特 集2

5G SA方式におけるコアネットワーク技術概要と無線基地局装置の開発
URL

https://journal.ntt.co.jp/article/24200

DOI

https://doi.org/10.60249/23125101

5G SA 方式を実現する5Gコアネットワーク技術概要
NTT ド コ モ は5G（ 第 5 世 代 移 動 通 信 シ ス テ ム ） 単 独 で 動 作 す る5G SA（Standalone）を実現するため，5G 専用のコアネットワーク装置（5GC）を開発・導入し，2021年12月に法人向けとして商用サービスを開始しました．5GC ではSBA（Service Based Architecture）やコンテナ基盤のような先進的な技術を導入し，ネットワークスライシングなどの5G 時代のネットワークに求められる新たな価値創造を実現していくことが可能となります．本稿では，これらの技

た な かゆ う た

お く だ

くにともこういちろう

田中奥田國友優多

あらかわ/ 荒川

ま さ やけんぞう

し み ずか ず と兼三/ 清水雅矢

和人

宏一郎

NTT ドコモ術について解説します．
キーワード：#5G Standalone，#5GC，# ネットワークスライシングとして既存の EPC に5G 基地局を接続してはじめに5G SA（Standalone）方式＊ 1 を実現す

5G サ ー ビ ス を 実 現 す る5G NSA（Non-います．NSSF は5GC にて，後述のネットStandalone）方式＊ 6 を採用しました．こ

ワークスライシングを実現するための専用るために開発・導入した5G（第 5 世代移の 方 式 は，5G 用 の 基 地 局 装 置 gNB動通信システム）専用のコアネットワーク（gNodeB），4G 用 の 基 地 局 装 置 eNB装置（5GC：5G Core network）＊ 2 では，（eNodeB）および第 4 世代のコアネット

例えば以下 2 つのような先進的な技術を活ワーク装置である EPC から構成され（図1（a）），5G 用の装置だけではなく4G 用の用しています．
・REST API（REpresentational State装置を用いるため，5G NSA 方式と呼ばれTransfer Application Programmingます（1）．この方式では，ユーザデータの送Interface） ベースで制御装置間の連受 信 を 行 う U-Plane（User Plane）処 理

携 を す る SBA（Service Based Ar-に5G 基地局装置および4G 基地局装置を利＊4chitecture）用し，信号の制御を行うC-Plane（Control＊3・更新や立上げが容易なコンテナ基盤Plane）処理に4G 基地局装置を利用します．

これら技術は，後述する各ネットワーク

5G NSA 方式を採用した理由は，EPC を利機 能（NF：Network Function） を 疎 結用することで C-Plane 処理は従来と同等の合にし，通信の利用用途に合わせて柔軟に品質レベルを実現可能であること，加えて各 NF を組み合わせることを可能とします．

既存ネットワークインフラを活用でき早期

これにより，ネットワークスライシングを導入が可能になること，の 2 点です．

はじめとした5G 時代のネットワークに求

一方5G SA 方式は，5G 用基地局装置でめられる新たな価値提供が可能となります．

ある gNB，および5G 用コアネットワーク

本稿では，前世代4G（第 4 世代移動通装置である5GC によって構成されます（図信 シ ス テ ム ）/LTE（Long Term Evolu-1（b））．5G SA では，4G 用の 装 置 を 使 わtion）のコアネットワーク装置である EPCないシンプルな構成となり，U-Plane 処理，＊5（Evolved Packet Core）と対比しつつ，C-Plane 処理共に5G 装置を利用して行い

上記 2 つの先進技術と新たな価値であるます．このネットワーク構成では，ネットネットワークスライシングを中心に解説しワークスライシングなどの第 5 世代向けのます．

より高度な制御が可能となります．
5G SA 方式で新規に導入された5GC は，5G NSA と5G SA でのコアネットワーク装置構成の比較
NTT ドコモは，5G の初期導入時の方式＊ 本特集は「NTT DOCOMOテクニカル・ジャーナル」（Vol.30 No.4, 2023年1月）に掲載された内容を編集したものです．

