Azure にプライベート 5G ネットワークをデプロイする

Industry 4.0 と呼ばれる第 4 次産業革命が到来しました。 Industry 4.0 によって、ビジネスの運営方法を変える最新の産業用アプリケーションがもたらされます。 これらのアプリケーションは、処理能力と接続性が向上しています。 組織全体からデータを収集して処理することで、より戦略的かつ効率的なビジネスの運営を支援します。 企業の規模が拡大するにつれて、これらのワークロードを処理できるソリューションが必要になります。

このような要件を満たすため、最近の企業は、プライベート 5G ネットワークとマルチアクセス エッジ コンピューティング (MEC) ソリューションの両方を必要とします。 プライベート LTE または 5G ネットワークにより、データを効率的に処理するために必要な速度、セキュリティ、モビリティ、サービスの質が企業に提供されます。 エッジ コンピューティングを使用すると、待ち時間の影響を受けやすい産業用アプリケーションとデータの局所化がサポートされ、時間に制約があるデータをエッジで迅速に処理することが可能になります。

企業がプライベート LTE または 5G ネットワークの利点を実現するには、いくつかの課題に対処する必要があります。 そうした課題には、運用とエンジニアリングの複雑さの軽減、マルチサイト企業のエンドツーエンドの可視性の確保、アクセスセ キュリティの実現のほか、自動化されたソフトウェアベース ソリューションの配布を改善することが含まれます。

これらの課題に対応するために、Microsoft では、プラットフォームとネットワーク サービスを含む Azure マネージド サービスと、無線およびアプリケーションの ISV エコシステムを組み合わせたアプローチを導入しました。 このソリューションは、完全に統合されたプライベート 5G ネットワーク サービスであり、企業向けに作られています。 これらのサービスを提供および管理するモバイル通信事業者とマネージド サービス プロバイダーの数は増えています。 このソリューションは、Azure、Azure Network Function Manager、Azure Arc、Azure Stack Edge、Azure Kubernetes Service、Azure Private 5G Core を組み合わせたものです。 これらのサービスはすべて、Azure クラウドから管理および調整されます。

このアプローチによって、システム インテグレーターと企業が直面する複雑さとコストの課題に対処します。 これにより、企業はハイパフォーマンスでセキュリティが強化されたプライベート 5G ネットワークを展開し、最新の産業用アプリケーションの導入を推進することができます。

これは、システム インテグレーターと通信事業者が Azure サービスを使用して企業向けのプライベート ネットワークを構築する方法を説明する 2 つの記事のうちの 1 つです。 これらのネットワークでハイパースケール クラウドと統合 MEC アーキテクチャの利点を活用して、CapEx と OpEx を削減し、イノベーションを促進し、新しい収益機会を開拓します。

5G によって強化されたプライベート ネットワーク

5G によって強化されたプライベート ネットワークによって、通信サービスの変革が進んでいます。 5G の主要な無線およびコア機能により、拡張モバイル ブロードバンド (eMBB)、超高信頼低遅延通信 (URLLC)、大規模マシン通信 (mMTC) の高密度スケールとデリバリーが可能になります。 これにより、通信事業者は、ハイパフォーマンスの産業用アプリケーションの開発者に向けて新しいサービスを提供し、新しい商用モデルを導入できるようになります。

音声、テキスト、データ、ビデオなどのコンシューマーベースのオファリングは、電話会社のサービス ポートフォリオの不可欠な部分であり続けます。 一方で、ロボット工学用の LTE または 5G プライベート ネットワーク、ビデオ AI、デジタル ツイン アプリケーション用の大規模な IoT、HoloLens のようなデバイスでの拡張現実エクスペリエンスなどの新しいエンタープライズ ベースのオファリングは、通信事業者に新しい収益機会を生み出します。 これらのサービスを提供するには、電話会社は従来の通信ネットワーク アーキテクチャを超えて先に進み、ハイパースケール クラウドと MEC をより直接的に使用する必要があります。

プライベート エンタープライズ モバイル ネットワークの実装の動機になる要因は、いくつかあります。

• 現在の建物内のワイヤレス システムのスケールと通信範囲の制限
• データとビデオの生成量の増加
• より高いレベルのモビリティとセキュリティに対するニーズの高まりと、リアルタイム データ処理の需要

5G、MEC、クラウドを組み合わせると、高速で安全性が高く、スケーラブルなプライベート ワイヤレス ネットワークを作ることが可能になり、離れたエッジ、クラウド、またはハイブリッドの場所で実行される分析にアプリケーションを利用できます。

