—2030 年に向けたアーキテクチャとブレークスルー技術の鳥瞰 —

(1)

招待論文

Beyond 5G 時代のネットワークビジョン

—2030 年に向けたアーキテクチャとブレークスルー技術の鳥瞰 —

^※

山中直明

^†^a)

西村光弘

^††

石黒正揮

^†††

岡崎義勝

^††††

川西哲也

^{†††††}

釣谷剛宏

^{††††††}

中尾彰宏

^{†††††††}

原井洋明

^{††††††††}

廣岡俊彦

^{†††††††††}

古川英昭

^{††††††††}

宮澤雅典

^∗

山本直克

^{††††††††}

吉野修一

^∗∗

Future Vision of Beyond 5G Network — Overview of Architecture and Breakthrough Technologies for 2030 —

^※

Naoaki YAMANAKA

^†^a)

, Mitsuhiro NISHIMURA

^††

, Masaki ISHIGURO

^†††

, Yoshikatsu OKAZAKI

^††††

, Tetsuya KAWANISHI

^{†††††}

, Takehiro TSURITANI

^{††††††}

, Akihiro NAKAO

^{†††††††}

, Hiroaki HARAI

^{††††††††}

, Toshihiko HIROOKA

^{†††††††††}

,

Hideaki FURUKAWA

^{††††††††}

, Masanori MIYAZAWA

^∗

, Naokatsu YAMAMOTO

^{††††††††}

, and Shuichi YOSHINO

^∗∗

あらまし 2020年に我が国でも5G商用サービスが本格開始され，2021年の東京オリンピック・パラリンピックでは，5Gを応用したサービスのトライアルが行われる．一方，同時に将来の技術やニーズを先取りしたBeyond

5G/6Gの研究開発スタートの年となる．Beyond 5G/6Gを検討する際は，将来を予想して必要となるサービスを左手

とするならば，ブレークスルーにより発展する基盤技術を右手として，それらを融合するネットワークアーキテクチャを面的に考え，同時に時間軸のステップを考える必要がある．そのため，総務省が主体となり「Beyond 5G時代の有線ネットワーク検討会」を発足させ，キャリア，国立研究機関，アカデミアに加え，本分野の代表的な電子情報通信学会研究専門委員会の委員長，コンソーシアムの主導者にも参加頂き，Beyond 5Gのオーバービューとブレークスルー技術等の取りまとめを行った．本論文では，そこで取りまとめた「ネットワークビジョン2030」を電子情報通信学会の多くの読者，研究者に提供することにより，自らのビジネスや研究へのヒントを得ると同時に，各分野の最新動向をフィードバック頂くことで，常に最新のビジョンへブラッシュアップすることを目指し，執筆を行った．

キーワード Beyond 5G/6G，光ネットワーク，インターネット，マルチクラウド，スマートネットワーク

†慶應義塾大学理工学部，横浜市

Faculty of Science and Technology, Keio University, 3–14–1 Hiyoshi, Kohoku-ku, Yokohama-shi, 223–8522 Japan

††総務省，東京都

Ministry of Internal Aﬀairs and Communications, 2–1–2 Kasumigaseki, Chiyoda-ku, Tokyo, 100–8926 Japan

†††株式会社三菱総合研究所，東京都

Mitsubishi Research Institute, Inc., 10–3 Nagatacho 2-chome, Chiyoda-ku, Tokyo, 100–8141 Japan

††††日本電信電話株式会社NTTネットワークサービスシステム研究所，武蔵野市

NTT Network Service System Laboratories, NTT Corporation, 3–9–

11 Midori-cho, Musashino-shi, 180–8585 Japan

†††††早稲田大学理工学術院，東京都

Faculty of Science and Engineering, Waseda University, 3–4–1 Okubo, Shinjuku-ku, Tokyo, 169–8555 Japan

††††††株式会社KDDI総合研究所，ふじみ野市

KDDI Research, Inc., 2–1–15 Ohara, Fujimino-shi, 356–8502 Japan

†††††††東京大学大学院情報学環，東京都

Interdisciplinary Initiative in Information Studies, Tokyo University, 7–3–1 Hongo, Bunkyo-ku, Tokyo, 113–0033 Japan

††††††††国立研究開発法人情報通信研究機構，小金井市

National Institute of Information and Communications Technology, 4–2–1 Nukui-Kitamachi, Koganei-shi, 184–8795 Japan

†††††††††東北大学電気通信研究所，仙台市

Research Institute of Electrical Communication, Tohoku University, 2–1–1 Katahira, Aoba-ku, Sendai-shi, 980–8577 Japan

∗KDDI株式会社，東京都

KDDI Corporation, 2–3–2 Nishishinjuku, Shinjuku-ku, Tokyo, 163–

8003 Japan

∗∗日本電信電話株式会社 NTT未来ねっと研究所，横須賀市 NTT Network Innovation Laboratories, NTT Corporation, 1–1 Hikarinooka, Yokosuka-shi, 239–0847 Japan

a) E-mail: [email protected]

※本論文は，システム開発・ソフトウェア開発論文である．

DOI:10.14923/transcomj.2020JBI0002

(2)

1.

まえがき

我が国においては，

2019

^年

9

^月に第

5

^{世代移動通信} 方式（

5G

）のプレサービスが開始され，

2020

年

3

月からは国内主要電気通信事業者による

5G

商用サービスが本格開始されるなど，ネットワークインフラの大きな変革期を迎えようとしている．世界に目を向けると，欧米や中韓等では既に

5G

^{サービスが開始されて} いるほか，

2018

年

4

月にフィンランドアカデミーが

5G

の次の世代となる

Beyond 5G/6G

の研究開発プロジェクト「

6Genesis

」を国家旗艦研究に指定

[1]

，国際電気通信連合電気通信標準化部門（

ITU-T

）では，

2018

年

7

^月に第

13

^{研究委員会（}

SG13

^{）において「}

2030

^年代に向けたネットワークの在り方に関する検討」（

FG NET-2030

）という

Focus Group

を立ち上げ，

2019

年

5

月にホワイトペーパーをまとめるなど，

6G

実現に向けた検討が活発化しつつある．

こうした状況を踏まえ，我が国においても，

2019

^年

9

月から総務省（

MIC

）が中心となって「

Beyond 5G

時代の有線ネットワーク検討会（主査：山中直明慶應義塾大学教授）」（以下，

B5G

有線

NW

検討会）を立ち上げ，

2030

年代の

Beyond 5G

時代を見据えた有線ネットワーク技術について検討を行い，それらの成果を

2020

年

2

月に第

1

期報告として取りまとめを行った．

B5G

有線

NW

検討会は，長期間に渡り継続可能な連携体制を構築するために，キャリア，国立研究機関，アカデミアなどから有識者を幅広く集めるとともに，学術発展や産業振興に指導的役割を果たす電子情報通信学会の研究専門委員会委員長，国内コンソーシアムの主導者にも参加頂き，様々な立場の意見を踏ま

えながら

Beyond 5G

時代に期待されるネットワーク

インフラの在り方，それを実現するために求められる新たな要素，ブレークスルーが期待される技術，その研究開発のロードマップ等について検討を行った．更に，

Beyond 5G/6G

実現に向けた国際標準化機関や諸外国の動向を調査することで，「グローバルに連携する部分」と「差別化として強化すべき部分」についての分析を行い，我が国が戦略的・重点的に取り組むべき技術について検討を行った．

図

1

が

B5G

有線

NW

検討会の具体的なイメージである．

B5G

有線

NW

検討会で策定したスナップショット「ネットワークビジョン

2030

」を国の研究開発戦略にインプットするとともに，検討会参加メンバーが所属する機関へ持ち帰り，ビジネス戦略や研究開発戦略

図1 B5G有線NW検討会の位置付けと今後 Fig. 1 Relation among government strategy, private company/

academia and this research team.

