5G アーキテクチャ

概要

Ultra Cloud Core は、5G New Radio（NR）Standalone （SA）モードの 3GPP 標準規格をサポートするシスコのソリューションです。これらの標準規格では、ネットワークのパフォーマンスと機能を向上させるために、コントロールプレーン（CP）とユーザープレーン（UP）機能（CUPS など）の分離に基づいて、さまざまなネットワーク機能（NF）が定義されます。

コントロール プレーン ネットワーク機能

Ultra Cloud Core を構成する CP 関連の NF は、次のテナントを中心に設計された共通のアーキテクチャに基づいています。

  • クラウドスケール：完全に仮想化され、シンプルさ、スピード、柔軟性を実現します。

  • 自動化とオーケストレーション：最適化された運用、サービスの構築、およびインフラストラクチャ。

  • セキュリティ：インフラストラクチャから NF アプリケーションまで、展開スタック全体における複数のセキュリティ層。

  • API 公開：オープンかつ広範で、可視性、制御、およびサービスイネーブルメントが向上します。

  • アクセスに依存しない：複数のネットワークタイプをサポート（5G、4G、3G、Wi-Fi など）。

これらのコントロールプレーン NF はそれぞれ、サブスクライバ マイクロサービス インフラストラクチャ（SMI）を介した展開用のコンテナ化されたアプリケーション（マイクロサービスなど）として設計されています。

SMI は、ライフサイクル管理（LCM）、運用と管理（OAM）、パッケージングなど、NF の機能面に対する共通アプリケーション層を定義します。

図 1. Ultra Cloud Core CP アーキテクチャコンポーネント

ユーザー プレーン ネットワーク機能

Ultra Cloud Core 内の 5G UP NF は、ユーザープレーン機能（UPF）です。CP 関連の NF とは異なり、5G UPF は、Cisco 4G CUPS アーキテクチャ内のユーザー プレーン コンポーネントで現在使用されているのと同じ Vector Packet Processing（VPP）テクノロジーを利用しています。この共通性により、4G と 5G の間で次のような一貫した機能のセットが提供されます。

  • 超高速パケット転送。

  • 広範に統合された IP サービス（サブスクライバ ファイアウォール、テザリング、ディープ パケット インスペクション（DPI）、Internet Content Adaption Protocol（ICAP）、アプリケーションの検出および制御（ADC）、ヘッダーエンリッチメント（HE）など）。

  • トラフィックおよび TCP を最適化するための統合されたサードパーティ製アプリケーション。

サブスクライバ マイクロサービスのインフラストラクチャのアーキテクチャ

Ultra Cloud Core Subscriber Microservices Infrastructure（SMI）は、マイクロサービスベースのアプリケーションの迅速な展開とシームレスなライフサイクル運用を可能にするクラウドテクノロジーの階層化されたスタックです。

SMI スタックは次のもので構成されています。

  • SMI クラスタマネージャ：Kubernetes（K8s）クラスタを作成し、ソフトウェアリポジトリを作成して、展開、アップグレード、拡張を含むクラスタの継続的な LCM を提供します。

  • Kubernetes 管理：クラスタに展開される NF アプリケーションに LCM を提供する K8s プライマリおよび etcd 機能が含まれます。このコンポーネントは、クラスタヘルスモニタリングとリソーススケジューリングも提供します。

  • 共通実行環境（CEE）：ライセンス付与と権限付与の機能、設定管理、テレメトリとアラームの可視化、ロギング管理、障害対応ユーティリティなど、Cisco クラウドネイティブ NF とアプリケーションの共通ユーティリティおよび OAM 機能を提供します。また、これらのツールと展開されたアプリケーションに関連するすべてのお客様との接触ポイントと統合ポイントで、一貫した対話とエクスペリエンスを提供します。

  • Common Data Layer（CDL）：5G およびサブスクライバ アプリケーション向けに特別に設計された、高性能で低遅延のステートフルなデータストアを提供します。この次世代データストアは、ローカルまたは地理的冗長性の展開で高可用性を提供します。

  • サービスメッシュ：アプリケーションコンテナ間の高度なメッセージルーティングを提供し、管理された相互接続性、追加のセキュリティ、および低リスクの方法で新しいコードと新しい構成を展開する機能を実現します。

  • NB ストリーミング：課金および課金システムに「ノースバウンド データ ストリーミング」サービスを提供します。

  • NF またはアプリケーション ワーカー ノード：NF アプリケーションポッドを構成するコンテナ。

  • NF またはアプリケーション エンドポイント（EP）：NF またはアプリケーションと、それらのネットワーク上の他のエンティティへのインターフェイス

  • アプリケーション プログラミング インターフェイス（API）：展開、構成、および管理の自動化のためのさまざまな API を提供します。

次の図は、これらのコンポーネントがどのように相互接続し、マイクロサービスベースの NF またはアプリケーションを構成するかを示しています。

図 2. SMI コンポーネント

SMI コンポーネントの詳細については、『Ultra Cloud Core サブスクライバ マイクロサービス インフラストラクチャ』および『展開ガイド』の「概要」の章にある関連ドキュメントを参照してください。

コントロール プレーン ネットワーク機能アーキテクチャ

コントロールプレーン（CP）NF は、クラウドネイティブ環境内で提供されるステートフルまたはステートレス機能を利用する 3 階層アーキテクチャに基づいて設計されています。

アーキテクチャ層は次のとおりです。

  • プロトコル ロード バランサ サービス：このサービスは、アプリケーションコンテナの動的な検出と、プロトコルのプロキシと終了を主な役割とするステートレス マイクロサービスです。対象には、従来の 3GPP プロトコルと、5G で導入された新しいプロトコルが含まれます。

  • アプリケーションサービス：コアアプリケーションまたはビジネスロジックの実装を行い、受信した情報に基づいて実際のアプリケーションをレンダリングするステートレスサービスです。この層には、さまざまなレベルのマイクロサービスの粒度が含まれる場合があります。アプリケーションサービスはステートレスです。

  • ステート管理サービス：ステートレス アプリケーション サービスは、セッションデータやサブスクライバデータなどのステート情報を保存またはキャッシュするための共通データ層（CDL）を提供します。この層は、インメモリキャッシュから本格的なデータベースまで、さまざまなデータ ストレージ テクノロジーをサポートします。

図 3. コントロール プレーン ネットワーク機能階層型アーキテクチャ

Cisco CP NF が設計されている 3 階層アーキテクチャは、3GPP で定義されている 5G コア（5GC）のサービスベース アーキテクチャ（SBA）を完全にサポートしています。Cisco CP NF は、3GPP の定義に従い、HTTP/2 over TCP を使用して、サービスベースのインターフェイス（SBI）を介して相互に通信したり、サードパーティ NF と通信したりします。

図 4. Cisco CP NF サービスベース アーキテクチャのサポート

シスコのネットワーク機能の詳細については、対応するネットワーク機能のマニュアルを参照してください。