クラウドネイティブアーキテクチャがvRANの未来を定義する

仮想化無線アクセス ネットワーク (RAN) の構築とエッジ データ センターの使用は、モバイル通信分野で長い間大きな話題となっており、現在の 4G ネットワークと将来の 5G ネットワークの両方に影響を与える開発です。ただし、テクノロジーは仮想化されたワークロードからコンテナ、クラウドネイティブ アーキテクチャ、アプリケーションへと進化し続けています。

[[360654]]

従来の無線アクセス ネットワークは、アンテナ、基地局 (ベースバンド ユニット - BBU)、およびコントローラで構成されます。これにより、モバイル ネットワークで最も高価なコンポーネントになります。さらに、特殊なハードウェアとソフトウェアも必要です。仮想化 RAN (vRAN) ソリューションはこれらの欠点を克服しており、そのため独自のハードウェアベースの無線アクセス ネットワークに取って代わるケースが増えています。 vRAN は、一般的なハードウェアベースのネットワーク アーキテクチャをソフトウェアベースの環境に変換するネットワーク機能仮想化 (NFV) に基づいています。何らかの形式のハードウェア アクセラレーションが依然として必要になる場合があります。一部の BBU 制御機能は、エッジ データ センターの「市販の既製品」(COTS) サーバー上で実行される仮想マシン (VM) で提供され、その結果、次の 2 次元分解が実現されます。

エッジユースケースとしての4Gと5G

エッジ コンピューティングへのトレンドは、4G ネットワークと 5G ネットワークの両方に影響を与えています。エッジ コンピューティングの主な利点には、ゼロタッチ プロビジョニング、マルチ クラスター管理、フットプリントの縮小、高いスケーラビリティ、自動化された操作などがあります。 vRAN または分散型 RAN は、エッジ データ センターにおける特定のユース ケースまたはワークロードとして考えることができます。

エッジ実装において、4G LTE と 5G の間にはいくつかの違いがあります。特に、アンテナの機能がアンテナの場所とエッジ データ センターの間でどのように分割されるかが異なります。

4G LTE ネットワークでは、従来の現状はアンテナ側にベースバンド ユニットを備えた分散 RAN であり、これは基地局の全機能が個々のアンテナの場所に分散されていることを意味します。その結果、多大なコスト、無線干渉の潜在的な問題、および高いエネルギー消費が発生します。エッジ アプローチは、BBU を使用した分散 RAN から集中型 vRAN へと移行します。ベースステーションの一部の機能は仮想 BBU (vBBU) に集中しており、ベースステーションが分割されていることを意味します。

一方、5G ネットワークでは、エッジ実装における分解は、無線ユニット (アンテナ サイトの RU)、分散ユニット (DU)、集中ユニット (CU) の 3 つの部分に分かれています。 CU は、スペース要件の少ない分散クラウド ソリューションとして設計されています。一方、DU は、リアルタイム処理、Precision Time Protocol (PTP) のサポート、ハードウェア アクセラレーション (フィールド プログラマブル ゲート アレイ (FPGA) など)、インテリジェント ネットワーキングなどのタスクを担います。インターフェイス カード (スマート NIC)、さらには特定用途向け集積回路 (ASIC) もサポートします。

仮想化されたワークロードからコンテナ化されたワークロードへ

エッジでは、モバイル ネットワーク オペレーターは、ソフトウェア定義の広域ネットワーク (SD-WAN) とモバイル アプリケーション用の分散ノードを備えた Red Hat OpenStack などのネットワーク機能仮想化をすでに使用しています。ただし、エッジ データ センターの標準サーバー上の仮想マシンを使用して vRAN を導入することは、最後のステップではなく、良い第一歩です。現在の仮想ネットワーク機能 (VNF)、特に vRAN は、機能性、実装の容易さ、管理の面で期待を満たしていないことがよく示されています。そのため、次のステップでは、クラウド対応アプリケーション、さらにはクラウドネイティブ アプリケーションを使用する必要があります。現在、この発展は通信分野で起こっており、