に反映することはもちろん，電子情報通信学会等の学会や，

PIF

（

Photonic Internet Forum

），けいはんなオープンラボラトリーといった任意のコンソーシアムへも持ち帰り，より専門的な議論を行うことで各分野の最新動向を踏まえた検討状況をフィードバック頂くことを考えている．このように，

B5G

有線

NW

検討会をトリガとして，国内の多くの関係機関を取り込んだポジティブループを構築し，常に最新のビジョンへブラッシュアップできるようなサステーナブルな検討スキームを確立することで，我が国の研究開発を活性化させることを目指す．

本論文では，

B5G

有線

NW

検討会における検討が

2030

年代に期待される新たな世界を実現するための重要な基盤としての「

Beyond 5G/6G

」の早期実現の一助となり，国民生活や経済活動のより一層の発展を支えるだけでなく，

ICT

（

Information and Communications

Technology

）分野の国際市場における我が国のプレゼ

ンス確保等に寄与していくことを期待し，その取りまとめ成果を紹介する．以下，

2.

では，

Beyond 5G

に向けた標準化機関を含む国内外の取り組みを述べる．

3.

では，

Beyond 5G

時代における新たな社会像や，それ

らを実現するためにネットワークインフラに求められる要求条件，目指すべきネットワーク像をまとめた

「ネットワークビジョン

2030

」を示し，

4.

では，

Beyond 5G

のブレークスルーのために重点的に取り組むべき技術を解説する．

2. Beyond 5G

時代に向けた取り組み動向

2. 1

国内動向

国内における

Beyond 5G/6G

実現に向けた動きとしては，総務省において，

Beyond 5G

に関する総合戦略

(3)

の策定に向け，

Beyond 5G

の導入が見込まれる

2030

年代の通信インフラに期待される事項や，その実現に向けた政策の方向性等について検討を行うことを目的として，

2020

年

1

月に「

Beyond 5G

推進戦略懇談会

（座長：五神真東京大学総長）」を立ち上げた

[2]

．本戦略懇談会では，

2020

年

6

月頃に戦略骨子を取りまとめるとともに，

2020

年夏頃を目処に「

Beyond 5G

推進戦略」を策定する予定となっている．

また，民間事業者の取り組みとして，

2019

年

10

月に，日本電信電話株式会社（

NTT

）が

2030

年に光を中心とした革新的技術により従来の限界を超えた高速大容量通信及び膨大な計算リソース等を提供可能な情報通信基盤の実現を目指すことを目的に，業界団体「

IOWN

（

Innovative Optical and Wireless Network

）

Global Forum

」を設立

[3]

，

2020

年

1

月には，株式会社

NTT

ドコモが

6G

に向けて期待されるさまざまなユースケース，目標性能，技術要素などをまとめたビジョンを公表

[4]

^{した．更に，}

KDDI

^が

Beyond 5G

^時代の「新しい社会基盤」の構築を目指し，

2020

年

2

月に通信設備のオープン化を進める

Telecom Infra Project

（

TIP

）

[5]

の国内初の研究開発施設「

TIP Community Lab

」を設立

[6]

，

Beyond 5G

[7]

等を推進するなど，国内電気通信事業者が中心となって積極的に

Beyond 5G/6G

実現に向けた検討を進めている．

2. 2

海外動向

海外では，図

2

，

3

に示すように，国際標準化機関で

6G

技術の標準化に向けた検討が開始されるとともに，

世界各国の機関において，産学官による研究推進を前提とした

6G

の構想検討や研究開発が始まりつつある．

特に，欧米では，大学などが先導役となり，国内外の産学官組織と連携した研究を進めている．また，アジアにおいても，政府機関が中心となり産業競争力強化のための研究開発戦略を策定するなど，

6G

実現に向けた動きが活発化しつつある．

具体的な動きとしては，国際標準化機関においては，

1.

で紹介したとおり，

ITU-T

が

FG NET-2030

を立ち上げ

[8]

^，

2030

年頃に実現が期待されるユースケース（ホログラム通信や感覚通信など）や，それらの実現に向けた課題，要求条件等を整理し，ホワイトペーパーとしてまとめた

[9]

．また，

IEEE

では，無線アクセス系を中心とした

6G

の実現技術と関連するユースケースを整理するとともに，具体的な

KPI

^{を定義し，}

2022

年以降の実証に向けた具体的な検討を開始して

図2 Beyond 5G/6Gに関する国際標準化ロードマップ（動

向と見通し）

Fig. 2 Roadmap of international standard of Beyond 5G/6G.

図3 Beyond 5G/6Gに関する各国の取組み状況

Fig. 3 Key initiatives for Beyond 5G/6G in each country.

いる

[10]

．更に，

3GPP

においても

2023

年頃から

6G

標準化の検討を開始し，

2027

年頃の標準策定を予定している

[11]

．

各国に目を向けると，欧州では，フィンランドのオウル大学が中心となり，

2018

年より世界に先駆けて

6G

の検討を開始（

6Genesis/2018

〜

26

年計画）しており，

xR

（

x-Reality

），ホロプレゼンス，自動運転などを主要ユースケースとして挙げ，「ワイヤレス接続」，

「分散コンピューティング」，「デバイス・回路技術」，

「サービス・アプリケーション」等を重点研究分野と設定し，

2019

年

9

月にホワイトペーパーを公表している

[1], [12]

．また，民間の代表的な取り組みとしては，

フランスの

SIRADEL

を中心とした「

BRAVE

プロジェクト」におけるサブテラヘルツ無線を活用した技術開発・検証

[13]

や，スウェーデンの

Ericsson Research

による「分散コンピューティング」，「ゼロタッチネットワーク」等の重要技術の研究開発などが挙げられ

[14]

，

6G

実現に向けた研究開発が加速している．

米国では，

2019

年

2

月にトランプ大統領が

6G

へ

(4)

