1つの5Gネットワークには、性質が大きく異なる複数のサービスを同時に支えることが求められます。あるユーザーは高精細動画を視聴し、別のユーザーは大量のIoTセンサーを接続し、産業顧客は現地の生産工程向けに超低遅延と高い信頼性を必要とすることがあります。これらのサービスが求める帯域幅、遅延、セキュリティ、端末密度、カバレッジ特性は同じではありません。
サービス種別ごとに個別の物理モバイルネットワークを構築するのは現実的ではありません。コストが高すぎ、リソース管理が難しく、導入にも時間がかかります。5GCネットワークスライシングは、共有物理インフラ上に論理プライベートネットワークを作ることでこの問題を解決します。各スライスは固有のサービス特性に合わせて設計しながら、共通のアクセス、トランスポート、コンピューティング、コアネットワークリソースを再利用できます。
簡単に言えば、ネットワークスライスとは、特定のサービス群、産業顧客、またはアプリケーションカテゴリ向けにカスタマイズされた論理ネットワークです。コア内部だけの5GC概念ではなく、5Gアクセス網、トランスポートまたはベアラ網、5Gコアネットワークを含み得るエンドツーエンドの考え方です。価値は、コスト効率のための物理リソース共有と、サービス差別化のための論理分離という2つの目標を両立させることにあります。
ネットワークスライスが必要な理由
5GCネットワークスライシングの背景には、5Gサービスシナリオ間の大きな違いがあります。代表的なカテゴリはeMBB、mMTC、uRLLCです。拡張モバイルブロードバンドは高スループットと豊かなユーザー体験、大量マシンタイプ通信は非常に多数の低速端末、超高信頼・低遅延通信は厳格な遅延、信頼性、サービス保証に重点を置きます。
これらのカテゴリは、異なるネットワーク設計優先度を生みます。eMBBでは端末当たりの高い、または極めて高いスループットと広いカバレッジが必要になる場合があります。mMTCでは大量の端末密度、低データレート、低いビット当たりコストが求められます。uRLLCでは極めて低い遅延、より高い信頼性、サービス動作への厳格な制御が必要です。すべてを通常のベストエフォートトラフィックとして扱うと、5Gの可能性を十分に活かせません。
ネットワークスライシングにより、通信事業者は論理分離を通じてこれらの異なるニーズに対応できます。一般消費者向けブロードバンドスライス、産業制御スライス、IoTスライスは物理インフラを共有しながら、サービス方針、コアネットワーク機能、QoS動作、運用規則を別々に設定できます。これにより、モバイルネットワーク能力を販売・運用する方法がより柔軟になります。
スライスを構成する要素
ネットワークスライスは、特定のネットワーク能力と特性を提供する論理ネットワークです。ネットワークスライスインスタンス、すなわちNSIは、そのスライスを実際に配備したものです。ネットワーク機能インスタンスの集合と、それらを動作させるためのコンピューティング、ストレージ、ネットワーク資源を含みます。
5GC配備では、複数スライスで共有する機能と、1つのスライス専用にする機能があります。たとえば設計によっては、複数スライスがAMFなどの共通制御プレーン機能を共有できます。同時に、各スライスが独自のSMFとUPFを使用し、セッション処理とユーザープレーントラフィックをスライス固有の要件に従わせることもできます。
これにより、共通部分とスライス固有部分が明確に分かれます。共通部分は重複を減らして資源を節約し、スライス固有部分は各サービスに独自の動作、データ経路、サービス処理を与えます。多くの設計では、1台のUEが複数スライスへアクセスし、異なるPDUセッションがそれぞれ別のスライス関連経路を使用することも可能です。
ネットワークスライシングでは、すべての機能を物理的に別々のサーバーで動かす必要はありません。異なるスライス機能を同じX86サーバークラスタ上で実行しながら、仮想化、KVM、コンテナ名前空間、VPN機構、管理ポリシーによって分離を維持できます。これが、個別の物理ネットワークを構築するよりスライシングが実用的である理由の一つです。
スライス識別の仕組み
スライス選択は識別子に依存します。主要な識別子はS-NSSAI、すなわち単一ネットワークスライス選択支援情報で、1つのネットワークスライスを一意に識別します。NSSAIは複数のS-NSSAIの集合であるため、単一スライスではなくスライス群を表します。