プライベート 5G ネットワークで実現できる業界のユース ケースの一部を次に示します。

プライベート 5G ネットワークは、スマート スペースや Industry 4.0 アプリケーションのような、より高度なサービスを支える機能であることから、5G エンタープライズ サービスの強力なユース ケースを代表しています。 しかし、5G プライベート ネットワークに利点があるとは言え、通信事業者と企業にとっての課題は残っています。 最大の課題は、エンタープライズ環境での 5G ネットワークの展開と管理の複雑さです。 5G ネットワークには、無線周波数 (RF) の設計から 5G モバイル コア アーキテクチャまで、従来のエンタープライズ スキル セットの範囲外にある考慮事項が存在します。 また、5G ネットワークとクラウドマネージド エッジ コンピューティングをエンタープライズ環境にコスト効率よく展開するために必要なテクノロジ ポートフォリオや最小限の占有領域が不足している電話会社もあるでしょう。

Microsoft では、簡略化されたサービスとしての MEC アプローチを提案しています。これは、グローバルなハイパースケール クラウド プラットフォームと、ネットワーク コンポーネント (クラウド アプリケーションのスイートで利用されるクラウドネイティブの 5G スタンドアロン コアなど) を組み合わせたものです。 このアプローチを使用すると、企業はネットワーク全体からデータを収集し、遅延の影響を受けやすいデータをエッジで効率的に処理しながら、大量のデータを Azure で処理する機能を利用できます。

プライベート 5G ネットワークの利点

4G の到来と、限られた地理的地域で CBRS のような共有スペクトルにアクセスできるようになったことが、プライベート 5G ネットワークの経済性を変えました。 この変化が起きた理由は、企業が専用のプライベート移動体通信ネットワークを使用して、展開と実験を行えるようになったことです。これにはスモール セル テクノロジと仮想化されたネットワーク機能が使用されます。 5G RAN とコア最適化により、さらなる高速化、超低遅延、セキュリティ対策、コスト効率など、より充実した機能セットが提供されます。 このような 5G の特性は、製造や輸送などの業界において重要です。地理的範囲の課題や IoT アプリケーションの利用拡大に伴い、強化されたネットワーク特性が必要とされているのです。

以下の各セクションで説明するように、これらの同じ特性を複数の業種で活用できます。

信頼性の高いカバレッジ

多くの産業用およびエンタープライズ アプリケーションには、運用テクノロジ環境で一般的な有線および Wi-Fi テクノロジのカバレッジ制限を超える接続が必要です。 4G および 5G 無線での専用スペクトルの使用による動的干渉の制限と伝送能力の増加、および固有のモビリティ機能によって、大規模なサイトでハイ パフォーマンスかつ大容量のコスト効率に優れたワイヤレス接続が実現します。 このようなサイトとして、空港、港、オープンキャスト鉱山、配送センター、キャンパス、建設現場などがあります。 さまざまなスペクトル オプションを使用できる柔軟性があり、屋内と屋外の両方のユース ケースでカバレッジとデータ レートを最適化できます。

スループットの向上

多くのプライベート ネットワーク アプリケーションで必要とされるスループットを 4G テクノロジによって得ることができます。 しかし、5G を使用すると 4G の 10 から 20 倍のスループットが得られ、ワイヤレスでサポートできるアプリケーションの範囲が広がります。 ミリ波などの今後のスペクトル オプションは、屋内で使用するために展開して、ノイズの多い RF 環境に分散している場合でもデバイスの密度を高めるために最適化できます。 その結果、スケーラブルなネットワークになります。

待ち時間の短縮

5G ネットワークを使用すると、待ち時間が 4G ネットワークよりも桁違いに短くなります。 待ち時間の短縮は、ロボット制御システムのような時間に制限があるアプリケーションにとって重要です。通常、ラウンドトリップ待ち時間のバジェットは 10 ミリ秒以下です。 ローカル エッジ コンピューティング設備にアプリケーションが展開された 5G ネットワークでは、このような待ち時間の要件を十分にサポートできます。

決定論的アクセスのサポート

5G 無線は、設計上、決定論的アクセスをサポートします。 この設計により、待ち時間とジッターの上限が保証されます。このことは、さまざまな種類のアプリケーションにとって重要です。 このカテゴリでは、5G は有線イーサネットのパフォーマンスにはるかに近くなります。 5G によって、かつて有線接続を必要としていたアプリケーションの拘束を解くことができます。

