プライベート5Gの構築はWi-Fiと同じくらい簡単

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プライベート5Gの構築はWi-Fiと同じくらい簡単

システムアプローチ プライベート5Gに関する書籍の完成に向けて作業を進める中で、付録のハンズオンエクスペリエンスの完成に取り組んできました。そのため、普段よりも少し多くの、ええと、実践的な作業が必要になり、それがこのコラムのきっかけとなりました。

当社のプライベート 5G ブックは、他のエッジ ワークロードの中でも、マネージド 5G 接続サービスをホストするオープン ソースの Kubernetes ベースのエッジ クラウドを設計および実装した当社の経験に基づいています。

エッジアプリケーションはローカルブレイクアウトを活用できます。つまり、パケットを企業内から出さずにIoTデバイスなどと直接通信できるということです。このローカルなConnectivity-as-a-Service(CaaS)は、従来の通信事業者が提供するサービスではなく、マネージドクラウドサービスとして提供され、APIとダッシュボードによって実行時の接続の監視と制御が容易になります。プライベート5Gが、現在のWi-Fiと同じくらい簡単に導入・利用できるようになることが期待されています。

(Wi-Fi はあらゆるエッジ ユース ケースに十分であると主張する準備ができている読者のために、5G と Wi-Fi の議論は別の機会に残しておきます。)

プライベート5Gの設計・実装とプライベート5Gの展開・運用は全く同じではないことは当然のことです。付録の主な目的は後者について読者を支援することであるため、私たちは構築したシステムをテスト運用することにしました。しかし、その前に重要な注意点があります。ここで取り上げるシステム、Aetherは、運用化という面倒な作業を他人任せにするような、独立したコンポーネントの集合体ではありません。

Aetherには、ライブトラフィックをサポートする運用システムを立ち上げるために必要な統合機能がすべて含まれています。このテーマについては、私たちが一冊の本を執筆したほどです。しかし、だからといって、Bruceや私のような象牙の塔にこもる設計者にとって、Aetherを多少の摩擦もなく立ち上げるのは容易ではありません。課題の一部は私たちの失敗によるものですが、Aetherが促進しようとしている通信事業者からクラウドへの移行に内在する難しさを指摘する声もあります。

ハードウェア

ステップ1:5Gスモールセル無線機を入手することですが、Best Buyや最寄りの同等店では現在入手できません。私たちはSercommのBridgestone Indoor 5G Sub-6G Small Cellを使用しています。Sercommの4G対応製品(こちらは価格が安く入手しやすい)も使用した経験があります。

また、ユーザー機器(UE)のスターターセットも必要です。CBRSに対応しているスマートフォンはいくつかありますが(例:iPhone 11、Google Pixel 4以降)、Raspberry Piに接続できる5Gドングルを同梱することをお勧めします。5Gハードウェアの入手は現時点では依然として課題ですが、おそらく一時的なものでしょう。

他に必要なハードウェアは、Aetherを実行するためのサーバー(またはVM)ですが、要件はそれほど厳しくありません(クアッドコア、12GB RAM、Ubuntu 20.04または22.04)。ここで説明するアプローチでは、米国で割り当てられているCBRS周波数帯を使用していることに注意してください。他の国では、同様の割り当てを確立する段階が異なります。この点については、ご自身で調査する必要があります。英国では、Ofcom(英国通信庁)に相談する必要があるでしょう。

設定

ステップ2は、Wi-Fi APを設置したことがある人にとって5Gで最も馴染みのない部分、つまりスモールセル無線の設定です。これは3つのパートに分かれています。まずはRF関連のパラメータ設定ですが、私には全くの無資格です。パラメータ名は難解(例:FreqSsb、Arfcn)で、設定は一見恣意的(例:3609120、643356)で、計算式も…直感的ではありません。

5Gに関する数学計算の図

これらの(およびその他の)パラメータは、利用可能な周波数帯域の使用方法に対するオペレータの制御に関連しており、これは5Gがもたらす価値の一部です。明らかにまだ学ぶべきことはありますが、幸いなことに、すぐに使用できるデフォルト設定で問題なく動作します。2番目の部分は、スモールセルをローカルネットワークに接続することです。これは簡単ですが、無線に2つの802.3ポートがあるという点だけが複雑です。1つはWAN(ただし、Sercomm 5Gスモールセルでは2.5Gとラベル付けされています)で、もう1つはLAN(ただし、Sercomm 5Gスモールセルでは1Gとラベル付けされています)です。WANポートは、スモールセルがインターネットに接続する方法です(モバイルコアを介して間接的に接続しますが、これについては後ほど説明します)。