の取り組み強化をツイートするなど，

6G

実現に向けた研究開発を推進している．特に，ニューヨーク大学（

NYU

）は「テラヘルツ無線」，「モバイルエッジコンピューティング」，「

Cell-Free MIMO

（

Multiple-Input Multiple-Output

）」などの研究を推進しており

[15]

，

6G

アプリケーションの議論を先導している．また，民間の取り組みとしては，

Nokia Bell-Lab

が

6G

の中核技術として期待される「テラヘルツ対応

RAN

^（

Radio Access Network

）」，「クラウドネイティブアーキテクチャ」，「ゼロタッチオペレーション」，「

AI

（

Artificial Intelligence

）ベースのアーキテクチャ」等への重点投資を開始している

[16]

．

アジアに目を向けると，韓国では，「

AI

^{を活用した} ネットワーク・リソース管理」，「分散型信頼確保（ブロックチェーン等）」，「高セキュリティ通信」，「海上・

水中通信」などの実現を目指して科学技術情報通信部

（

MIST

）と

ETRI

が推進役となり，産学官一体となった

6G

のための中長期研究開発事業（

2020

^年より

8

^年間計画）を企画している．また，

2019

年

1

月には，

6G

技術の主導権確保やそれらの技術を活用した新ビジネス創出を目的として

KAIST

と

LG

電子が連携し，

KAIST 6G

研究センターを設立

[17]

したほか，

2019

年

6

月に

Samsung

^が

AI

技術やコアネットワーク技術の研究開

発推進を目的に

6G

研究所（

Advanced Communication Research Center

）を設立

[18]

するなど，

6G

分野における国際的な主導権確保に向けた動きが加速化している．中国では，

2019

年

11

月に科学技術部（

MOST

）が

6G

^{の研究開発開始を発表}

[19]

^{するとともに，清華大} 学が

6G Summit

において，

AI

があらゆるネットワークに関与する「

Connected Intelligence Via.AI

」コンセプトを発表

[20]

，

ZTE

が

6G

の中核技術として「

AI

」，

「フォトニックス」，「ホログラフィー」を挙げる

[21]

など，欧米だけでなく，アジアにおいても

6G

^実現に向けた検討が本格的に開始されている．

このような国際動向を踏まえると，

Beyond 5G/6G

の早期かつ円滑な導入を実現するためには，我が国においても，産学官が一体となったエコシステムを早期に確立し，国際連携の下で研究開発を戦略的に推進することが重要となる．

3.

ネットワークビジョン

2030

2010

年，

PIF

では，

IoT

（

Internet of Things

）の進展や

2020

^年代の

5G

サービス実現を見据えて，多様化・

高度化するネットワークサービスに対応するためのブ

図4 Photonic Vision 2020に示された光技術の進化のトレンド[22]

Fig. 4 Trends in the evolution of optical technology shown in Photonic Vision 2020.

レークスルー技術等の検討を開始し，

2014

年にその成果を「フォトニックネットワークビジョン

2020

」（以下，ビジョン

2020

）として

IEEE

の論文誌に掲載することで多くの注目を集めた（図

4

）

[22]

．

ビジョン

2020

では，光技術のブレークスルーや早期サービスの導入に向けた取り組みだけでなく，更なるエネルギー削減のために，従来は電気パケット技術が主流だったレイヤー

2

まで低消費電力が図れる光機能の適用範囲を拡大させることなども示した．ここで示した技術は，現在の

5G

ネットワークのプラットホームとして確実に導入されるとともに，国の戦略的技術開発ともうまく連携することで，現在，そして近未来の研究開発の一つの指針となっている．

B5G

有線

NW

検討会においては，

2030

年代の

Be-

yond 5G

時代のネットワークインフラを見据えた，言

わば，ビジョン

2020

の延長となる「ネットワークビジョン

2030

」（以下，ビジョン

2030

）を策定した．

3. 1

実現する新たな社会

2020

年

6

月現在，世界中で新型コロナウイルス感染

症（

COVID-19

）の感染が爆発的に拡大しており，テ

レワークやオンライン授業など，我々のライフスタイルはこれまでに経験したことのない大きな変化が求められている．こうした状況において，

ICT

への依存は加速度的に高まっており，インターネット，スマートフォンに代表される普及した通信インフラと，

AI

技術や

IoT

等の発展した情報処理を活用し，人々の生活をあらゆる面でより良い方向に変化させるデジタルトランスフォーメーション（

DX: Digital transformation

）の取り組みが重要となる．この

DX

は，デジタル技術を浸透させることで人々の生活をより良いものへと変革し，既存の価値観や枠組みを根底から覆すような革新的なイノベーションをもたらすものであり，サイバー

(5)

図5 Beyond 5G時代の世界観 Fig. 5 Society in Beyond 5G era.

フィジカルシステム（

CPS

）^（注1）やデジタルツイン^（注2）

といった技術により実世界を情報化し，サイバー空間でその情報を解析，実世界にフィードバックすることで，様々な社会活動をスマート化でき，

Society5.0

や更なる社会の高度化を実現していくと考えられる．例えば，実世界のある装置について，従来は実際に作業員が触ってみて「熱くなっている」と感じていたものが，

CPS

やデジタルツインにより，デジタルかつ遠隔で即座に「熱さ」を把握することが可能となる．更に，

AI

等の応用により，複数装置の全体の状況をデジタル化した情報から故障個所の推定や故障原因を予知するといった高度な環境を構築することが可能になると予想されている．

2030

年代を支えるネットワークインフラを考えるに当たって，まずは，

DX

が実現された世界全体を考えて，主流となるであろう技術やサービスを鳥瞰した．

キーワードは，「マルチクラウド」，「コンピューティング」，「

AI

」，「ロボット」等であろう．図

5

は，バーティカルファーストのアプローチで描いた

Beyond 5G

時代の新たな社会像を示す．「バーティカルファースト」，これは，我々が実現したい社会やサービス・ア

（注1）：サイバーフィジカルシステムとは，実世界（フィジカル空間））

とデータのみを扱うサイバー空間の二つから社会を構成し，フィジカル空間の装置等をネットワークに接続し，そこから得られた多様なデータをサイバー空間（クラウド）で収集し，AI等の大規模データ処理技術等を駆使して分析/知識化を行い，そこで創出した情報/価値によって実世界を制御することで高度な社会ネットワークを実現するもの．

（注2）：デジタルツインとは，CPSを更に高度化し，サイバー空間上に実世界の製品，装置の状況，室温等の環境といったあらゆるものを完全に再現（ツイン：双子）したうえでシミュレーションすることで，実世界とサイバー空間を常に同期し運営することができる新しい概念．

