できます。同時に、メーカーのエンドツーエンドのソリューション配信能力は、迅速な配信とその後のサービスを保証するために考慮されます。