Beyond5G時代のテストベッド構築・運用のためのNICTの取組み
国立研究開発法人情報通信研究機構
総合テストベッド研究開発推進センター
児島史秀
スマートIoT推進フォーラム 技術戦略検討部会
第11回テストベッド分科会
令和3年9月27日

Beyond 5G/6G時代には…

• 通信サービス要件の向上、多様化に加えて、要件間連携・調和の可能性を想定• CPS技術を活用したさらなるサービス多様化・高度化に期待• 電波利用リテラシの向上と、電波有効利用による安心・安全社会の確立• 電波利用の多様性と透明性を段階的に進行
～4G

ヒト

要件間連携
では、6Gは？
要件が増えるの？

通信サービス要件

5G

ヒト/モノ

6G

ヒト/モノ

CPS電波調律基盤
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総合テストベッド研究開発推進センターのミッション◼ Beyond 5G時代の社会的・技術的ニーズを検証可能なテストベッドを構築し、循環進化◼ テストベッドを通じた価値創造、社会課題解決寄与、ICTサービスエコシステム形成
我が国のICT分野の研究開発・技術実証・社会実装・国際連携に貢献• 光・量子通信技術等の世界最先端技術の実証環境を支える
新たな価値創造及び社会課題の解決に寄与• フォーラム活動、国プロ等の機会を通じ、機構、研究機関、通信事業者、ベンダ、ベンチャーなどのテストベッド利用者の研究開発能力をテストベッドに結集

国際的に魅力ある研究開発ハブの形成に向けた取組を推進• テストベッドの利用、運用及び改善を通じたテストベッドの実証環境の循環進化

Beyond 5G時代の社会的・技術的ニーズを検証可能なテストベッド
データ連携処理基盤(DCCS: データセントリッククラウドサービス)

Beyond 5G
ソフトウェア化
分散広域実証環境

社会受容型ICTサービス
現実社会と結合するエコシステム形成のためのエミュレーション基盤 自律型モビリティ基盤

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NICT総合テストベッドの概要◼ 技術実証と社会実証の一体的推進が可能な検証環境◼ 大学・企業・自治体等の幅広いユーザが利用、さまざまな実証を推進◼ 海外機関とのネットワーク接続等も整備し、国際共同研究・連携・展開を推進

超高速研究開発ネットワークテストベッド「JGN」

最先端のネットワーク技術の検証と国内海外における実証環境の構築を支援

今中長期計画期間において、Beyond 5Gの実現に向けた検証環境を新たに構築

SINET5
海外拠点
シアトル バンコク
シンガポール 香港
大規模エミュレーションテストベッド「StarBED」

100万台レベルのエミュレーションによるハードウェア・ソフトウェアの検証基盤

連携する各種機能⚫キャラバンテストベッド⚫LPWAテストベッド⚫P4テストベッド⚫IoTゲートウェイ⚫AIデータテストベッド⚫他の機構内テストベッドや設備

3超高速研究開発ネットワーク 「JGN」 の概要
ICT技術開発の基盤となる超高速研究開発ネットワーク「JGN」を整備
・国内、海外のアクセスポイントを最大100Gbpsの広帯域な回線で接続し、L2／L3接続、仮想化サービス、光テストベッド等のサービスを提供
・リアルな広域ネットワーク環境を用いて、次世代バックボーンネットワーク技術の検証が可能
・StarBEDのネットワーク環境としても活用可能【国内外に広がるアクセスポイント・相互接続ネットワーク】•••

レイヤ2(Ethernet)/レイヤ3(IP) 拠点間接続
国内外のアクセスポイント(AP)へ直接接続• 商用サービス(フレッツ等)での接続
相互接続する学術研究ネットワークや地域ネットワーク経由の接続• 大学・高専から学術情報ネットワークSINET経由での接続• 地域ネットワーク経由での接続【利用者向け仮想ルータ/サーバ/ストレージサービス】••

各拠点の仮想ルータを使った広域でのネットワーク実験
主要拠点に配備する仮想マシン(VM)(仮想サーバ・ストレージ)利用【拠点間光ファイバ】•

低損失の光ファイバ芯線• 小金井ー大手町ー東京大学間• テラビット級の光伝送実験も可能

JGN : Japan Gigabit Network が由来

SINET・地域ネットワーク・
海外学術研究機関ネットワークとはJGNデータセンタ等拠点で接続

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大規模エミュレーションテストベッド「StarBED」の概要◆実験専用のPC群◆実世界と同じOSやソフトウェアが動作◆PCをそのまま貸し出すのでOSの入れ替えも可能◆持ち込んだハードウェアを接続可能◆ネットワーク構成も自由に設定可能◆インターネットから隔離されているので「失敗」を許容◆マルウェア等の動作検証も可能◆数百台のPCが存在するため大規模な環境での検証が可能◆実時間で動作◆実験PC群を簡単に操作可能なミドルウェアの提供◆石川県能美市のNICT北陸StarBED技術センターに設置

