ShowNet における ローカル5Gの取り組み InteropTokyo2022 ShowNet NOCチームメンバ 岡田 和也

その前にShowNetとは？

Interop Tokyo • 世界最大のネットワーク機器と技術の展示会 • 1986年米国モントレで開催されたカンファレンスイベント 「TCP/IP Vendors Workshop」が始まり • 日本では毎年6月に幕張メッセで開催

“I know it works because I saw it at Interop” • 産業界、学術、研究機関からトップエンジニアが集まり、 Interopで構築される世界最大のデモンストレーションネット ワーク • 2年後, 3年後に業界に浸透する技術に先駆けて挑戦 • 様々な技術の相互接続性検証の場 • 最新技術を実装しながら安定した サービスを出展ブース・来場者に提供 • 出展社や来場者へのネットワーク提供 • “Live” Network

ShowNetとインターネット技術の歩み 年代 ShowNetでの取り組み 商用サービスの動き 1990年代 ATM メトロイーサネット ATMメガリンク 広域イーサネットサービス 2000年代 ADSL キャリアグレードNAT (CGN) セキュリティオペレーションセンタ (SOC) DSLサービス(YBB等） 光接続サービス（USEN, B-フレッツ等） CGN(キャリアグレードNAT) セキュリティインシデントの増加 IPv6サービス 2010年代 100GbE Software Defined Networking (SDN) DCファブリック サービスチェイニング 100GbEサービス SDN/NFV DCネットワークファブリック ネットワークスライシング 2020年代 400GbE SASE ゼロトラスト Wi-Fi 6

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ネットワークの規模 • コントリビューション機器/製品/サービス台数：約1,600台 • 動員数（のべ） ：533名 • NOCチームメンバー ：29名 • STM ：39名 • コントリビュータ ：465名 • UTP総延長：約15.0km 光ファイバー総延長：約4.2km • NOCラック及びPod総電気容量 約120.0kW 内訳（NOC 約110kW、Pod 約10.0kW） • NOCラック及びPod総コンセント数（100V, 200V含む）:約280個 内訳（NOC 約200個、Pod 約80個）

ローカル5Gのテーマ • 必見！多種多様なローカル5Gシステムが集合！ • マルチベンダでの5Gコア/RAN/端末の相互接続への挑戦 • デバイスとラインの相互接続 • 多様なローカル5G実現方式 • L5Gを利用したデモンストレーション

そもそもローカル5Gとは？

ローカル5G ① ローカル5G とは？ • 企業や地方自治体が自らの建物・土地にて構築・利用でき る5Gネットワークのこと • 通信事業者が提供する5Gを”キャリア5G”と呼ぶ • 4.5GHz帯と28GHz帯の周波数が割り当てられている NTTドコモ 100MHz ↑↓ 4.5GHz帯 (Sub6) 28GHz帯（ミリ波） 4600 4900 [MHz] 4500 楽天モバイル 400MHz ↑↓ NTTドコモ 400MHz ↑↓ KDDI/沖縄セルラー 400MHz ↑↓ ソフトバンク 400MHz ↑↓ ローカル5G ② 28.2 29.1 [GHz] 29.5 27.8 27.4 27.0

どうやったらローカル5Gを使えるの？ できるの？ • 必要な申請 • 電気通信事業者登録 • ローカル5G無線局免許申請 • ローカル5G特定無線局免許申請 • ローカル5Gの免許申請者数 • 108者（内本免許取得済：106者）*2022年3月31日時点 • Sub6 97者, ミリ波 30者 • 詳しい申請方法 • “ローカル5G免許申請支援マニュアル 2.02版”（ 第５世代モバ イル推進フォーラム）

ローカル5Gの想定用途 • 様々なユースケースを想定 • スタジアムでの低遅延映像配信 • 工場内のロボット制御 • 鉱山等での掘削機械の遠隔操作 • 大規模農場の自動監視 • ...

キャリア5G / ローカル5G / Wi-Fiの違い 比較項目 キャリア5G ローカル5G Wi-Fi 運用主体 移動体通信事業者 (MNO) 自組織 自組織 無線免許 必要 必要 不要 周波数帯 Sub6 / ミリ波 Sub6 / ミリ波 2.4GHz帯/5GHz帯 /60GHz帯 干渉 無 無 有 無線区間の遅延 1ms-4ms 1ms-4ms 50ms 通信帯域 〜4.2Gbps (Sub6 CA) 1Gbps程度（下り） 100-200Mbps程度 （上り） 〜9.6Gbps (802.11ax) セキュリティ SIM認証 SIM認証 WP2/WPA3 基地局/APの通信範囲 数十〜数百m 数十〜数百m 数十m