プリケーションを第一に考え，それを実現するためには，どのような技術を必要とするかを考えるアプローチであり，図

5

^{は言わば，ビジョン}

2030

^{で目指す社} 会像である．

2030

年に向けて，社会的には多くの課題が顕在化してくるだろう．特に，我々技術者が先導して解決を目指す「労働力不足」や「エネルギーの枯渇」は，

SDGs

（

Sustainable Development Goals

^{）の中でも深刻な課題} である．その一方で，従来は，キーボードやマウス等を利用しなければ操作できなかったものが，対象とするモノや操作方法（インタフェース）を意識せずともいつでも，どこでも，コンシェルジュのようにサポートしてくれる（ヒューマンセントリック）快適な社会への期待・欲求が高まっている．これらを支える無線技術や光技術には，更なる大容量化，省電力化，低遅延化が求められるが，これまでの研究によって「技術の芽」は十分に育ってきている．

B5G

有線

NW

検討会においては，このような，社会課題や欲求といった

「ニーズ」と，それらを支える要素技術「シーズ」の相乗効果により新たな社会が創出されると考えた．

具体的には，感覚通信（ハプティックス）やホロプレゼンスといった対面でなくとも現実世界と同じ臨場感でより自然なコミュニケーションがとられるようになるだろう．また，人間による労働の多くがロボットにより置き換えられ，

AI

，ロボット，

xR

等を組み合わせた仮想社会が主体となっていくだろう．人々のエージェントがサイバー空間で協調する「脳のクラウド化」

により，知の時間と空間の集積化が進み，主要なことは仮想空間で決定・判断をするようになるかもしれない．更に，情報は地上だけにとどまらず，海中や宇宙といったあらゆる空間と連携され，モビリティや機械自身が知能や感情をもち互いに制御し合う，超スマートでインクルーシブな社会となるだろう．

そこで我々は，それらを支えるためのネットワーク実現のために，図

6

に示す三つの軸（ディメンション）

を定義した．第一の軸は，「三つの自」で表される．自律化（

Autonomy

），自己組織化（

Self-organized

），自動化（

Automatic

）の技術であり，特別な技術や人手が無くとも，柔軟性をもって，誰もが簡単にサービスやネットワークの利用が可能となる．第二の軸は，「ヒューマンセントリック」である．例えば，今でも音楽配信サイトは，ユーザの趣向を推定してお勧めの曲を配信しているが，今後は，一人一人のニーズに応じたサービスの推奨やコーディネートに加え，品質，価格，ス

(6)

図6 我々が目指す三つのディメンジョン Fig. 6 Three research target directions.

ピードといった

QoS

（

Quality of Service

）にも適応していくことで，個々に異なる要求レベルに応じて柔軟にサポートする，テーラーメイド型の社会が実現できる．三つ目の軸は「環境」である．これは，

SDGs

の中でも最重点項目の一つであり，積極的に取り組む必要がある．特に，次世代ネットワークにおいては，環境負荷の軽減（省電力化等）が重要な検討項目であり，

資源が乏しく少子高齢化が進む我が国では，直近の課題として既に多くの検討がなされており，課題先進国として破壊的なソリューションを創出することで，国際社会にも大きく貢献できると確信する．

2. 1

で紹介した

NTT

の

IOWN

構想においても，社会のスマート化のため，フォトニクス等の従来技術を大きく超える革新的技術で実現されていくことが示されている．

3. 2 Beyond 5G

のネットワークアーキテクチャと

技術

総務省では，

5G

や

IoT

等の新たな

ICT

サービスの進展を見据えて，

2017

年に「将来のネットワークインフラに関する研究会（座長：相田仁東京大学大学院教授）」を開催し，

5G

時代のネットワークインフラに求められる主な要求条件として，図

7

の

1

〜

6

を定義した

[23]

．

B5G

有線

NW

検討会においては，そこで示された各要素技術や要求条件の現状分析を行い，

3. 1

で示し

た

Beyond 5G

時代の新たな社会を実現するために引

き続き強化すべき技術は何か，従来とは非連続な視点で新たに求められる技術・要求条件は何かを検討することで，図

8

のとおり，「

1

〜

6

の更なる発展・高度化」

と「

7

，

8

の新たな要求条件の必要性」を示した．

具体的には，

5G

の特徴的機能である「

1

．大容量

図7 5G時代のネットワークインフラに求められる要求条件（2017年総務省取りまとめ[23]）

Fig. 7 Technical requirements for 5G network infrastructure (MIC report 2017).

図8 Beyond 5G時代のネットワークインフラに求められ

る要求条件

Fig. 8 Technical requirements for Beyond 5G network infrastructure.

化」（

eMBB

：

enhanced Mobile Broadband

），「

2

．省電力化」（

Energy Saving

），「

3

．低遅延化」（

URLLC

：

Ultra- Reliable and Low Latency Communications

）は休むことなく進化させる必要がある．特に省電力化は環境へのインパクトを考え，大きなブレークスルーを必要としている．また，感覚通信やロボット制御，自動運転，遠隔地間での協調作業など，より一層のリアルタイム性が求められることから，従来の無線区間やアクセス区間のみならず，エンド・ツー・エンドでの「

3

．低遅延」，「

4

．柔軟性」（

Flexibility

），「

5

．高効率性」

（

Eﬃciency

）を実現できるよう更なる高度化が必要と

なる．更に，サイバー空間とフィジカル空間が融合した大規模かつ複雑な環境においてもあらゆる脅威に適応できるよう，リアクティブなセキュリティからプロアクティブなセキュリティへの進化といった「

6

．安全・信頼性」（

Safety & Reliability

）の高度化も求められる．

一方，

Beyond 5G

時代の破壊的なサービスを創出す

るための新しい要素として，「

7

．自律創発性」（

Auton-

omy

）と「

8

．展開性」（

Deployability

）を定義した．「

7

．

(7)

図9 Beyond 5G時代の目指すべきネットワーク像 Fig. 9 Overview of Beyond 5G network.

自律創発性」は単なるオートマチックではなく，分散したあらゆる機器が自律的に協調・連携することで，

ユーザごとの要求に応じた最適な解を，人手を介すことなく（ゼロタッチ）瞬時に導出することを言う．言わば，「ネットワークの知能化」，「パーソナライズとオートメーションの融合」である．「

8

．展開性」は，

情報通信の伸展（オムニ・コネクティビティ）が究極まで進み，人類の暮らす空間のみならず，深海や宇宙，

更には人間の体内といった空間までがネットワーキングされることで，あらゆる人やモノがどこでも通信を可能とする．言わば，「ニューフロンティア」である．

図

9

に，ビジョン

2030

で目指すネットワーク像を示す．物理的ネットワーク構造としては，ローカルメッシュ^（注³^）でクラウドセントリック^（注⁴^）な階層型ネットワークであり，従来のセンタークラウドに加え，メトロにはローカルクラウドを，基地局等のエッジにはエッジコンピュータを配置する．これを複数のクラウドが結合する「マルチクラウド」と呼ぶ．また，仮想的にはサービスやアプリケーションごとにネットワーク全体でのスライス化が進み，マルチサービスのスライスクラウド化が浸透する．クラウドデータセンターは，低消費電力のプロセッサーを搭載することで，