S-NSSAIは2つの主要部分から構成されます。SST、すなわちスライス／サービスタイプはスライス種別を識別します。一般的なSST値は、eMBBが1、URLLCが2、MIOTが3、V2Xが4です。SD、すなわちスライス識別子は、同じ種別内の異なるスライスを区別します。同じサービスクラスに属しながら、顧客、地域、事業方針が異なる2つのスライスを区別する際に役立ちます。
実際の手順では、複数のNSSAI用語が重要です。Configured NSSAIはUEに事前設定するかAMFから配信され、UEが要求スライス情報を生成する際に使われます。Subscribed NSSAIはユーザー用に保存されたスライス契約データです。Requested NSSAIはUEが登録要求に含めます。Allowed NSSAIは現在の登録エリアでUEがアクセスを許可されたスライス集合です。Rejected NSSAIはアクセスを拒否されたスライスをUEに通知します。
許可スライス集合はUEだけで決まりません。NSSFポリシー、UDM契約データ、AMFの対応能力、登録エリア条件の影響を受けます。最終的な許可結果は、AMFが登録受理メッセージでUEへ通知します。1台のUEは同時に最大8スライスへのアクセスを許可されるため、Allowed NSSAIには最大8個のS-NSSAIを含められます。
スライス選択の決まり方
5GではNSSF、すなわちネットワークスライス選択機能を導入し、適切なスライスインスタンスの選択、スライス用AMFエントリポイントの選択、Allowed NSSAIの決定を支援します。スライス選択は主に2段階で行われます。第1段階は初期登録時で、ネットワークはスライスに対応するAMFを選択し、UEに許可するスライス集合を決定します。第2段階はPDUセッション確立時で、SMF、UPF、関連するユーザープレーン処理を選択します。
登録時、UEはConfigured NSSAIまたは以前に保存したAllowed NSSAIに基づいてRequested NSSAIを選択できます。gNBがAMFを選択する際、利用可能なら5G-S-TMSIまたはGUAMIを使用します。これらが利用できない場合はRequested NSSAIを用いてAMF選択を誘導できます。いずれの条件も使えない場合、メッセージはデフォルトAMFへ送られることがあります。
Requested S-NSSAIは最初のAMF選択の精度を高めます。gNBは無作為に選ぶのではなく、スライス関連情報を利用して適切なAMFを選ぶ可能性を高めます。選択したAMFが要求スライスを提供でき、UEに契約権限があれば、AMFは適切なAllowed NSSAIを含む登録受理を送信できます。
AMFが要求スライスを提供できない場合、またはUEがそのスライスを契約していない場合、AMFはNSSFへの問い合わせが必要になることがあります。NSSFは別のAllowed NSSAIと適切なAMFを返せます。その後、登録要求は正しいAMFへ直接または間接的に再ルーティングされます。これにより、契約、ポリシー、ネットワーク能力の制御を維持しながら、柔軟なスライス選択が可能になります。
分離が重要な理由
分離は、企業や産業顧客がスライシングを重視する主な理由の一つです。物理資源を共有していても、各スライスは論理プライベートネットワークのように動作すべきです。異なるスライスが互いを自由に参照したり影響を与えたりしないことで、セキュリティ、運用独立性、サービスレベル制御を支えます。
分離は複数の層で実現できます。スライス選択はサービスアクセス経路を分離し、仮想マシンやコンテナは計算環境を分離します。名前空間機構はコンテナレベルの資源を分離できます。VPNとトランスポート分離はトラフィック経路を保護します。ポリシー制御は異なるQoSとサービス規則を定義し、管理システムは顧客ごとの可視範囲や運用権限を分離できます。
事業面では、分離によってカスタマイズサービスを提供しやすくなります。工場向けスライスは高い信頼性と低遅延、動画ブロードバンドスライスは高スループット、IoTスライスは大きな端末収容能力と低いシグナリングコストを必要とする場合があります。完全に独立した物理ネットワークを構築する費用を避けながら、各スライスを異なる要件に合わせられます。
ライフサイクル管理の重要性
ネットワークスライスは静的なものではありません。ネットワーク機能と同様にライフサイクルがあります。スライスは準備、インスタンス化、設定、有効化、監視、スケール、変更、無効化、終了の各段階を経ます。スライスを効率的に作成、変更、削除できて初めて商用価値が生まれるため、ライフサイクル管理は重要です。
