5Gとは何？5G Core Network(5GC)は4G Core Network(EPC)からどのように変わったのかを説明します。
5G Core NetworkのDeployment の種類や、5G Network高度化の各段階(3GPPで定義されているDeployment OPTION)について整理します。また、サービスベース・アーキテクチャ(SBA)など5G Core で採用されている主要技術について紹介します。
5G NSA(Non Stand Alone)とSA(Stand Alone)とは？
5G Networkはいくつかの段階を通し高度化します。5G初期Networkから完全な5G Networkへ高度化する各段階について説明します。
5G NetworkはCoreネットワークの違いによりNSA (None Stand Alone)と、SA (Stand Alone)に分かれます。NSAのNetworkでは、UE(スマートフォンなどの端末)の制御信号(Signaling)はLTE (Signaling Anchors)によって処理されます。NSAのNetworkでは、UEはLTE(4G)とNR(5G)に同時に接続(EN-DC: E-UTRA NR Dual Connectivity)されます。一方、SAのNetworkでは、UEの制御信号(Signaling)は5G NRにより処理されます。
5G NRの十分な無線エリアを構築するのには時間を要します。大量の5G基地局の新規設置には時間を要するからです。そのため、既存のLTE (4G)ネットワークを利用するNSAの段階を経て、5GはSAへと高度化します。以下のWhite Paperの情報を元に5G NetworkのDeploymentの流れ、各段階(OPTION)について説明します。5Gの実際の仕様では細分化され詳細に定義されていますが、ここでは簡素化して概要のみを説明します。
5G Core Vision Technical Whitepaper (by SAMSUNG) [PDF file]
5G Network deployment OPTIONS
5G NetworkのNR無線エリアは5G展開初期には非常に限られるため、UEの制御信号は既に十分なエリアカバレッジのあるLTE (4G)により処理されます。5G NRの無線エリアカバレッジが拡大するとUEの制御信号は5G NRにより処理されます。
NSAには、4G Core Network (EPC: Evolved Packet Core)を再利用するOption 3と、5G Coreを導入するOption 7があります。
C/U分離 (CUPS: Control and User Plane Separation)
4GのCore Network (EPC: Evolved Packet Core)では、Control-Plane (制御信号)とUser-Plane (Userデータ)の機能が明確に分離されていませんでした。
C/U分離 (CUPS: Control and User Plane Separation)と言い、5GC (5G Core Network)では、Control-Plane (制御信号)とUser-Plane (Userデータ)が明確に分離されます。C/U分離する事で、C-Plane (制御信号)とU-Plane (Userデータ)それぞれの機能を独立して開発する事ができます。C-Plane処理機能を中央集約的に配置する事ができます。また、U-Planeを分散配置でき、MEC (Multi Access Edge-Computing)などのネットワーク機能を5G Networkへ導入しやすくしています。
サービスベース・アーキテクチャ（SBA: Service Based Architecture）
5GCでは、C-Plane (制御信号)の処理機能にサービスベース・アーキテクチャ(SBA: Service Based Architecture)が採用されています。
4G Core (EPC)では装置間のinterfaceをPoint-to-Pointで仕様を決めていました。5GC (5G Core)のC-Plane (制御信号)機能はWebベースInterface (HTTP/2を利用し定義されたREST interface)に統一されました。5GCではC-Plane (制御信号)の各機能をサービスとして、各サービスは統一されたInterface で呼び出され、WebベースInterfaceであるSBI (Service Based Interface)を介して公開されます。C-Plane (制御信号)機能がステートレス(Stateless)に情報を取得・提供する事ができ、処理がシンプルになりました。
5Gでは多種多様なサービスを迅速に提供する基盤が求められます。5GCは単純にデータを転送するだけではありません。アプリケーションの特性に応じて機能追加、UE(スマホなどの端末)やアプリケーション開発のサイクルに合わせた迅速な機能追加が必要です。そのため、5GCでは、クラウド分野(Webや端末アプリケーションの開発)で使われてるマイクロサービス・アーキテクチャ(Micro Service Architecture)が使われています。
マイクロサービス・アーキテクチャ(Micro Service Architecture)は、「スケールしやすい」、「変化に強い」などの特徴を持っています。5GCのサービスベース・アーキテクチャ(SBA: Service Based Architecture)はマイクロサービス・アーキテクチャ(Micro Service Architecture)を3GPP標準に適用したものです。
以下のWhite Paperに、3GPP標準化の5GCのマイクロサービスアーキテクチャに関してまとめられています。
Cisco Ultra 5G Packet Core Solution White Paper [PDF file]
3GPP（Third Generation Partnership Project）は、W-CDMAとGSM発展形ネットワークを基本とする第3世代携帯電話 (3G) システムおよびそれに続くLTE(4G)や、更に次世代である第5世代移動通信システム(5G)の仕様の検討・作成を行う標準化プロジェクトです。3GPPに関して詳しくは以下の記事を参照してください。
異なる無線ネットワークからの接続 (Multi-RAT access)
4G、5Gと言われるモバイル通信システムのネットワークは、アクセスネットワーク（無線アクセスネットワーク: Radio Access Network）とコアネットワーク(Core Network)に分かれています。コアネットワークが4GのEPC (Evolved Packet Core)から5GC (5G Core)に代わる事で、5Gネットワークは様々な機能が追加され高度化します。
5GCでは、4Gや3G無線ネットワークや、公衆Wi-FiなどのNone-5G-RAN(5G以外の無線アクセスネットワーク)が共通のインターフェースを介して5GCに接続できるようになります。
5Gから新しく取り入れられた機能のN3IWF (non-3GPP Inter-Working Function)を使い、5G-RAN以外の無線アクセスネットワーク(RAN: Radio Access Network)も５GCに接続する事ができるようになります。複数の無線アクセスから5GCに接続する、Multi-RAT(Radio Access Technology)と言われて言います。
まとめ
主に、5GのCore Networkに関してまとめました。5G Core NetworkのDeploymentの流れや、各ステップや5G Core Networkの主要な技術に関してまとめました。
日本では、2021年に5G Coreが導入される計画のようです。また、2022年に5G Coreを使ったネットワークスライシングのサービスの一部開始される予定のようです。
5Gの特徴である、高速大容量、低遅延、多接続編に関しては以下の記事を参照してください。
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