キャリア5G / ローカル5G / Wi-Fiの違い 比較項目 キャリア5G ローカル5G Wi-Fi 運用主体 移動体通信事業者 (MNO) 自組織 自組織 無線免許 必要 必要 不要 周波数帯 Sub6 / ミリ波 Sub6 / ミリ波 2.4GHz帯/5GHz帯 /60GHz帯 干渉 無 無 有 無線区間の遅延 1ms-4ms 1ms-4ms 50ms 通信帯域 〜4.2Gbps (Sub6 CA) 1Gbps程度（下り） 100-200Mbps程度 （上り） 〜9.6Gbps (802.11ax) セキュリティ SIM認証 SIM認証 WP2/WPA3 基地局/APの通信範囲 数十〜数百m 数十〜数百m 数十m

ShowNetでのローカル5G

ShowNetでのモバイルに関する遍歴 • 2017年 • 地域BWAを活用した IoT向けモバイルアクセス • 2018年 • 地域BWA/LTE閉域網によるセキュアで安定した無線通信 • ミリ波を利用した広帯域映像伝送 • 2019年 • 4G/5G (NSA) RANとEPCのマルチベンダー相互接続性検証 • ステートレスなトラフィック誘導を活用したMEC

ShowNetでの取り組み ここがローカル5G！ 独立した“7”つのローカル5Gシステムを構築！ 相互接続実験やローカル5Gの特徴を活かしたデモを実施！！

ローカル5G 全体構成図 PTP Nokia NTTCom+NEC NEC MS NTTCom バックボーンへ Cisco Juniper

全体概要 • 全部で7つの独立したローカル5Gシステムを構成 • 全て5GのコアとRANを利用するStand Alone (SA) で構成 • シールドテント内で電波を発射 • Sub6 4600MHz – 4900MHzを利用 • テント1：1システム • ノキア • テント2：3システム • NTTコミュニケーションズ/NEC, シスコステムズ , 日本マイクロソフト

周波数の割り当て コントリビュータ 中心周波数 [MHz] NTTコミュニケーションズ+NEC 4650 シスコシステムズ 4750 日本マイクロソフト 4850 ノキア 4750

ローカル5Gに必要な高精度時刻同期 • Precision Time Protocol (PTP) を利用した 高精度な時刻を提供 • 5G基地局ではマイクロ秒レベルの同期が 必要 • ITU-T G.8275.1 プロファイル • Boundary Clock (BC) からの各RANへ提供 • Best Master Clock Algorithm (BMCA) により 最適なGrand Master (GM) を選択 • BCから各社に時刻提供 ts2910.5g (GM) gm200.5g (GM) m1000.5g (GM) GNSS分配器 hs624ma4xptp (BC) GNSSアンテナ （幕張メッセ屋上に設置） 同軸→光ファイバ変換 ▲ ▲

GNSS/PTP の時刻差監視 • GNSS側（同軸）とPTP側 (UTP) に 測定器を接続 • GNSSで直接受信した信号の時刻と、 PTP BC（スイッチ）から提供され た時刻を比較し時刻差を監視 • 許容範囲のずれに収まっているか を確認 GNSSで見えている衛星 GNSSとBC経由のPTP時刻の誤差

シールドテントを利用した実験環境 • シールドテント • 特殊な素材を利用した生地により、 内部の電波が外部に漏洩しないよう にするテント • 電波を外に漏らさないことで免許を 取得する前に機材の検証等が可能 • ※微弱無線局の基準を満たす必要あり • ShowNetでは2つのテントを利用 • 合計4つの基地局と端末5台を収容 基地局 端末 シールドテント 停波中 実験中

スペアナによるテント内外の電波測定 • テント外での電波測定 • テント内の電波が外に漏洩がし ていないかの確認 • ホットステージから常時実施 • テント内での電波測定 • それぞれの基地局・端末の電波 が干渉していないかの確認 • 設定した周波数で電波を発射し ているかの確認 Sub6 の4650, 4750MHzを中心周波数とする 2つの基地局・端末からの電波を確認 アンテナ

Wi-Fiの電波の様子 • 会場内の午前9:00のWi-Fi周波数帯の利用状況 • ライセンス不要のためAPが増えるとチャネルの干渉は避けら れない 2.4GHz帯 5GHz帯

Juniper/Spirent: 広帯域なトラフィックを処理可能なUPF • ルータMX10003にUPF機能が追加 • ルータでの転送性能を活かした高い転送能力 • コアはSpirent Landslideにてエミュレーション • Spirent Test Centerで疑似された端末トラ フィックを転送 • 双方向でスループット 100Gbpsを達成！ mx10003 test center N6 N3 landslide 双方向100Gbps

操縦席 車載カメラのリアルタイム映像 車載カメラ 制御回路等は ラジコンカー内側に収納 5G端末 5G アップリンク （動画伝送） 5G ダウンリンク （ラジコン制御通信） NTTコミュニケーションズ/NEC：ローカル5Gを利用した 遠隔操作デモンストレーション テント内 デモ時間 • 6/15 • 11:00 - 12:30 - 16:30 - • 6/16 • 11:00 - 12:30 - 16:30 - • 6/17 • 11:00 - 12:30 - 15:30 -