AI

によるデータ解析や画像認識等の大規模処理を得意とし，エッジや無線区間にフレキシブルデバイスを使ったプログラマブル機能を搭載することで，高速なレス

（注3）：ローカルメッシュとは，モバイル基地局等に設置した複数のエッジコンピュータ間の通信をメッシュ状に行うことを指す．物理的な接続ではなく，低位レイヤーの例えば，光ワンホップで接続し，かつ必要なときだけパスを張るバーチャルな接続形態を含む．

（注4）：クラウドセントリックとは，ソフトウェアやデータ処理サービスだけでなく，ネットワークの物理的なトポロジーも含め，クラウドを中心とするネットワークを指す．近年は，物理的なクラウドデータセンターも分散配置をしており，クラウド間連携を行い，ユーザはホストクラウドに接続する形態が望ましい．

ポンスとプレプロセッシングを実現する．更に，量子コンピュータ等も特定目的のアクセラレーターとして利用することで，高速かつ高度な処理も可能となる．

これらのハイスペックコンピューティングをエッジ，

ローカル，センターで最適かつ効率的に連携するためには，これまで以上に高度なネットワークが必要となる．

具体的には，人の思考や五感情報，モビリティ情報等の膨大なデータをリアルタイムに伝送するためには，

⃝ 1

超大容量（コア：ペタビット超（従来の

100

倍），アクセス：テラビット超（従来の

10

倍）），

⃝ 2

超低遅延

（

0.1

ミリ秒（従来の

1/100

）），

⃝ 3

^{正確な同期性（端末間} ジッタ

10

^{ピコ秒（従来の}

1/1000

^）^{）を有し，かつそれ} らを

⃝ 4

小型・省電力（

1

ビット伝送当たり

0.01mW

級

（従来の

1/100

））に実現することが求められる．また，

高性能化された

VLSI

（

Very-Large Scale Integration

）間のインターコネクションは，光技術の高度化により，

従来の架間，ユニット間からボード内，チップ間とよりショートレンジ（

⃝ 5

）になり，三次元空間配線等のブレークスルーを必要とする．

更に，ネットワーク全体での仮想化が進展し，新規スライス（サービス）の早期導入，複数スライス間のフレキシブルな容量変更といった

⃝ 6

^柔軟性

/

^{高効率性も求} められる．加えて，アプリケーションは深海から宇宙といった新たな領域まで広がっていくだろう（

⃝ 7

）．そして，これらの極めて大規模かつ複雑なネットワークを，

AI

等を活用した

⃝ 8

^自律制御

/

ゼロタッチオペレーションや，

⃝ 9

プロアクティブセキュリティといった高度かつ強固なネットワーキング技術で最適制御を行うことで，ユーザがネットワークを意識することなく，

より安全に，より快適に最先端技術の恩恵を受けることができ，「人」

×

^「モノ」

×

「ネットワーク」が完全に融合した真の

Beyond 5G

時代の幕開けとなるだろう．

4. Beyond 5G

時代のブレークスルー技術

本章では，

3. 2

で示した

Beyond 5G

時代のネットワークインフラに求められる要求条件やネットワーク像を実現するために，ブレークスルーが期待される技術について解説する．

4. 1

大容量（コア）

4. 1. 1

技術課題の背景

2040

年頃のコアネットワークの光伝送システムに要求される容量は，

5G

^時代の

100

^{倍超の毎秒}

50

^〜

100

ペタビット級に達するとも試算されている

[24]

．光伝

(8)

図10 マルチコアファイバや高集積受光アレー素子による空間多重伝送技術

Fig. 10 SDM transmission technology using multi-core fibers and highly integrated photo-detector array.

送システムの飛躍的な大容量化を達成するためには，

新たな多重軸「空間多重」の活用や新たな光周波数帯域の開拓，高効率・高集積の超並列伝送システム等の技術革新が必須である．

4. 1. 2

取り組むべき研究開発の方向性と動向

(1)

空間多重技術

デジタル信号処理（

DSP: Digital Signal Processing

）技術の進展により光チャネルの高速化・周波数利用効率は飛躍的に向上する一方，所要信号対雑音比に対する

1

ファイバ当りのデータ伝送容量は限界に近づきつつあり，今後の光伝送システムは，空間分割多重（

SDM: Space Division Multiplexing

）の適用が必要不可欠である

[25], [26]

．これまで，コア多重を利用するマルチコア光ファイバ（

MCF: Multi-Core Fiber

）

（図

10

），モード多重を利用する数モード光ファイバ

（

FMF: Few-Mode Fiber

）などの多様な

SDM

ファイバが検討されており，従来よりも

100

倍以上の光チャネル数を増加可能なマルチコア・マルチモードファイバの開発も進み，毎秒

10

ペタビット級の伝送容量の伝送実験にも日本発で成功している

[27]

〜

[29]

．更に，マルチモード光ファイバ伝送は，独立に光チャネルを扱うことができる（非結合型）マルチコア光ファイバ伝送とは異なり，未知な部分が多く，光チャネル間の結合を解く

MIMO

信号処理技術の研究開発や，モードの振舞いの解明

[30]

等も必要である．最近では，モード群を入れ替えつつ中継する巡回モード群置換技術により

9,000km

を超える太平洋横断級の長距離

FMF

伝送実験の成功例が報告されている

[31]

．今後は，

SDM

光ファイバを含めた光伝送システムを構成する種々の要素技術（光中継技術，多重分離技術等）の研究開発の更なる成熟と活性化に加え，早期実用化に向けて，

標準外径

125µm

^の

MCF

のケーブル化やテストベッ

ドによる長期信頼性検証など商用化へのトライアルが重要である

[32], [33]

．また，

SDM

光ファイバの標準化

[34]

や効率的な製造技術の確立

[35]

が重要である．

(2)

超広帯域技術

従来の波長分割多重（

WDM: Wavelength Division Multiplexing

）の更なる広帯域化を目指して，新たな光周波数帯域の開拓も進められている

[36], [37]

．これまでは，単一モード光ファイバ（

SMF: Single Mode Fiber

）の伝送特性を重視して

1550nm

，

1310nm

を中心とする

C

バンド，

O

バンドが広く用いられてきた．近年，

非線形性の抑圧と伝搬遅延の低下を目指した中空ファイバ（

HCF: Hollow Core Fiber

）の研究開発

[38]

が急速に進みつつあるが，これらのファイバでは低損失で伝送可能となる帯域を大幅に拡張できる．また，莫大な光周波数資源を用いた波長ルーティングシステムの研究開発など，ネットワーク設計の自由度を向上させる取り組みもなされている

[39]