LANポートは無線機を管理ネットワークに接続するためのものです。これは言及する価値があります。なぜなら、技術的にはIETF仕様のインターネットデバイスではなく、オンプレミスの通信機器を管理することになるため、最終的にはTR-069/TR-098(それぞれSNMP/MIBの代わりに)を習得する必要があるからです。また、RAN要素を管理するためのO-RANアプローチであるO1管理インターフェースもありますが、私はまだ使用していません。プログラムインターフェースは多すぎるよりも少なすぎる方が良いでしょうが、ダッシュボードから必要な操作をすべて実行できたので、開始するには十分です。

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3つ目のパートは、スペクトラム・アロケーション・サーバー(SAS)の設定です。SA​​Sは、CBRSスペクトラムの3つの階層、または使用している周波数帯域へのアクセス管理を担います。「電源を入れて起動するか確認する」段階から先に進みたい場合は、SASの要件を理解し、SASプロバイダー(私たちはGoogleを使用しています)から認証情報を取得する必要があります。(また、無線機がSASに正確な位置を伝えるためにGPSアンテナを接続する必要があります。)

SIMシティ

ステップ3は、ビルディングブロックコンポーネントからシステムをどのように組み立てるかに関係するため、興味深いものです。前述したように、モバイルセルラーネットワークは、RANに接続された任意の2つのデバイスが相互に通信できるように、グローバルな命名スキームを定義しています。スモールセル無線とモバイルコアソフトウェアスタックの両方を、そのグローバルネットワークへの接続方法を認識できるように設定する必要があります。

これは、使用するモバイル国別コード(MCC)とモバイルネットワークコード(MNC)を定義することを意味します。このMCC/MNCのペアはパブリックランドモバイルネットワーク(PLMN)コードを形成し、ここでは異なる設定で2つの異なるIDを使用しています。MCC=315(US)とMNC=010(CBRS)から構成される315010と、MCC=001(TEST)とMNC=01(TEST)から構成される00101です。また、構築するプライベート5Gネットワ​​ークの責任者は技術的にはMNOとなるため、すべてのUEに挿入するSIMカードも焼き付ける必要があります。SIMカードには、PLMNコードをプレフィックスとして持つ15桁の番号である一意の識別子(IMSI)が含まれています。

(5G SIMライターはAmazonで購入できますが、製品の説明には次のように書かれています。「ご注意ください:カードはプロのエンジニアに提供されます。専門家に依頼してください。SIMカードに関する知識が必要です。知識がない場合は購入しないでください!」 )

正常に戻る

最後にステップ4では、お馴染みのIPアドレスの世界に戻りますが、IPサブネット、Linuxブリッジ、iptableルールを自在に操る能力が最大限に試されることになります。ここでは詳細を全て説明することはしませんし、RANを企業ネットワークにどの程度深く統合したいかによって結果は異なりますが、私の計算では、最大7つのサブネットが関係しているようです。

これは、モバイル コアが Kubernetes に実装されていること(独自のクラスター内アドレスとサービス可視アドレスのセットを持つ)、スモール セル無線をモバイル コアに接続するバックホールがオーバーレイ ネットワークであること(たとえば、ローカル企業ネットワーク上で実行されていること)、そしてモバイル コアの転送プレーン(Kubernetes ホスト型マイクロサービスとして実行されるユーザー プレーン機能 (UPF))自体が、RAN とインターネットの残りの部分の間でパケットを転送する IP ルーターであることなどによります。ping、traceroute、tcpdump などの診断ツールにアクセスできることが不可欠であることは明らかです(これが、少なくとも 1 台の Pi+Dongle UE を接続することを推奨する理由の 1 つです)。

Wi-Fiの設定がこれほど複雑になったことはかつてなかったでしょう。これは、ある程度、顧客とプロバイダーの境界線がどこに引かれているかによるのかもしれません。通信事業者は、加入者に販売するエンドシステムをシンプルに保つよう努めていますが、管理するネットワークデバイス(基地局など)の運用上の複雑さは受け入れています。

一方、ベンダーからWi-Fi APを購入する人は、設置が簡単だと思いがちです。企業(そしておそらく家庭)に導入されるスモールセルは、将来的には出荷前に事前設定されていたり、設置後に自動設定されていたりするようになると考えられますが、本書の目的は、5Gのあらゆる設定手順を含め、分かりやすく解説することです。

企業のシステム管理者(あるいは自宅でテクノロジーを試してみたい趣味人)なら、これらすべてについて知っておく必要があります。だからこそ、私たちはこの本を執筆しました!また、これらすべてのテクノロジーのオープンソース実装にアクセスできることも重要です。®

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