NEC：準同期＋低遅延コーデックによる4K動画伝送 ローカル5G 準同期(アップリンク) シールドボックス リアルタイム映像 ローカル5G経由映像 4Kカメラ N3 N6 FG900CS NECマグナスコミュニケーションズ製 ローカル5G/キャリア5G対応 ゲートウェイ ローカル5G用UPF ユーザーデータ処理装置 UNIVERGE RV1200 ローカル5G Sub6一体型基地局 4K デコーダ 4K エンコーダ オムニアンテナ ※準同期TDDフォーマット：DDDSUUDSUU D: DL Slot, U: UL Slot, S: Special Slot 4K 4K RF ディスプレイみぎのカメラの前で動いて頂き、 ローカル5Gのリアルタイム性を 体験してみてください！ ShowNet

日本マイクロソフト : パブリッククラウドと連携した5Gコア • Azure Stack Edgeノード３台を ShowNetに設置 • Azureのポータルから5Gコアインスタ ンスとsim情報を一括して制御可能 • ASOCSの基地局と京セラローカル5G端 末（原田産業）と相互接続 Azure Portalの画面にコア/simの情報を表示 SIM情報 コア Azure Stack Edge ノード 基地局 端末

シスコシステムズ：クラウドコントローラと 汎用サーバCU/DUによるローカル5G実現 • クラウド上の5GC/管理コン ソールとオンプレのサーバが 連携 • 合計4Uのサーバと基地局により ローカル5G環境を構築 • ローカル5G向けに設定を簡素化 • 管理コンソールのライブデモ画 面をディスプレイで展示中 Cisco 5GC クラウド上の5GC管理コンソール (simの管理や通信状況を監視） UCS（サーバ）上に CU/DU, UPFを構築 Airspan RU

NTTコミュニケーションズ/Spirent：E2Eネット ワークスライシング • 3つのスライスを5GCおよびUPF上に構築 • N6区間からバックボーンにSRv6 Flex-Algoに乗り換え • スライス単位で経路を柔軟に制御 AMF SMF Slice #2 VLAN 2735(N3) Slice #1 Slice #2 VLAN 2733(N3) Slice #3 VLAN 2782(N3) Slice #3 Slice #1 VLAN 2737(N6) VLAN 2736(N6) VLAN 2783(N6) UE eBGP VLAN 2734 (N4) gNB Algo #1 Algo #3 Algo #2 N2 N4 vRouter N6 vRouter vUPF N3 vRouter Altran Spirent Landslide Kaloom ESXi上でAltran + Landslideを動作 ホワイトボックススイッチWedge でKaloom (UPF) を動作

ノキア: 大容量広帯域なローカル5Gシステム • サーバ2台 (CMU) にコアの機能が 集約されたオールインワン構成 • ローカル5Gに対応したCPEによ り高速な通信を実現 • CPEに接続した端末から常時約 1Gbpsのスループットを達成！ • ディスプレイでデモ中 BBU CMU 基地局 CPE

RANとコアの相互接続 • NEC / シスコシステムズ • NECの基地局RV1200とシスコス テムズのコア機能（AMF, UPF） の相互接続 • 日本マイクロソフト • Affirmed （コア機能）とASOCS の相互接続 RV1200 gNB NEC AMF, UPF シスコステムズ N2 N3 N2 N3 Azure Stack Edge ノード Affirmedコア機能 ASOCS RU/CU/DU

マイクロソフト : パブリッククラウドと連携した5Gコア • Azure Stack Edgeノード３台を ShowNetに設置 • Azureのポータルから5Gコアインスタ ンスとsim情報を一括して制御可能 • ASOCSの基地局と京セラローカル5G端 末（原田産業）と相互接続！！ Azure Portalの画面にコア/simの情報を表示 SIM情報 コア Azure Stack Edge ノード 基地局 端末

ローカル5G対応端末 FastMile 5G Gateway ノキア VersaPro NEC FG900CS （NECマグナスコミュニケーションズ） NEC K5G-C-100A（京セラ） 原田産業 RAKU+ (Compal) NEC

やってみてどうだった？

やってみてわかったこと • シールドテント/ボックスを使った検証 • ローカル5G の 4800MHz – 4900MHz 帯には、Wi-Fi 2.4GHz の高調波の影響が大きそう • 準備期間中に複数のモバイルWi-Fi端末からの高調波を観測

これからのローカル5Gに期待したいこと • 技術的・金銭的なハードルの低下 • 技術の味見をするためのハードルが高い • エンタープライズで使われている技術への対応 • 例えばsyslog, snmp, ansibleなど • UE（端末）/RAN/コアがもっと気軽につながってほしい

まとめ

まとめ • 7系統のローカル5GシステムをShowNetに構築 • 各システムを動作させローカル5Gシステムの技術を俯瞰 • 端末/RAN/コアの相互接続にも挑戦 • やってみないとわからないことが多い • ライセンスバンドに関する知見はエンタープライズ企業にほと んどない • まずはローカル5Gという技術が使えるか否かというよりも、 試せる人が試して知見を共有していくことが大事

ローカル5G 協力企業一覧（順不同） 特別協力 東京計器アビエーション

ご清聴ありがとうございました！ ぜひShowNetブースにお立ち寄りください