38

れは後述の SBA の実現に大きく寄与して2023.12

複数の NF で構成されています．その構成を図 2 に示します．4G のコアネットワー
ク装置である EPC と比較し特徴的なのは，NRF（Net w ork R eposit or y Func tion）＊ 7 と NSSF（Network Slice Selec＊8tion Function）です．NRF は NF を管理するリポジトリとして導入されました．こ

図1

5G NSA 方式・5G SA 方式の構成＊ 1 5 G SA 方式：5G の無線技術 NR を利用する
際に，NR にて制御信号およびユーザデータの送受信を行う方式．本稿では3GPP の5G
Deployment Optionのうち，NTTドコモが採用しているOption 2を指します．
＊ 2 5 GC：5G 専 用 の コ ア ネ ッ ト ワ ー ク．5G
NSA 方式＊6でも実現されていた高速・大容量に加え，5Gの特長である高信頼・低遅延，多数端末同時接続の対応に必要．
＊3 R
 EST API：ここではURIを指定してHTTP/2＊9でアクセスすることで JSON を返却する
API．
＊4 S
 BA：5GCで採用されているソフトウェアアー
キテクチャの1つで，コアネットワークの各NF を，SBIと呼ばれるバス型の統一的なインタフェースを介して接続し，相互作用させるアーキテクチャ．
＊5 E
 PC：LTE/4Gのコアネットワークを指します．
MME（Mobility Management Entity），
S-GW（Serving GateWay），P-GW（Packetdata network GateWay），PCRF（Policyand Charging Rules Function）などにより構成．
＊ 6 5 G NSA 方式：5G の無線技術 NR を利用する際に，LTE 側で制御信号をやり取りし，ユーザデータのやり取りにのみ NR とLTE を協調動作させて使う方式．本稿では3GPP の5G
Deployment Optionのうち，NTTドコモが採用しているOption 3x を指します．
＊7 N
 RF：NF ConsumerによるNF Producer
や NF Service の 発 見， 登 録 さ れ た NF
Producer の状態変更がある際の通知を実現するための登録・情報提供装置．
＊8 N
 SSF：加入者が利用するネットワークスライスを選択するNF．

5G Standalone

NF として導入されました．そのほかの NFについては，EPC に類似の機能があるものがほとんどです．

データ通信関連技術■ SBA の実装
特 集

5GC システムのアーキテクチャとしてSBA が採用されています．5GC では個々の機能を NF として定義しており，それぞれの NF は他の NF に対してサービスを提供しています（2）．この際に用いるインタ

図2フ ェ ー ス が SBI（Service Based Inter-

SBI が適用される NFface）です．5GC の中で，SBI が適用されて い る NF に つ い て 図 2 に 示 し ま す．
3GPP（Third Generation Partnership
Project）の標準規格 Release-15（Rel-15）
時点で SBA を利用するのは5GC の制御信号を送受信するC-PlaneのNFであり，ユーザデータを送受信する U-Plane の NF では
SBA は用いられていません．
SBA では，アプリケーション層のプロトコルとして HTTP/ 2 （HyperText Trans＊9fer Protocol version 2 ）を利用し，表記方法として JSON（JavaScript ObjectNotation）形式を用います．また，トランスポート層は，基本的には TLS（Transport Layer Security）への対応が必須と

図3コンテナ実装方式ごとのアーキテクチャなっています．SBI は NF のサービスを提供するインタフェースとして，NF ごとにMachine）型の仮想化方式ではゲスト OS既存資産を有効に活用できます．このため表現されています．SBI では，それぞれのが必要ですが，コンテナ型仮想化では不要

NTT ドコモでは，基本的にコンテナ onサービスにアクセスする際に REST API をです．こうした構成上の違いにより，コン

VM 方 式 の 採 用 と し ま し た． た だ し，利用します．

テナ型仮想化では，VM と比較し，「軽量」

U-Plane 処理部など VM が適する機能部も■コンテナ基盤の実装「迅速な起動・停止」といったメリットがあるため，それらは VM 方式を採用しま挙げられます．

した．

NTT ドコモが導入した5GC の動作基盤
では，コンテナを採用しています．コンテ

一方，NTT ドコモでは，VM 型仮想化に

ナ は 仮 想 化 技 術 の 1 つ で あ り， ホ ス ト

相当するかたちでコアネットワークの仮想採用とコンテナによる実装から，5GC のOS ＊10を共有しながら仮想的にリソースが化を推進してきました（3）．このような状況