データの局所化とプライバシー

企業は、従来の企業ネットワークを使用して、特定の geo フェンス地域へのデータの公開を効果的に制限できます。 しかし、ワイヤレス テクノロジが広まると、データの公開を制限する機能には、アクセスを制限するという代償が伴うようになりました。 プライベート 5G ネットワークとエッジ コンピューティングを組み合わせることで、データがどこでアクセスおよび処理されるかについて、可視性を高めて制御を向上させることができます。 この可視性と制御により、企業のデータ主権のレベルが大きく向上します。 プライベート 5G ネットワークとエッジ コンピューティングを使用すると、機密性の高い情報については、セキュリティを強化してローカルで保持し、たとえ通信事業者に対してであっても外部ネットワーク接続経由で公開されないようにすることができます。

シンプルなオペレーション

通信事業者が直面しているのは、有線や Wi-Fi、そしてますます増えるモバイル ブロードバンドによる企業リソースへのアクセスの必要性に基づいて、複数のバージョンのネットワーク テクノロジをアクセス制御やその他のセキュリティ機能と共に実装することです。 プライベート ワイヤレス ネットワークを使用すると、企業の IT チームは、社内外の従業員に適した簡素化されたアクセス アーキテクチャを構築する機会を得ることができます。

バックホールの節約

産業用およびエンタープライズ アプリケーションの中には、監視や検査用の高解像度ビデオ カメラのように、大量のデータを生成するものがあります。 これらのアプリケーションには、通常、ストレージと分析の両方が組み込まれています。 通常は待ち時間の影響を大きく受けることはありません。 ただし、一元化されたクラウドに大量のデータをバックホールする高いコストを避けるために、これらのアプリケーションをローカル コンピューティング設備に展開することは理にかなっています。 プライベート 5G ネットワークにより、この展開が可能になります。 そのため、一元化されたクラウド設備への接続で処理する必要があるのは、要約されたデータのみになります (たとえば、ローカル分析によって検出された、アクションにつながるイベントに関する情報など)。

法律と規制のコンプライアンス向上

プライベート 5G モバイル ネットワークは、データをローカルに保持できるようにするだけのものではありません。 情報と通信のセキュリティに対する脅威から企業が自らを守るのにも役立ちます。 5G には、以前の世代の通信方式よりも多くのセキュリティ メカニズムが組み込まれており、IMSI キャッチャーや Stingray などの高度な攻撃からの保護が強化されています。 通信事業者は、Azure に埋め込まれた Defender for Cloud のような複数レイヤーのセキュリティとツールを使用することで、顧客のエッジで実行する場合であっても、重要なワークロードとアプリケーションを強化されたセキュリティのもとで展開、監視、運用することができます。

プライベート 5G ネットワーク: 製造のケース スタディ

スマート デバイス、オートメーション、クラウド、モバイル ブロードバンド テクノロジが、Industry 4.0 の変革を推進しています。 さらに、この変革から、製造業にプライベート 5G ネットワークの需要が生まれており、プライベート 5G ネットワークの主要なコンシューマーとなっています。 スマート デバイスを接続し、テレメトリ データを使用してリアルタイムの意思決定をサポートし、運用効率の向上を図ろうとする製造業者は、そのための基盤をプライベート 5G ネットワークによって得ることができます。 製造業者にとって、クラウド上のネットワーク データを効率よく処理できることは、さまざまな面で役に立ちます。

メンテナンスの予測

• 品質の監視と追跡
• 機械の摩耗、故障、ボトルネックの削減
• 運用効率の向上

スマート ファクトリ

• コネクテッド ファクトリ アプリケーション
• スタッフの安全のためのアプリケーションと空気質管理
• アクセス制御 (セキュリティ) とスマート分析

製造オペレーション

• 資産管理とインテリジェントな製造および在庫
• パフォーマンスの最適化と監視
• エンドツーエンドのオペレーションの可視性

プライベート 5G ネットワークに対する Microsoft のアプローチは、IoT および Industry 4.0 のアプリケーションに最適です。 単一のオンプレミス プラットフォームでデータを処理し、選択したデータを Azure で処理するためにインテリジェントにバックホールすることができるので、待ち時間が短いリアルタイムの意思決定と自動化が可能になります。 バックホールされるトラフィックが減少することで、企業と通信事業者のコストも削減されます。