クラウド ネイティブ アプリケーションは、軽量コンテナーと疎結合されたマイクロサービスとして設計されています。ネットワーク オペレーターに関する限り、これらのタイプのアプリケーションの主な利点は、開発コストの削減、アップグレードと変更の簡素化、水平拡張の可能性です。これにより、ベンダーロックインも回避されます。

基本的に、クラウド ネイティブ アプリケーション開発は、サービス ベースのアーキテクチャ、API ベースの通信、およびコンテナー ベースのインフラストラクチャを特徴とします。サービス ベース アーキテクチャ (SBA) は 5G 標準で定義されています。

マイクロサービスなどのサービスベースのアーキテクチャにより、モジュール化された疎結合のサービスを構築できます。これらのサービスは、テクノロジーに依存しない軽量 API を通じて提供され、展開、拡張、メンテナンスの際の複雑さ、労力、費用を削減します。さらに、クラウド ネイティブ アプリケーションは、さまざまな環境での操作を可能にするコンテナーに基づいています。コンテナ テクノロジーは、オペレーティング システムの機能を使用して、アプリケーションのセキュリティを確保しながら、利用可能なコンピューティング リソースを複数のアプリケーション間で分割します。クラウド ネイティブ アプリケーションは水平方向にも拡張できるため、多くの場合、コンテナ インフラストラクチャの自動化を通じて、追加のアプリケーション インスタンスを簡単に追加できます。

5Gネットワ​​ークスライシングの基盤となるクラウドネイティブアーキテクチャ

5G への移行は、コンテナとクラウドネイティブ アプリケーションへの移行であることがますます明らかになっています。これは、仮想化されたワークロードがコンテナ化されたワークロードへと進化していることを意味します。仮想化は、今後何年も何らかの形で存在し続けるでしょう。

クラウドネイティブ アプローチの利点は、5G の主なユースケースに見られ、ネットワーク スライシング、つまり共通の物理インフラストラクチャ上で複数の仮想ネットワークを提供することに見られます。

原則として、5G には 3 つの使用例があります。

• eMBB – 拡張モバイルブロードバンド: 高いデータレートと極度のトラフィック密度のサポート。
• mMTC – 大規模マシン型通信: スマートホームやスマートシティモデルなどの多数のデバイスをネットワーク化することで、M2M および IoT アプリケーションを最適化します。
• URLLC – 超信頼性および低遅延通信: 予測メンテナンスやコネクテッドカー、拡張現実や仮想現実などの分野で、低遅延の重要なアプリケーションをサポートします。

コンテナベースおよびクラウドネイティブの仮想化 RAN は、5G ネットワークを変革し、これらのテクノロジーとユースケースに最適なサポートを提供するための重要なコンポーネントです。特に、クラウドネイティブ アーキテクチャでは、各スライスの初期コストを最小限に抑え、コスト効率よくさまざまなサイズの何千ものスライスに拡張できます。

より高いデータレートと極めて低い遅延により、5G が新世代のサービスを推進することは間違いありません。通信会社がメリットを最大限に生かすためには、データの取り扱いと処理能力を「エンドユーザー」に近づける必要があります。生産プロセスにおいては、最終的にはスマートフォン、コネクテッドカー、ロボットなどがエンドユーザーになる可能性もあります。このミッションは、エッジ コンピューティングとクラウド ネイティブ機能の両方が現在のモバイル ネットワーク オペレーターの活動の焦点であることを明確に示しています。

一部のモバイルプロバイダーはすでに、地域的な制限付きで商用 5G 環境を確立しており、多くの新しいプロジェクトが登場しようとしています。 vRAN、エッジ コンピューティング、クラウド ネイティブは、この分野における主要なテクノロジー推進力であり、Red Hat OpenShift の場合のように、オープンソース ソリューションが基盤となるインフラストラクチャ プラットフォームを形成することがよくあります。