NF は従来と比較してアプリ機能が最小化分離された空間をつくり出すことができまの中コンテナを導入するにあたり，① VMされており，機能単位ごとの改修やデプロす． 一 般 的 な 仮 想 マ シ ン（VM：Virtual型仮想方式（VM 方式），② VM 上にコンテイを並列に行うことが可能です．これによナをデプロイする方式（コンテナ on VMり，後述のネットワークスライシングのよ方式），③物理サーバ上に直接コンテナをうな柔軟で多様に変化するネットワーク需＊9 H
 TTP/2：IETF RFC（Internet Engineering
Task Force Request For Comment）9113
で規定される通信プロトコル．
＊10 ホ ストOS：ゲストOS（VMにインストールされた OS）と対比で使われる用語で，物理サーバにインストールされたOSを指します．
＊11 マ
 イクロサービス：ソフトウェア開発の技法の1つ．1つのアプリケーションを，機能に沿った複数の小さいサービスの疎結合な集合体として構成し，軽量なプロトコルを用いて相互の通信を行うことで全体を構成するソフト
ウェアアーキテクチャ．

マイクロサービス＊11を意識した SBA のデプロイする方式（ベアメタルコンテナ方要に対して，特定機能の拡充や追加といっ式）の比較検討を実施しました．これら方た対応を効率的に行うことが可能となり式のアーキテクチャを図 3 に示します．

ます．

②のコンテナ on VM 方式は，VM とコ■ネットワークスライシングと5GC の基ンテナの多段構成となるため，ベアメタル本呼処理コンテナ方式と比較するとわずかなオーバ（ １ ） ネットワークスライシングの概要

ヘッドがあるものの，機能面で差分がなくネットワークスライシングとは，物理的2023.1239

特 集 2

5G SA方式におけるコアネットワーク技術概要と無線基地局装置の開発

なネットワーク上に特定のネットワーク機Registration プロシージャは，UE からの技術により実現可能となるネットワーク能とネットワーク特性を提供する論理ネッの要求を契機に開始され，認証，契約情報スライシングについて，IP ネットワークとトワーク（スライス）を構成することをいいの突合，無線アクセスのセキュリティ設定，の基本概念の違いや導入形態の例を含め解ます．ネットワークスライシングの一般的UE に使用を許可するスライス ID の選択，説しました．

な用途は，スライスごとに異なるリソースポリシーの適用，位置登録などの処理が実割当てを行うことにより，同時に実現が困施されます（7）．

難なネットワーク特性（低遅延高信頼通信，Registrationが完了するとUEはコアネッ

広帯域通信，多端末通信など）を 1 つのコ

トワークに対してセッションの確立を要求,アネットワークで実現することです（4）（5）．

し，UE-requested PDU Session Estab-

コアネットワークにおけるスライスの識

lishment のプロシージャが実施され，ス

別子は，S-NSSAI（Single-Network Slice

ライスI D ， D N N （ D a t a N e t w o r k

Selection Assistance Information，スName），位 置 情 報 な ど を 用 い た SMF やライス ID）と呼ばれ，32ビットのうちUPF の選択，外部ネットワークとの DN-

先頭 8 ビットが機能やサービスについてス

AAA（Data Network Authentication，＊12

ライスのタイプを示し，続く24ビットが同Authorization and Accounting），アッ一タイプにおけるスライスの識別に使用さプリンク・ダウンリンクのトンネルの確立，,れます（4）（6）．

端末への IP アドレスの払い出しなどが実施

コアネットワークでは C-Plane，U-Plane のいずれのパケットのヘッダにもスライス ID が書き込まれず，スライス ID（ 3 ） ネットワークスライシングを用いた MEC の実現を用いて，通信の特徴などに応じて適切なMEC（Multi-access Edge Comput-

NF を選択することでネットワークスライing）＊15では，UEに近傍の適切なコンピューシングを実現します．一方，IP ネットワー

ティングリソース（MEC リソース）と，クではオーバレイネットワークなどを用いそれに対するクローズドな接続経路を提供た仮想ネットワークのように，U-Plane パ