．従来の光通信用デバイスは

SMF

の利用を前提として

1550nm

や

1310nm

における性能の最大化が大きな目標となっていたが，

HCF

が実用になると，長距離伝送に適した帯域はより自由に設計できることになり，光デバイスの開発の方向性が大きく変化する可能性がある．光伝送システムの効率を支配するのがファイバではなく受発光デバイスとなり，レーザーや光検出器が高効率で動作可能な帯域を探ることがより重要となる．

(3)

高効率・高集積超並列伝送技術

広帯域

WDM

方式及び

SDM

方式によって得られる超多数の光チャネルを十分活用した大容量光伝送システムを実現するためには，デジタルコヒーレント技術を用いた超並列伝送が不可欠となる．超並列伝送における伝送特性の観点では，

WDM

^{は波長間の干渉が，}

SDM

はコア間及び伝搬モード間の干渉が課題となる．

これらに対し，様々な干渉抑圧技術の検討が行われている．例えば，マルチキャリヤ伝送における干渉抑圧・

補償技術や複数

DSP

の連携処理技術について，総務省委託研究「新たな社会インフラを担う革新的光ネットワーク技術の研究開発」にて検討が進められている

[32]

．

加えて，光送受信や中継，スイッチ等のネットワーク構成要素を形作る高集積光モジュールが重要な技術開発要素となる．特に空間的に分布するような多数の光チャネルを扱うために，光モジュールを高密度に集積化する必要があり，シリコンフォトニクスやヘテロジニアス集積光デバイス，パラレルフォトニクスなど，

空間並列性，空間周波数の活用を中心とした大規模な集積光デバイス基盤技術が重要となる．例えば，図

10

のような，

20GHz

以上で動作する高集積・二次元受光

(9)

アレー素子が開発されている

[40]

．また，これらの大量の光チャネルを効率的かつ低コストに収容するために，レンズフリーの実装・接続技術も重要となる．

4. 2

大容量（アクセス

/

ショートレンジ）

4. 2. 1

Beyond 5G

時代におけるアクセスネットワークには，

収容局と加入者を光ファイバでつなぐ

PON

（

Passive Optical Network

），無線基地局とリモート局をつなぐモバイルフロントホール等をはじめ，

5G

時代の

10

倍に相当する

1

ユーザ当たりテラビット超への高速化が求められており，チャネル当たりの通信速度の高速化や光・無線融合等の技術革新が必須である．更に，マルチクラウドやエッジコンピューティングなど，コンピューティングファーストとなる

Beyond 5G

時代では，計算処理の更なる高速化が必須であり，コンピュータ内部のチップやボード間通信といったショートレンジにおいても，光化の導入によるより一層の大容量化・

高速化が期待される．

4. 2. 2

(1)

大容量

PON

技術

我が国においては，

10G-PON

によるサービスが展開され始めているが

[41]

〜

[43]

，更なる高速化を実現するために，

IEEE

^{においては，}

50G-EPON

^（

IEEE802.3ca

^：

25Gbps×2

^波長）

[44]

や，長距離化（

>50km

^）^{・多接続化}

（

64

分岐）に向けた

Super PON

（

IEEE802.3cs

）の標準化が進められる

[45]

など，今後は

1

波長当り

100Gbps

超技術（ボーレート

> 50GBd

，

Pulse Amplitude Mod- ulation

^（

PAM

^）

4/8

^化）や，

TWDM

^（

TDM/WDM

^）技術の進展により，

400G-PON [32]

を超えるテラビット級

PON

の技術確立が期待される．要素技術としては，

SOA

（

Semiconductor Optical Amplifier

）等の高性能化，

アナログとデジタル信号処理の協調，デジタルコヒーレント技術等の適用による高速化・長延化に加えて，

低遅延化（

DBA

（

Dynamic Bandwidth Assignment

）制御の高速化含む）や高信頼性の達成が求められる

[46]

．

チャネル当たりの伝送速度の高速化については，

ボーレートの高速化と高度変調方式の併用が検討されている．今後は，

CMOS

^（

Complementary Metal Oxide Semiconductor

）の動作速度限界を打破し，

DAC

（

Digital to Analog Converter

）の帯域を拡大するアナログ・マルチプレクサ技術や，多値

QAM

（

Quadrature Amplitude Modulation

）の信号点配置をシェーピングする高次多値変調技術等の技術確立が期待される．例えば，

InP

^半導体を用いて，

120GBaud PDM-PS-64QAM

（

Polarization

Division Multiplexed Probabilistically Shaped 64QAM

）を実装することで，チャネル当たり

1.3Tbps

伝送の成功が報告されている

[47]

．このように，デジタルコヒーレント技術は，

1

波長で

100Gbps

以上の容量を容易に実現できることから，

PON

の高速化に有用である一方，アクセスネットワークに適用するためには，低廉化，

DSP

の負荷軽減，低遅延化等が今後の重要な課題となる．

(2)

次世代

RoF

技術

モバイルフロントホールでは，無線サービスのための電波のアナログ波形を光ファイバを使って伝送するシステムである

RoF

（

Radio over Fiber

）が用いられる．

最近では，波形をデジタライズしてデジタル伝送するデジタル

RoF

が広く用いられているが，

5GNR

（

5G New Radio

）においては，所要伝送容量が

1Tbps

に達する可能性があり，適用が困難である．数

100MHz

を越える広帯域波形の伝送には波形を直接光振幅などに変換して伝送するアナログ

RoF

^{やデジタルとアナロ} グの中間的存在であるデルタシグマ変調の利用が有効と考えられる

[48]

．また，アナログ

RoF

においても波形生成は

DAC

に依存しており，今後はアナログであるかデジタルであるかの単純な選択ではなく，量子化をどこで行うのか，サンプリングレートをどのように設定するのかといった個々の機能をどのように

BBU

（

Base Band Unit

）と

RAU

（

Remote Antenna Unit

）で分担するべきかを最適化する設計手法を確立していく必要がある．

また，

Beyond 5G

時代の膨大なアンテナ局収容のた

めに，高線形性の光インタコネクト技術が展開され，

デバイスレベルでの光と無線のシームレス伝送メディア相互変換が重要になる．結果として，図

11

のよう

図11 中・短距離コミュニケーションのための伝送メディア変換及び情報通信技術

Fig. 11 Optical and wireless convergence ICTs for dedicated moderate range communications (DMRC).

