世界初、自動的に遅延保証と高効率収容を両立するネットワーク技術の実証

　NTTは5月27日、富士通の協力のもと、オペレータ操作なく自律的に低遅延保証と高効率収容を実現するネットワーク技術を開発したと発表した。同技術を用いた実証実験により、5Gモバイルフロントホールの要求遅延を満たしながら、1,000台に及ぶ大規模なIoT端末を収容する実証実験に、世界で初めて成功した。
　このネットワーク技術は、総務省委託研究「IoT機器増大に対応した有無線最適制御型電波有効利用基盤技術の研究開発（JPJ000254）」の枠組みの中で開発された。

研究の背景

　モバイルネットワークにおける、集約基地局とリモート局間のモバイルフロントホール（MFH）は、Point-to-Pointのファイバで接続されているが、5G以降はMFHトラヒックもパケット化されているため、ネットワーク装置により効率的な収容が可能だ。上の図のように、これまで有線／Wi-Fi含むサービスを収容していた広域アクセスネットワークにMFHトラヒックを混在収容することで、さらなる効率化・経済化が期待される。

　このネットワークを実現するためには、次の課題がある。

• MFHトラヒックは要求遅延が厳しいため、遅延保証が必須
• IoTトラヒックは今後産業界への普及が本格化し、接続台数増加が見込まれる

　従来から検討されている遅延保証技術の場合、ネットワークオペレータ側で遅延保証用の帯域を、伝送遅延差等を考慮しながら各ネットワーク装置に設定する必要があり、非常に煩雑だ。また、事前設定のため、遅延保証用の帯域が実際に必要な量よりも多くなってしまい、IoTトラヒックの収容効率が低下してしまう。そのため、今後の広域アクセスネットワークでは、MFHに対して自動的に遅延保証をしながらより多くのIoT端末を高効率に収容する技術が必要と考えられている。

研究開発の内容および成果

　今回開発されたネットワーク技術では、遅延保証をしながら高効率なトラヒック収容が可能だ。トラヒックの周期性を見て、自律的に遅延保証をしながら、保証帯域をトラヒック量に合わせて必要最小限とすることで、遅延保証と高効率収容を実現する。これらは、装置側で自動的に実施されるので、オペレータでの設定が必要ない。
　この技術を用いた成果は次の通り。

MFHと大規模IoTの重畳実験
　同技術を搭載した装置でネットワークを構築し、光産業創成大学院大学・大阪市立大学・NICTの協力の下、5Gモバイルフロントホールの要求遅延を満たしながら、1,000台に及ぶ大規模なIoT端末の収容実証実験に、世界で初めて成功した。
　この成果は、ECOC2020のポストデッドライン論文として発表されている。論文の中では、遅延保証技術により、5Gモバイルフロントホールの伝送遅延を要求遅延時間（100 us）以下にできることを報告している。また、高効率収容技術により、収容可能なIoT端末数を240台から1,000台まで向上可能であることを報告している。

ネットワークの経路制御
　さらなる高効率収容のため、ネットワークを流れるトラヒック量をリアルタイムに推定して次トラヒック量を予測する東京大学の技術と連携し、予測に基づいてネットワークの経路を変更する実証実験に成功した。
　IoTトラヒックはマイクロバースト等により突発的なトラヒック変動を起こす場合がある。その場合、従来の経路選択技術では、その突発的な変動に追従できず、IoTパケットが破棄される可能性があった。東京大学の持つFLAREスイッチでは、IoT等のアプリケーションごとの細やかなトラフィック・モニタが可能で、さらに収集データを教師データとした機械学習により、従来のトータルトラフィックではなくアプリケーションごとにトラヒックを予測する。これにより、マイクロバースト等の突発的なトラヒック変動によるパケット破棄が防げるため、IoTトラヒックのさらなる高効率収容が実現される。

　NTTは「今後は、より多くの遅延要件の異なるサービスを収容する検討等を進め、本技術の幅広い適用をめざす」との考えを示している。