5主な利活用事例①50Gbps超の大容量リアルタイムデータマルチキャスト配信実験をJGN上で検証高速ソフトウェアルーティングエンジンKamueeの実用化テストを実施
研究の概要○エヌ･ティ･ティ･コミュニケーションズ株式会社が開発した高速ソフトウェアルータをNICT総合テストベッド上で稼働させることにより、機能・性能を検証○毎年２月に実施している“さっぽろ雪まつり”を舞台にした映像配信実証実験では、他社製品が混在する実環境をJGN上で構築し50Gbps超の大容量データ配信を実施（Kamueeは2019年、2020年と参加）

２０２０年2月の映像配信実証実験
フル解像度８K非圧縮ストリームによる立体映像配信において、L(左）チャンネル映像の配信経路上にKamueeを組み込み、一連の実験とデモンストレーションを実施。
実験環境はJGNの基幹ネットワークを構成するルータ群をはじめ、数多くのネットワーク機器が混在する環境となっており、実運用環境に非常に近いものであったが、50Gbps超の大容量リアルタイムデータマル
チキャスト配信においても「Kamuee」が実運用可能であることが実証された。今後は映像伝送等でのバックボーンでの利用が期待される。

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主な利活用事例②
Data Mover Challenge 2020○2019年8月から2020年1月まで行われた•NSCC(National Supercomputing Center)が主催する広帯域データ伝送コンテスト「Data Mover Challenge2020（DMC20）」に、NICTが参画。
○コンテストではNRENが提供するインフラ（回線とサーバ）を利用し、各チームが開発したデータ転送ツールとソフトウェアを実 •装し、データ転送技術を競う。
○パートナーとしてDTNサーバならびに回線（JP-SG 100G）提供など技術協力・貢献。

競技者としてNICTとJAXAで結成した「チームむさしの」が参加。NICT開発のHCPツールが、GUIを備えた独自のプロトコルに基づいており、厳しい環境で幅広いテストを実施したことが評価され「ExperimentalExcellence Award」を受賞。
特筆する結果として、パケロス耐性の高いHpFPプロトコルを用いることで、RTT800ms, PLR6%環境で10Gbps以上の高い性能を達成。

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第5期中長期目標期間のテストベッド方向性概要
API連携クラウドサービス• データ連携による新たな価値創成• B5Gソフトウェア化インフラ• モバイル(新規)と信頼性付与• 産業界と連携してリアルB5Gに• 現実とサイバー空間の融合エミュレータ• シミュレーション連携と新規技術アドオンを容易に•

サービスレイヤテストベッドと、エッジ・クラウド連携基盤等のB5Gソフトウェア化インフラテストベッドからなる新たなテストベッドを構築する

サイリアルテストベッド
行動シミュレータ

エミュレータシミュレータ実システム

Smithsonian PF

シミュレータシミュレータシミュレータエミュレータシミュレータネットワーク (基幹)
エミュレータ通信 (伝搬)
シミュレータ

避難確認実システム

Smithsonian PF

サービスレイヤテストベッド

交通シミュレータ
水流シミュレータ・・・エミュレータ
・・・シミュレータ

社会受容型ICTサービスのB5Gパイロット

電波伝搬エミュレータ

B5Gソフトウェア化インフラ
テストベッドソフトウェア化インフラ
エッジコンピューティングパイロット

ビル空調

辺境地コネク
テッドカー

見守り

ライドシェ
ア

監視研究概要•••••テストベッド関連技術の開発
エッジコンピューティングのパイロット
社会受容型ICTサービスのB5Gパイロット
サイリアル連携パイロット(電波伝搬エミュレーションへの貢献)

8高信頼・高可塑B5G/IoTテストベッドの構築◼ Beyond 5Gにより実現される通信ネットワークシステムにおいて安定かつ大容量・低遅延などのサービス品質を限られた設備で満たすためには、従来のシステムと比較して、高信頼性と高い可塑性が求められる。こうしたBeyond 5Gネットワークの高い信頼性・可塑性確保には、産学官が多様な技術を持ち寄って研究開発・実証を行う必要があり、そのための検証環境（テストベッド）を整備する。