(10)

な自由度の高い中短距離コミュニケーションシステムが構成され，更にショートリーチ接続では光無線やテラヘルツ無線のようなサブテラビット級の超大容量・

空間伝送技術の発展も期待される

[49]

．

更に，次世代

RoF

等の高度化として，光と無線のシームレスな融合が期待されており，両者が一体化することで，

4. 4. 2 (3)

や

4. 5. 2 (4)

に述べるようなネットワークの超低遅延化，高精度時刻同期やシステム設計の柔軟化に貢献できる．それらの基盤技術として，

光と無線の間で電磁波としてのコヒーレンスを完全に保持するフルコヒーレント伝送方式

[50]

及びシームレスな光・無線変換デバイス

[51]

が提案されている．

(3)

チップ間光インターコネクション技術チップやボード間の数

cm

〜

100cm

程度の短距離通信にも光技術が利用される．これはデータ信号に含まれる高周波成分の電気伝搬ロスに比べ光伝搬が有利になるためである．このような短距離のテラビット級大容量通信では，高速な光送受信技術のほか，微小なデバイス内で高周波信号と光信号を融合して活用する革新技術が必要となる．また，接続数の膨大なインタコネクト網では，経路スイッチング技術の発展に加え，

従来利用されていない短波長領域（

T

，

O

バンド）の大波長空間や，空間多重軸を巧みに利用したスイッチレスネットワークの可能性も期待される

[39]

．「短距離」

では光ファイバロスを第一としないいままでにないシステム構成が創造されるかもしれない．

4. 3

超省電力

4. 3. 1

^{技術課題の背景}

2030

年頃の

IT

関連機器で消費される電力は，

1,480TWh

（

2016

年の

36

倍）に達すると試算されている

[52]

．爆発的な情報量の増加が予想される

Beyond 5G

時代において，光ファイバ等を用いて情報を効率的に伝送するためには，将来の光送受信デバイスの消費電力は

5G

時代の

100

分の

1

以下に相当する

0.01mW/Gbps

程度まで省電力化が求められる．この

ような効率的な通信ネットワークを実現するためには，

ネットワークの光化やデバイス技術の高度化等の技術革新が必須となる．

4. 3. 2

(1)

ネットワークの光化技術

同じスループットを実現するには，波長やミラー等で空間的方路を変更する処理を光で実現することで，

IP

アドレスを見て方路を変更する処理を電気によって実施した場合と比べ，

1/500

〜

1/1000

の低消費電力

図12 光アグリゲーションネットワークによる省電力化 Fig. 12 Energy eﬃcient center cloud type network architecture

using optical aggregation network.

化が図れる

[53], [54]

．これは波長多重光伝送路を，空間スイッチで経路切り替えするシンプルなネットワーク構成によるものである．今後，

4. 1. 2

で述べた空間多重技術や超広帯域技術等の多重度向上の技術がますます進化することにより，パケット多重で効率化を求める必然性は減ってくる．そのため，光コア網をレイヤー

2

^{で実現する方式}

[22]

^や，図

12

^{のような光のア} グリゲーション（多重

/

分離）ネットワーク^（注⁵^）で，途中のパケット処理やデータ処理は行わず，空間

/

時間

/

位相等を利用した多重化のみ行い，センタークラウドに全てのトラヒックを集中させる方式

[55]

などが期待される．結果として，距離に関係なく，全てセンタークラウドを通過する一方，通信は中央のルータを一回通過するのみで，従来の多段ルータ構成が必要なくなることから，ネットワークのシンプル化や，エンド・

ツー・エンドでの通信の高速化，低消費電力化を実現できる．

(2)

高集積光電子融合技術

次世代メガデータセンタ（

DC

）やマイクロ

DC

，

High Performance Computing

（

HPC

）等のデータ通信の省電力化に向け，

I/O

（

Input/Output

）の光化を念頭に，光・

電気融合が容易でコスト効率の高い光トランシーバ

（光

I/O

）製造技術である「シリコンフォトニクス技術」

の研究開発が進められている

[56]

．例えば，デジタルコヒーレント向けとして，シリコンチップ上に小型

EO/OE

（

Electrical-Optical/Optical-Electrical

）変換機能

（注5）：既存のネットワークは，端末間を相互に接続するためのメッシュ通信を基本としており，アクセス，メトロ，コアの階層化で実現している．そのため，隣接の接続はアクセスで折り返し，長距離の接続はメトロ・コアを中継して接続していた一方，光のアグリゲーションネットワークは，隣接・長距離を問わず，いったんセンタークラウドに集めたうえで，センタークラウドから目的地に接続する構成となる．そのため，

通信距離が伸びるが，上り通信の宛先はセンタークラウドに限定されるため，シンプルなアグリゲーション（多重）のみで実現でき，下り通信もセンタークラウドからソースルーティングを使い，シンプルなディスアグリゲーション（分離）のみで実現できるメリットがある．

(11)

図13 ヘテロジニアス集積による光デバイス高効率化 Fig. 13 Heterogeneous photonic integrated circuit (PIC) technology.

等を実装した光電子融合アッセンブリ

[57]

や，スイッチ

ASIC

（

Application Specific Integrated Circuit

）と同じパッケージに光

I/O

を設ける

Co-packaged Optics

技術により，

1/10

以下の小型化や

50Tbps

以上のスイッチング容量が実現されている

[58]

．また

400Gbps

伝送用光

I/O

コアモジュール

[59]

や，ナノ秒高速光スイッチ

[60]

，

32 × 32

大規模スイッチマトリクス

[61]

など，

光化に重要なネットワーク要素の研究が国内外で進められている．これらシリコンフォトニクス技術の進展により，

DC

の将来のスケーリングを満足することに加え，今後

DC

間，

MAN/WAN

（

Metropolitan Area Network/Wide Area Network

），アクセスなどの伝送システムへの適用が広がることが期待される．

超省電力化に向けた他の技術的側面として，電子回路と光回路を結ぶ伝送路での電力消費を削減する「光電子融合技術」や，レーザーや信号処理等の光増幅を伴う光集積回路に向けて，異種材料の特性を最大限に発揮する「ヘテロジニアス光集積技術」が期待される

（図

13

）

[62]

．このような光集積デバイス技術では，環境耐性が低消費電力化を実現するための重要な要素となる．特に温度耐性に関しては，シリコン光回路の波長安定性やゲインデバイスの高温安定性など，将来の技術課題が存在するものの，光デバイス物性の環境耐性向上及び集積デバイスの超小型化等により，大電力を要するクーラー機構の大幅な消費電力削減が期待される．また，データ伝送の高速化に伴い，デバイス内での高周波信号等の利用が増大する．このため，光集積回路の小型化のほか，光やテラヘルツ等の高周波を効率的に融合する革新的な光電子集積デバイス技術が重要となる．

更に，電子回路で担っていた信号処理の一部を光にオフロードする「フォトニックアクセラレーション技術」も飛躍的な電力削減のイネーブラとして期待が高い．この実現技術の一つとして，フォトニック結晶や

プラズモン等の量子・ナノ構造技術を用いた超小型・

光電変換素子の集積化が期待されている

[63]

．

4. 4

^{超低遅延・同期性}

4. 4. 1

これからいよいよ本格化する

5G

時代は，無線区間の伝送遅延を

4G

（

LTE Advanced

）の

10%

に抑えることが要求されている

[64]

