次世代移動通信システム「5G」とは(13) 5Gの3つの特徴をフルに生かす「ネットワークスライシング」とは

5Gは「高速大容量通信」「低遅延」「多数同時接続」の3つの特徴を持ちますが、その3つを同時に実現する上で重要な技術とされているのが、コアネットワークを用途に応じて仮想的に分割する「ネットワークスライシング」です。ネットワークを分割することで、どのようなメリットが生まれてくるのでしょうか。→過去の回はこちらを参照。

多数同時接続の実現は先だが技術開発は進む

2020年3月25日にNTTドコモが5Gの商用サービスを開始したのを皮切りとして、国内大手3社が5Gの商用サービスを相次いで開始しました。

各社の発表内容を見ると、当面エリアが非常に狭いなど非常に多くの課題を抱えている印象を受けましたが、これで世界の潮流から遅れているとされてきた日本でもようやく5Gを利用できるようになっただけに、大きな前進となったことは確かでしょう。

その5Gの特徴に関して、前回までは「高速大容量通信」と「低遅延」の実現に活用されている技術について説明してきましたが、今回はもう1つの「多数同時接続」に関連する技術について説明したいと思います。

とは言うものの実は多数同時接続に関しては、標準化団体の3GPPでの標準化作業自体がまだ完了していません。なぜなら現状の5Gサービスのベースとなっている3GPPの「Release 15」では、高速大容量通信を優先して5Gの商用サービス開始を急ぐことを重視した結果、多数同時接続の優先順位が下がり標準化が後回しにされたためです。

それゆえ多数同時接続は、次の「Release 16」にて標準化がなされる予定であり、現在の5Gネットワークではその機能を実装することができません。そしてこれまで、Release 16は2019年末から2020年半ばくらいに標準化が完了すると言われていたのですが、最近の報道を見ると新型コロナウイルスの影響により、標準化作業が遅れる可能性があるようです。

そうしたことから5Gで多数同時接続を活用できるようになるのは、5Gのスタンドアローン運用が始まり低遅延の活用が進んでからさらに先、つまりは2、3年以上先になるのではないかと見られています。それまでIoT機器での通信を活用するには、「NB-IoT」など4Gの技術をベースとした通信方式を利用する必要があるようです。

NTTドコモはTHKなど4社と共同で、センサーを活用した製造業向けのIoTサービス「OMNIedge」を提供しているが、将来的に5Gの活用を視野に入れているとしているものの、現状では4Gの通信が用いられている

しかし、だからと言って5Gでの多数同時接続の活用に向けた技術の取り組みが進められていない訳ではありません。その多数同時接続、ひいてはそれ以外の2つの特徴を5Gでフルに生かす上で、導入が進められようとしているのが「ネットワークスライシング」です。

5Gの特徴をフルに生かすにはネットワークの分割が必要

ネットワークスライシングとは、モバイルネットワークを仮想的に分割して利用用途に応じて割り当てるという技術。なぜ、5Gでネットワークを分割する必要が出てきたのかというと、5Gがスマートフォン以外の幅広い用途で活用される可能性が高まってきたからです。

実は、5Gを活用したサービスやソリューションを考えた場合、5Gが持つ3つの特徴をすべて活用するものはそうそう多くはありません。例えば8Kのカメラで高精細映像を伝送する場合、高速大容量通信は必須になりますが、それ以外の機能はあまり重要ではないでしょう。一方で工場の機器に取り付けるセンサの場合、多数のセンサを使うので多数同時接続は必須となりますが、送信するデータ量は非常に小さいので高速大容量通信は不要です。

従来のモバイルネットワークは、利用用途が携帯電話やスマートフォンなどにほぼ限られていたことから、機器に関係なく同じネットワーク幅を用いて通信する仕組みでした。ですが5Gで利用する機器が多岐にわたり、機器によってネットワークの使い方も異なってくるとなると、センサの通信にも映像伝送と同じネットワークの幅を用いて通信することになるため通信リソースの無駄が生じてしまいます。

5Gを活用するサービスは多岐にわたると考えられ、8Kモニタに向けた映像伝送などでは高速大容量通信が必須だが、低遅延や多数同時接続の重要性は低い

しかも、モバイルネットワークの幅は無限にある訳ではないので、多数のセンサが一斉にネットワークを利用するとなれば、リソース不足で8Kの映像伝送などとてもできない、といった問題も起きかねません。そうしたことから5Gで多数の機器を同時に接続し、なおかつそれぞれの特徴を生かす上では、通信リソースの無駄を減らす必要が出てきたのです。

また、5Gでは低遅延を活用した遠隔運転などクリティカルな用途でのネットワーク利用も進むと考えられますが、そうしたサービスを提供する上ではどんなにネットワークが混雑していても、必ず通信できるリソースを確保できなければ安全なサービスを提供することはできないでしょう。そうしたリソースを確保することも、5Gでは求められるようになってきた訳です。

低遅延を生かした遠隔による操縦などは、ずれなく継続的に通信ができなければ大きな事故を引き起こしかねないので、ネットワークが混雑していても一定のリソースを必ず割く必要が出てくる

そうしたことから5Gではネットワークスライシングを導入してネットワークのリソースを仮想的に分割。高速通信が必要な映像伝送には大きな幅、センサー用には小さな幅、遠隔運転用には一定の幅を確実に確保するなど、用途に応じ柔軟にネットワークリソースを割り当てることで、限られたネットワークリソースを目的に応じて効率よく活用し、5Gが持つ3つの特徴を同時に実現できるようにしている訳です。