し ま す． し か し， ユ ー ザ ご と に 個 別 のケットのヘッダに識別子を付与し分類する

DNN をコアネットワークや UE に設定すことでネットワークスライシングを実現しるという従来の提供方法では事前の設備構ており，根本的なアーキテクチャが異なり築に必要な期間が長く，パブリッククラウます．

ドのように即座にリソースを提供すること（ 2 ） 5GC の基本呼処理が 困 難 で す．ま た，IoT（Internet of

ユーザが端末（UE：User Equipment）Things）のようなユースケースでは端末の電源を入れてから通信可能となるまでに，位置や状況などに応じて接続先 MECリソー

大きく 2 つの処理―コアネットワークにスを遠隔地から変更したいケースなども考UE の 在 圏 基 地 局 を 登 録 す る Registra-

え ら れ ま す． こ の た め，UE に 設 定 す るtion，インターネット

DNN を変えずに，UE の位置情報や契約情等の外部ネットワークへの通信経路を確立

報からコアネットワーク側で接続先のする PDU（Protocol Data Unit）Ses-

MEC リソースや MEC リソースを収容する

sion Establishment プロシージャが実施

SMF，UPF を選択できる必要があります．

＊13プロシージャ＊14されます．

このような ケースでは UE が Registra-＊12 S-NSSAI：ネットワークスライシングにおいて，呼処理信号上でスライスを示すための識別子．
NFインスタンスの選択に使用されます．
＊13 Registration：5Gにおいて，移動端末が現在の位置情報をUDMに登録すること．
＊14 プロシージャ：基地局間や基地局 ‒コアネッ
トワーク間，基地局 - 端末間などにおける信号処理手順．
＊15 MEC：通信局舎などのユーザに近い位置にコンピューティングリソースを配備し，利用できるようにするコンピューティングアーキ
テクチャ．インターネット上に配備する場合に比べて通信遅延を低減でき，サービスの応答速度を向上できる場合があります．

40

されます（7）．

2023.12tion をする際にネットワーク側で契約情報から許可スライス ID を決定することで，特定の MECリソースへの接続にネットワークスライシングを活用することができます．

おわりに
本稿では，5G SA 方式実現のために導入した5GC で活用されている SBA やコンテ
ナ基盤などの先進的な技術を述べ，これら■参考文献（1） 巳之口・磯部・高橋・永田：“3GPP における5G 標準化動向，” NTT DOCOMO テクニ
カル・ジャーナル，Vol.25，No.3，pp.6-12，Oct. 2017.
（2） 巳之口・磯部：“5G コアネットワーク標準化動向，” NTT DOCOMO テクニカル・ジャー
ナル，Vol.25，No.3，pp.44-49，Oct. 2017.
（3） 鎌田・久野・田村・岩見屋：“ ドコモネットワークにおける仮想化基盤システムの実用化，” NTT DOCOMO テクニカル・ジャーナ
ル，Vol.24，No.1，pp.20-27，April 2016.
（4） 3GPP TS23.501 V15.13.0：“Systemarchitecture for the 5G System (5GS)；
Stage 2,” March 2022.
（5） 青柳・巳之口・原田・閔・髙橋・吉岡：“ 産業創出・ソリューション協創に向けた5G 高度 化 技 術，” NTT DOCOMO テ ク ニ カ ル・
ジャーナル，Vol.28，No.3，pp.65-81，Oct.
2020.
（6） 3GPP TS23.003 V15.11.0：“Numbering,addressing and identification,” Dec.
2021.
（7） 3GPP TS23.502 V15.16.0：“Proceduresfor the 5G System (5GS)；Stage2,” June 2022.

（上段左から）田中 優多/ 荒川 雅矢（下段左から）奥田 兼三/ 清水 和人 /國友 宏一郎NTTドコモにおける5G SA 方式を実現するコアネットワークの取り組みについて紹介しました．5G 時代に必要とされるコアネットワークに向けてさらなる進化をめざします．

◆問い合わせ先NTTドコモR&D 戦略部
E-mail dtj

nttdocomo.com