Azure ゼロ トラスト モデルは、製造データがモバイル ネットワーク機能、企業、クラウドの間を移動する際のセキュリティ維持に役立ちます。 また、このようなセキュリティ強化により、通信事業者は、転送中またはストレージ内の顧客データをセキュリティで保護するタスクから解放されます。

プライベート 5G ネットワークへの電話会社のパス

プライベート 5G ネットワークは、従来のエンタープライズ LAN、特殊な産業用ネットワーク、パブリック モバイル ネットワークが交わる位置に存在します。 それは通信事業者が 5G サービスの範囲を新しい市場に拡大する機会を与えるものです。

多くの企業は、プライベート 5G ネットワークを展開する方法を検討するとき、モバイル ネットワーク事業者をサプライヤーの候補として好意的にとらえるでしょう。 企業は通信事業者を通信において信頼できるパートナーと見なしており、商用関係は既に確立されています。 通信事業者には、セキュリティで保護された信頼性の高いモバイル ネットワークの展開と運用に関する専門知識があります。 地域の帯域免許に基づいて、企業がプライベート 5G を展開するために移動体通信事業者と連携する必要があることを示す規制要件またはスペクトル条件が存在する場合があります。

通信事業者がプライベート 5G ネットワークをパブリック モバイル ネットワークの自然な延長ととらえている場合もあります。 既存のネットワーク資産を利用し、ネットワーク スライスを使用して、パブリック ネットワークからのエンタープライズ モバイル トラフィックを安全にパーティション分割できます。 ただし、企業は、局所化された接続性を備えた専用ネットワークと、そのアプローチで得られるよりも強化された制御を必要とします。 また、パブリック ネットワークは、主にモバイル ブロードバンド市場にサービスを提供するように構築されています。 その目的のために高度に最適化されています。 エンタープライズ アプリケーションによってネットワークに新しい異なる需要が発生しますが、必要な柔軟性は提供されません。 この業界で採用されているのは、エッジベースのプライベート ワイヤレス ネットワークです。これにより、事業者のネットワークとの密接な統合も可能になります。 企業は 5G の柔軟性を活用する必要があります。

通信事業者と企業が確信を持てるプライベート 5G ネットワーク ソリューションには、次の 3 つの重要な属性が必要です。

• マネージド接続。 多くの企業は、Wi-Fi ネットワークおよびモバイル アクセス ポイントの管理経験があります。 4G または 5G 無線ネットワーク設計、SIM のアクティブ化、エンドツーエンドのソリューション展開は、ほとんど経験がありません。 この状況から、通信事業者が企業のニーズを満たすためにマネージド型の無線およびスペクトル ソリューションを提供する機会が生まれます。

• マネージド サービス。 エンドツーエンドのプライベート 5G ネットワークの展開と管理を実施でき、アプリケーションを開発して提供できるパートナーは、企業に大きな価値を付加します。 ソリューション管理全体を一元化されたクラウドベースの環境に移行することにより、通信事業者とマネージド サービス プロバイダーは、エンドツーエンドのマネージド サービスを 1 つの場所から提供できます。 クラウドベースのアーキテクチャの自動化、セキュリティ、スケールを活用することは、企業がプライベート 5G ネットワークを採用するための明確な ROI モデルを実現するために不可欠です。

• マネージド アプリケーション。 プライベート 5G ネットワークのユース ケースは、そのサービスを利用する企業と同様に独自です。 たとえば、リモートの石油掘削プラットフォームと自動車メーカーの懸念事項が同じということはありません。 このようなさまざまなユース ケースに対処するには、エッジ プラットフォームとネットワークの構成、展開、管理方法に柔軟性とシンプルさが必要です。

通信事業者と企業の両方にとって、プライベート ワイヤレス ネットワークと必要な MEC アプリケーションのインストールと管理が簡略化されます。

パート 2 に進む: プライベート 5G ネットワークを構築する

共同作成者

この記事は、Microsoft によって保守されています。 当初の寄稿者は以下のとおりです。

プリンシパル作成者:

• Rick Lievano | ビジネス戦略担当ディレクター

その他の共同作成者:

• Mick Alberts | テクニカル ライター

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次のステップ

• Azure Private 5G Core プレビューとは
• プライベート モバイル ネットワークの主要コンポーネント
• プライベート モバイル ネットワークの設計要件
• ラーニング パス: Azure を使用して 5G サービスをデプロイする

関連リソース

• 電気通信業界向けのソリューション
• Edge ワークロード構成パターン
• プライベート 5G ネットワークを構築する