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【shownet.conf_2023】ローカル5Gサービス提供への挑戦とその知見

ShowNet
October 02, 2023
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 【shownet.conf_2023】ローカル5Gサービス提供への挑戦とその知見

shownet.conf_ での講演資料(ローカル5G)

ShowNet

October 02, 2023
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Transcript

  1. 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
  2. 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 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
  3. 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 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
  4. シスコシステムズ クラウド上の加入者管理機能とオンプレミスのコアが連携 汎用1Uサーバで4G/5Gを同時に収容可能な5GC/EPCコンバージドなモバイルコア Sub6とミリ波の3ベンダ基地局を接続 19 ブラウザベース運用管理 Hall 4 5G SA

    端末 Hall 5 5G SA 端末 5G NSA 端末 S1/S2ラック横 シールドテント オンプレミス RANとエッジコア 1Uサーバ上の5GCとEPC クラウド 加入者 情報 認証 端末 管理 ポリシー 汎用サーバによるCU/BBU 移動 管理 セッション 管理 Hall 5シスコパビリオン NOCブース横
  5. NTTコミュニケーションズ/NTTドコモ クラウド、オンプレミスクラウドを活用した2系統の5Gシステム SDPF edge上の5GC、AWS Outposts server上のUPF、AWS上の5GC 2系統の5Gシステムを1つのオーケストレータで制御 20 Capgemini 5GC

    5GC on AWS SDPF edge (オンプレミスクラウド) Kaloom UPF P4/FPGA対応Whitebox SW Hall 4 5G SA 端末 RU CU/DU CU/DU/RU Hall 6 5G SA 端末 AWS Outposts server (オンプレミスクラウド) UPF on AWS Outposts NTTドコモ NTTコミュニケーションズ
  6. クラウド機能配備 オンプレ エッジクラウド クラウド 考え方 NEC U-plane機能 (RAN, UPF) UPF以外の5GC

    U-planeはオンプレ、C-planeは クラウド シスコシステム ズ U-plane機能 (RAN, UPF) C-plane機能 (AMF, SMF) 加入者管理(UDM)、 認証(AUSF)等 管理系のみクラウドに寄せる。 スケーラビリティで有利 NTTコミュニ ケーションズ U-plane機能 (RAN, UPF) UPF以外の5GC U-planeはオンプレ、C-planeは クラウド NTTドコモ RAN UPF UPF以外の5GC 全部クラウドに寄せつつ、U- planeはエッジクラウドに収容 UPF パケット 転送 AMF 位置管理等 SMF セッション管理 RAN 基地局 UE 端末 PCF ポリシ制御 UDM 契約情報 SBI NRF サービス ディスカバリ CHF 課金 AUSF 契約認証 DN インターネットや 企業ネットワーク N4 N2 N1 N3 N6
  7. 各系統のコア構成 ローカル5Gでは構築簡易化・高速化などのためにクラウドが使われる S UPF AMF SMF RAN UE PCF UDM

    SBI NRF CHF AUSF ShowNet Backbone RV1200 Controller NEC オンプレ クラウド RV1200 MEC一体型UPF NEC 5GC Cloud UPF AMF SMF RAN UE PCF UDM CHF AUSF NTTドコモ 5GC on AWS RV1200 UPF SPGW-U AMF SMF SPGW-C gNB UE UDM AUSF ShowNet Backbone シスコシステムズ UPF AMF SMF RAN UE PCF UDM CHF AUSF Slice NTTコミュニケーションズ Kaloom UPF Capgemini 5GC AirSpan Slice Slice ShowNet Backbone AWS Outposts Server SDPF Edge S Slice Slice Slice en- gNB UE MME HSS PROXY CISCO Private 5G Control Center ShowNet Backbone
  8. パブリッククラウドとの接続 ShowNetバックボーンを SRv6 トンネルを経由して 対外接続ルータへ fx2.noc/kamuee.noc – acx7100.noc間を 接続 Flexible

    Internet Connect (FIC) を 経由してGCP, AWSのテナント ネットワークと直接接続 23 AWS GCP SRv6トンネル FIC
  9. ローカル5Gを支える時刻同期 (PTP) 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 異なるPTPグランドマスター3台を利用 系の構成に応じてBoundary Clock (BC) / Transparent Clock (TC) で構成 25 ts2910.5g (GM) gm200.5g (GM) tp4100.5g (GM) GNSS分配器 hs624ma4x.5g (TC) GNSSアンテナ (幕張メッセ屋上に設置) PTP g8275.1 + SyncE ▲ ▲ qxs716gt.5g (TC) ncs540- acc-sys.5g (BC) 基地局 GNSS 同軸光変換 光を分光してMoIPなどのGMへGNSS信号を提供
  10. 高精度な時刻同期が必要な理由 基地局からフレーム送信開始タイミングがGNSSからの基準時刻 (UTC) から59872✖Ts (Ts = 1/(15000*2048)) 経過したタイミングと規定 1.9489ミリ秒であり,そのズレが1.5マイクロ秒以下と定められている 26

    0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 D D D S U U D D D D D D D S U U D D D D フレーム構成 スロット番号 フレーム 10ミリ秒 スロット 0.5ミリ秒 D D D D D D G G G G U U U U 6シンボル以下 4シンボル以下 U: アップリンク D: ダウンリンク S: スペシャル 基準時刻 フレーム開始時刻 平成31年総務省告示第23号
  11. マルチアクセスでのスライス動的制御PoC Qmonusオーケストレータから、ローカル5Gとキャリア5Gを模した2つの5Gシス テムをにスライスを生成 端末の所属スライスを端末操作なしでNWから変更することで、ローカル5Gを 含むNWと公衆網等を自由に往来させる QmonusからUDMの加入者情報を書き換え、AMF経由で端末に再位置登録を要求すること で、端末の所属スライスを動的に変更する 35 映像用スライス (ShowNet

    SRv6) IoT用スライス (ShowNet SRv6) AWS Outposts server AWS Region (Graviton) NTTCOM Local 5GC/UPF ライブカメラ 端末 UPF NTTCom RAN ライブカメラ 端末 NEC RAN Qmonus (オーケストレータ) 5GConAWS NTTCom IoT Connect GW NWエミュ レータ 映像集約 サーバ IoTセンサ 端末 IoTセンサ 端末 Qmonusからスライス生成指示 スライスの切替指示 NWエミュ レータ Qmonusを用いた 5GC、ローカル5GC の連携制御