ライフサイクルは4段階で考えられます。第1は準備で、スライステンプレート設計、事前プロビジョニング、ネットワーク環境準備を含みます。第2はインスタンス化、設定、有効化で、スライスを作成し、サービス設定を読み込み、運用を開始します。第3は運用で、KPI、アラーム、レポート、サービス性能を監視し、その結果に基づいて自己修復や自動スケーリングを起動できます。第4は廃止で、ユーザー移行、スライス停止、資源解放を行います。
このプロセスは通常、スライスマネージャーとMANOが共同で処理します。MANOはオーケストレーション、VNF管理、仮想インフラ管理を含みます。EMSまたはNMSはネットワーク要素管理、設定、アラーム、性能、セキュリティ関連操作を担当します。これらのシステムが連携し、スライス設計を配備済みで管理可能なネットワークサービスへ変換します。
テンプレートがNSaaSを可能にする仕組み
スライステンプレートは、スライスに必要なネットワーク機能、仕様、資源、接続、サービスパラメータを記述します。外部顧客にはスライステンプレートとして見えますが、通信事業者内部ではMANOが理解できるネットワークサービステンプレートへ変換する必要があります。オーケストレーション環境に応じてHOT、OVF、TOSCAなどの形式を使用できます。
テンプレート設計は顧客要件から始まります。通信事業者はQoS要件、帯域幅、オンラインユーザー規模、冗長性、セキュリティ、サービスカバレッジを把握し、それらを5QIや関連ポリシー制御などのネットワーク資源と5GCパラメータへ変換します。その後、テンプレートをスライスマネージャーまたはオーケストレーターへアップロードし、ライフサイクル管理を行います。
これによりNetwork Slice as a Service、すなわちNSaaSという考え方が生まれます。理想的なモデルでは、産業顧客がオンラインでスライステンプレートを選択し、サービス要件を提出して注文を完了し、自動生成後にスライスパラメータを受け取れます。スライスマーケットまたは顧客ポータルは注文をBOSSとオーケストレーターに送り、オーケストレーターはVNFM、VIM、EMSまたはNMSと連携してスライスをインスタンス化し、資源割り当て、ネットワーク機能設定、サービス準備完了確認を行います。
その結果、新しい商用モデルが成立します。長いオフライン交渉と手動開通の代わりに、顧客はセルフ管理ポータル、迅速なプロビジョニング、弾力的な拡張を利用できます。小規模顧客は500ユーザー対応のスライスから開始し、1年間運用した後に1000ユーザーへ拡張できます。サービス終了時にはスライスを削除し、資源を解放できます。これがスライシングの実用価値であり、カスタマイズサービス、市場投入期間の短縮、資源再利用の向上につながります。
よくある質問
専用の物理ハードウェアがなくてもネットワークスライスは存在できますか？
はい。スライスは論理ネットワークです。物理サーバー、トランスポート資源、アクセスインフラを共有しながら、仮想化、コンテナ、ポリシー制御によって分離を維持できます。
1台のUEが複数スライスを必要とするのはなぜですか？
UEは異なる種類のサービスを同時に実行することがあります。たとえば、1つのPDUセッションは企業サービススライスを使用し、別のセッションは一般インターネットまたはIMS関連スライスを使用できます。
スライス要求が受け入れられるかどうかは何で決まりますか？
契約データ、AMF能力、NSSFポリシー、登録エリア条件、および現在のネットワーク状況で要求されたS-NSSAIをサポートしているかどうかによって決まります。
SSTがスライス種別を識別するのに、なぜSDが必要ですか？
SSTはサービス種別を識別し、SDは同じ種別内の異なるスライスを区別します。これにより、異なる事業上の意味を持つ複数のeMBB、URLLC、IoTスライスを共存させられます。
スライシングは商用導入時間をどのように短縮しますか？
テンプレート、オーケストレーション、自動ライフサイクル管理により、手作業の設計と配備を削減できます。従来の専用ネットワーク構築よりも、スケーリング、有効化、資源解放を迅速に実行できます。
5GCネットワークスライシングは単なる技術アーキテクチャではありません。モバイルネットワーク能力を、論理的に分離されたサービス固有ネットワークとしてパッケージ化する方法です。共有インフラ、スライス識別、制御された選択、ライフサイクル管理、テンプレートベースのオーケストレーションを組み合わせることで、通信事業者は顧客ごとに個別の物理ネットワークを構築せずに、さまざまな産業とサービス種別を支援できます。