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高信頼・高可塑B5G/IoTテストベッドに関する「レイヤ」構想
3つのレイヤを意識したNICT「B5Gテストベッド」の拡充について：• プラットフォーム・レイヤ：DCCS、自動翻訳、AI等を含めたマルチAPIプラットフォーム• ミドルウエア・レイヤ：ミドルウェア群となるCPS基盤、可視化・制御サーバ群• ネットワーク・レイヤ：コア、アクセス、ワイヤレスNW、エッジ・クラウド基盤

従来テストベッドも踏まえた運営検討

NICT「B5Gテストベッド」

データ連携・利活用検討

DCCS、自動翻訳、AI等を含めたマルチAPIプラット
フォーム

データ分析・可視化検討
B5Gネットワークに関する検討

PFレイヤ策定

MWレイヤ策定

CPS基盤、可視化・制御サーバ群

NWレイヤ策定

有線・無線NW、エッジ・クラウド基盤
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「高信頼・高可塑B5G/IoTテストベッド」構成諭
構成理念：• ファンクショナリティの拡張性を前提• 時空間同期技術への対応検討• DCCS等のデータ連携技術への対応検討• 構成はブロック化（ 機能ブロック ）し、要素間連携を明確化
運用理念：• 利用者の環境持込みにも対応し循環進化• Blackboxに徹せず、ソフトウエア改変による拡張も可能• 適切な運用管理レイヤ(OAM、制御線等)導入によるシステム化・DX対応• 外部データ活用、AI解析等に際し利用者間連携・外部連携を拡張
B5Gサービス
試験システム
データ連携

B5Gインフラ
Beyond 5G/IoT機能検証システム(基幹部)

ヘテロジニアスB5G網を用いた高度アクセス試験環境
Beyond 5G/IoT機能検証システム(モバイルシステム部)

コネクテッドカーテストベッド
多端末大規模情報収集基盤

高速回線(JGN)
Beyond 5G/IoT
機能検証基盤装置

エミュレーション連携

B5G/IoT技術検証のための模擬基盤整備

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「高信頼・高可塑B5G/IoTテストベッド」ブロック図の対応

B5Gサービス
試験システム
データ連携

B5Gインフラ
Beyond 5G/IoT機能検証システム(基幹部)

ヘテロジニアスB5G網を用いた高度アクセス試験環境
Beyond 5G/IoT機能検証システム(モバイルシステム部)

コネクテッドカーテストベッド
多端末大規模情報収集基盤

高速回線(JGN)
Beyond 5G/IoT
機能検証基盤装置

エミュレーション連携

B5G/IoT技術検証のための模擬基盤整備

12高信頼・高可塑B5G/IoTテストベッドの要素技術①：サービスレイヤテストベッド◼ サービスレイヤテストベッド（Data Centric Cloud Service）➢ 多様なデータとB5Gを組み合わせたサービス創成のためのテストベッド➢ NICT保有のデータや先進的技術などNICTの強みを活かした価値を提供➢ B5Gネットワークを用いた新サービスの開発環境➢ アプリケーションのサンプルや活用事例を蓄積しユーザと共有することで、新サービスの萌芽を促し、いち早い検証と実用投入を可能とする➢ 外部とも協力しながらデータや機能を開発（テストベッド分科会とも連携）

13高信頼・高可塑B5G/IoTテストベッドの要素技術②：CPS電波エミュレーション◼ 高精度、リアルタイム性を特徴とする高度ワイヤレスエミュレーション技術の検討➢ 大規模仮想環境検証基盤• 無線リンクエミュレータにおいて外部無線機の動作を相互作用させ、現実の動作を出力• 内蔵する仮想無線機により、仮想的な多数の無線機動作を適用可能➢ 電波伝搬モデル・電波発射挙動モデル• 電磁界解析、レイトレーシング、伝搬モデルを適切に参照しモデル化➢ 外部無線機• ソフトウエア無線機等の疑似無線機、商用機器を含む実無線機を想定
モデル入力

大規模仮想環境検証基盤

A/D変換部

疑似無線機

実無線機

無線リンク
エミュレータ

電波伝搬モデル・
電波発射挙動モデル

仮想無線機

…
模擬結果
出力

高精度・リアルタイム電波模擬

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