NTTとNokia、IOWN オールフォトニクスネットワーク（APN）により動的に経路の変更が可能なモバイルフロントホールの実証に成功
～将来の柔軟なRANネットワーク運用に向け、IOWN APNを用いた広範囲での基地局運用による電力削減を実現～

1. 研究の背景

5Gや6Gでは、4Gまでと比べて高い周波数帯を使用することから同じ面積のエリアをカバーするために多くの基地局が必要となり、基地局の数の増加と、それに伴う消費電力の増大が課題となっています。
　これまで、基地局のアンテナ側装置と制御側装置（注釈：アンテナ側装置Radio Units/以下RU，制御側装置 Distributed Unit/以下DU）を分け、DUを集約することでこの課題に対処してきました。IOWN Global Forumの調査ではRUとDUの間の距離は7km以下が多いと報告されており、広範囲に存在する多数のRUが一つのDUに十分に集約できていないという実態があります。
　従来、RUとDUの間のモバイルフロントホールには1対1で固定的に光ファイバを接続する形態（ダークファイバ）が主流となっていましたが、この場合、RUが特定のDUと1対1に接続される形態となり、障害時には、RUでカバーしているエリアのサービスに影響があります。

IOWN APNによって、RUとDU間の経路の動的な変更が可能となります。RUとDU間の障害時においても、IOWN APNであれば障害部分を動的に迂回させることでRUがカバーしているエリアのサービス継続が可能となります。現在モバイルフロントホールには業界標準^※3として遅延時間160μsec以下^※4という厳しい規定があり、5GのRUとDUはこの規定に基づき動作するように作られています。本実証ではIOWN　APNを用いることでRUとDUの距離を延長しても5GのRUとDUが正常に動作することを検証しました。

図1. モバイルフロントホールと遅延要件

2. 実証実験の概要

5GのRUとDU間をIOWN APNによって接続し、長距離伝送においても5GのRUとDUがデータ転送を含めて正常に動作することを検証しました。検証においては、IOWN APN機器構成や伝送方式など、IOWN Global Forum のIOWN for mobile networkのProof of Concept（PoC）Reference^※5に準拠の上実施しました。また、様々なAPN機器の導入形態を想定し、長距離伝送を行うAPN機器区間（APN-TとAPN-Gの間、APN-GとAPN-Iの間など）の距離を変えた検証も行いました。

2.1. 実証実験結果

実証実験の結果、様々なIOWN APN機器の導入形態において、伝送距離25kmの環境でRUとDUが正常に動作し、データ転送時の速度やロス率などの通信の品質にも影響がない^※6こと、遅延時間が133μsecであることを確認しました。
　また、遅延時間が133μsecであることから、最大距離約30km^※7まで長距離伝送が可能であることも机上にて確認しました。

図2. 実証検証における構成と結果

2.2. 実証実験における各社の役割

IOWN APN を適用したモバイルフロントホール実証実験（図2）を以下の分担で行いました。
■NTT： 端末、RU、CU/DUなどの5G モバイル通信で必要な機器と通信の正常性確認と品質測定が可能なテスト環境を提供し実証実験を実施。
■Nokia： IOWN APN機器であるFlexible Bridge，APN-T，APN-G，APN-Iを提供し実証実験を実施。

3. 今後の展開

今回の実証実験により、IOWN APNを用いることでRUとDUの距離を延長しても5GのRUとDUが正常に動作することを示しました。今後は、RUとDU間での障害発生を模擬し、その環境下でもIOWN APNの動的な経路の変更により安定したモバイル通信サービスが継続できるかの実証実験に取り組み、強靭なネットワークの実現を目指します。また、日中と夜間のユーザ数やトラフィック量の変動に応じて、RUが接続するDUをIOWN APNを用いて動的に切り替えることにより、電力効率の高いモバイルネットワークの実証実験にも取り組みます。

^※1IOWN Global Forum（IOWN GF）：これからの時代のデータや情報処理に対する要求に応えるために、新規技術、フレームワーク、技術仕様、リファレンスデザインの開発を通じ、シリコンフォトニクスを含むオールフォトニクス・ネットワーク、エッジコンピューティング、無線分散コンピューティングから構成される新たなコミュニケーション基盤の実現を促進する新たな業界フォーラムです。
https://iowngf.org/
https://group.ntt/jp/newsrelease/2019/10/31/191031a.html

^※2IOWN APN（オールフォトニクス・ネットワーク）：IOWNは、主に、ネットワークだけでなく端末処理まで光化する「オールフォトニクス・ネットワーク（APN）」、サイバー空間上でモノやヒト同士の高度かつリアルタイムなインタラクションを可能とする「デジタル・ツイン・コンピューティング」、それらを含む様々なICTリソースを効率的に配備する「コグニティブ・ファウンデーション」の3つで構成されます。
APNは、ネットワークから端末、チップの中にまで新たな光技術を導入することにより、これまで実現が困難であった超低消費電力化、超高速処理を達成します。1本の光ファイバ上で機能ごとに波長を割り当てて運用することで、インターネットに代表される情報通信の機能や、センシングの機能など、社会基盤を支える複数の機能を互いに干渉することなく提供することができます。
https://www.rd.ntt/iown/

^※33GPP（The 3rd Generation Partnership Project）［3GPP TR 38.801］、［3GPP TR 38.806］、［3GPP TR 38.816］RAN機能スプリットオプション7の場合となります。

^※4ファイバ遅延：0～150μsecとパケット遅延変動（PDV）：0〜10μsecの合計160μsecとなります。

^※5IOWN for mobile networkのPoC Reference：IOWN Global Forum内でモバイルネットワーク領域における技術検討を行った結果を実証実験の技術条件として定義し公開しています。
https://iowngf.org/wp-content/uploads/formidable/21/IOWN-GF-RD-MFH_over_APN_PoC_Reference_1.0.pdf

^※6従来の形態であるRUとDUの間を光ダークファイバで直接1対1接続した時のデータとAPNの形態であるデータを比較し同じ値であることを確認しています。

^※7実証実験時の遅延時間が133μsecとなり、規定遅延時間160μsecに対し27μsec、光ファイバの距離にして5km延伸可能なため合計として約30kmまで接続可能であると算出しています。（光ファイバの遅延時間は5μsec/km）