．

Beyond 5G

時代においては，リアルタイム性に対する要求が

5G

^{以上に厳しく} なり，デバイスとエッジ間の限定的なエリアに特化した超低遅延化（伝送遅延

0.1

ミリ秒程度）に加え，広域展開においても数ミリ秒級の低遅延化が要求される．

また，究極の低遅延化を補完するために，端末間の遅延ずれ（ジッタ）が

10

ピコ秒程度となるよう高精度な協調も期待される．このようなネットワークの超低遅延化を実現するためには，ネットワーク処理の低遅延化や端末間の高精度時刻同期技術等の技術革新が必須である．

4. 4. 2

(1)

ネットワーク処理の低遅延化技術

超低遅延を実現するためには，アプリケーション要求に対して，ユーザ端末により近い領域で，データを処理する技術変革を突き進めることが重要となる．データやパケット処理を行うネットワーク機能を，クラウドやコア領域からエッジ領域へ分散配備する「エッジコンピューティング」による低遅延化がますます進む一方で，そのトラヒックを処理するためには，エッジサーバで発生するパケット処理遅延を極限まで削減する必要がある．つまり，超低遅延を実現するためには，仮想化技術によりネットワーク機能を効率的にエッジ領域にオフロードし，かつアクセラレーション技術

[65]

等によりエッジでの処理を高速化する「ネットワーク処理の低遅延化技術」が重要となる．

アクセラレーション技術としては，パケット処理を

CPU

（

Central Processing Unit

）に専有させることで高速化を図る，

DPDK

（

Data Plane Development Kit

）

[66]

といったソフトウェアベースの技術や，

FPGA

（

Field Programmable Gate Array

）などのプログラマブルデバイス上に実装するハードウェアベースの技術が検討されている．特に後者は，

OVS

（

Open vSwitch

）

[67]

のネットワーク処理をハードウェア上に実装することでパケット処理の更なる高速化が期待できることから，

盛んに研究開発されている．更に，

P4

（

Programming

Protocol-Independent Packet Processors

^）

[68]

^の登場により，以前に比べ実装の複雑性は低減されつつあるも

(12)

のの，今後，エッジ領域への実装を考慮した場合，頻繁に発生するネットワーク機能のマイグレーションやソフトウェアアップデートに追従できるよう，ネットワーク機能と協調した柔軟性の向上と，プログラマビリティの高度化・運用性向上が求められる．

(2)

ネットワーク内コンピューティング技術エッジ等でのネットワーク処理の低遅延化が進展する一方，ライブ情報配信などのサービスは，情報源を必ずしもエッジに置けるとは限らない．そこで，エンド・ツー・エンドでの低遅延化実現のためには，エッジでの処理のみに頼ることなく，サービス処理配分をネットワーク全体に広げ，ネットワーク機能やデータ処理機能を最適配置する「ネットワーク内コンピューティング技術」も重要な要素となる．例えば，生成される情報やサービス要件にあわせて，機能をネットワーク内に柔軟に配備できるようにし，その機能や通信経路を自動選択するなどしてネットワークの区間ごとの遅延配分を最適化することで，極限まで遅延の低下を追求したエンド・ツー・エンドでの低遅延化が期待できる．

更に，エンド・ツー・エンドでの大容量かつ帯域保証された超低遅延サービスの提供を実現するためのいままでにないアプローチとして，端末・ユーザ・サービスごとに，多地点間にフルメッシュ接続された光パスを波長単位で割り当て，プロトコル・交換処理を単純化する手法

[69]

などへの取り組みが行われている．

(3)

端末間高精度時刻同期技術

「究極の低遅延」を実現するためには，通信デバイスの様々な処理を同期させる方法も考えられる．例えば，特定の優先サービスに限って，サーバ及び中継点の全てのデバイスで「待ち時間ゼロ・処理時間最小」となるよう同期制御することで，「ゼロ時間」でのサービスが可能となる．ただし，遅延や同期については，光速によって制限される「物理遅延」を考慮する必要がある．物理遅延が顕在化するところまで，ネットワーク構成を突き詰めるまでには開発の時間を要するものの，実際に

100 µ s

以下の低遅延性能を実現するためには，数

10km

の伝送距離が限界となることを考慮しなければならない．一方で，多数のアンテナ局を利用す

るような

Beyond 5G

時代においては，そのアンテナ局

の時刻同期が重要となる．

4. 2. 2 (2)

で述べたようなテラビット超級の光・無線シームレス伝送を実現するには，そのビットレートの増大のみならず，アンテナ局間の同期精度が重要となる．

5G

時代においては，数

10

ナノ秒の時刻同期が議論されている一方で，

3. 1

で紹介したようなデジタルツインを高精度に実現する場合などにおいては，ピコ秒程度の同期が求められる可能性があり

[70], [71]

，将来の

100

ギガボーレート級以上のデータ伝送を想定した場合においては，

10

ピコ秒程度のシビアな精度が要求される可能性がある．

4. 5

高効率性・柔軟性

4. 5. 1

^{技術課題の背景}

5G

時代には，ユーザのデータが

4G

（

LTE Advanced

）のピーク速度比

20

倍となる，上り

10Gbps/

下り

20Gbps

を求められ

[72]

，これらのデータが同時にクラウドに集中することで，経由するネットワークの逼迫が懸念されている．

Beyond 5G

時代は，ユーザピークが

5G

の

5

〜

10

倍の

100Gbps

を超える

[4]

とも，

1Tbps

に達する

[12]

とも言われており，ますますのネットワーク逼迫が予想される．こうした急増するネットワーク負荷を軽減するためには，効率的なデータ流通やネットワーク運用が求められており，コンテンツ配信の最適化，ネットワーク資源の柔軟な活用（ネットワーク資源の地産地消）など，より一層の技術革新が必須となる．

4. 5. 2

(1)

データセントリック技術

5G

時代においては，スライシングによって低遅延とブロードバンド，

IoT

のサービスを異なるセグメントで提供しようとする考えが一般的になったように，

一定以上のトラヒック量に達すると安定的なデータ流通が困難になることは自明である．これらを解決するためには，ネットワーク全体（エンド・ツー・エンド）を効率的に活用することが求められる．例えば，

Information Centric Networking

（

ICN

）

[73], [74]

等の

Internet Protocol

（

IP

）に依存しないデータセントリック技術の活用である．現在主流となっている

Content Delivery Network

（

CDN

）は，コンテンツ要求に配信元の

IP

アドレスを必要とし，

IP

アドレスに紐づいてユーザ端末に近いと考えられるコンテンツサーバが導かれる．一方，

ICN

では，コンテンツ名に基づいた要求であり，ユーザはコンテンツ配信元となるサーバの場所を知る必要はない．ネットワークが適切なサーバを見つけてユーザにコンテンツを配信するネットワーク主導の通信であり，より一層の効率的なデータ流通には欠かせない技術である．

(2)

ネットワーク資源利用の柔軟化技術

ネットワーキングにおいては，経路制御やロードバ

—2030 年に向けたアーキテクチャとブレークスルー技術の鳥瞰 —

招待論文

Beyond 5G 時代のネットワークビジョン