ネットワークのデジタルツインが政府に向け5Gの複雑さを緩和する方法

国防組織は長い間、無線信号を安全かつ効果的に送受信する保証ができずにいました。政府と軍隊にとって、5Gがもたらす約束は、特に、混雑した激烈な環境で、強靭な任務遂行を維持できるかにかかっています。5Gは膨大な機能を約束しており、膨大な人々、機械、デバイスを高速接続でつなげる能力を有します。

5Gはまた複雑さも伴い、無数の周波数帯域と新規技術が到来します。無線ネットワークの設計と帯域の回復力については、地上間、地上－空中、船舶－陸地、空中間での通信をうまくこなすためには、多数の重要な変動要素に対処しなければなりません。

そうした変動要素とはいったい何か？ 国防組織が無数の組み合わせでテストを実施する際、ネットワークのデジタルツインだけに可能な支援方法とは？ このブログ記事は、帯域の回復力、メッシュネットワーク、オープンRAN 5Gソリューションをテストすることで、世界で最も困難な環境で高品質の安定した通信を確実に設計できる理由を解説します。

保証済み無線ネットワーク通信が備える6つの要素

5Gを民間ネットワークと国防ネットワークへ統合するはるか以前に、政府はこのテクノロジーが、非常に厳しく過酷な現場の環境で意図したとおりに動作するのか、確証を得なければなりません。無線ネットワークとデバイスを軍需目的に設計する場合、通信を安定させるために、6つの重要な要素に対処しなければなりません。

1. 距離：特に衛星通信で、無線アンテナからの距離が伸びたため、通信パスが長くなり、末端のデバイスに到達するまでに信号強度が弱まります。

2. 反射：無線信号は、様々な大気条件や固形物に反射します。これは、信号が複数の経路を介して受信アンテナに届く、マルチパス伝播の原因となります。

3. 障害物：無数の障害物が、信号を完全に遮断するか、部分的に吸収する可能性があります。荒い地形、建物、一部の軍需車両の素材は、障害物の一例です。

4. 干渉とノイズ：その他の無線通信、追加の電子デバイス、大気条件、その他多くの要素がすべて、深刻な信号干渉の問題を悪化させ、通信を歪ませたり、聞こえにくくします。

5. 動き：音声だけでなく、人間、地上走行車、船舶、航空機のすべてが、様々な速度で動いています。音波の周波数変化で起こるドップラー効果など、動きの複雑さは音源の動きで起こり、無線通信の挙動と性能に影響を与えます。

6. 攻撃者：スプーフィングとジャミングは意図的な妨害方法であり、攻撃者が不正確な情報を通信へ挿入したり、重要な信号の伝達を防ぐ事態を指します。

発見されたこうした要素、またはそれらの組み合わせを把握する唯一の方法は、適切な機能と専門知識をもって、正しいテスト戦略を実施することです。これは包括的なカスタムテストを用いることが多く、特に、複雑化する5G技術に追いつくために社内のテスト部門を用いると、膨大な時間と費用がかかります。ここで、5Gネットワークのデジタルツインが重要な役割を果たします。

デジタルツインのチャンネルエミュレーションで周波数の回復力を構築する方法

5Gデジタルツインは、5Gの物理的なネットワークをソフトウェアでエミュレートするものです。ラボとテストの自動化、および継続的な統合/配信（CI/CD）のベストプラクティスに支えられ、継続的に試作、テスト、最適化を行えます。ネットワークとデバイスを現場へ導入するはるか前に、テストを速め、費用を削減し、成果を改善する強力なソリューションです。

デジタルツインの重要な機能として、変数と複雑さを組み合わせて、上記すべての状況のテストをサポートするチャンネルエミュレーション機能があります。これには以下が含まれます。

• 多様な環境：屋内、屋外、都会、田舎、時には地上－地上、地上－宇宙の条件

• エフェクトの供給：信号のアクセスやシステムのパフォーマンスを保証するために、ドップラー効果などを、再現可能かつオンデマンドにシミュレートして確認できる能力

• 干渉の追加：ノイズ、妨害信号、その他の干渉を挿入して、テクニック、システム、デバイス、アンテナシステムのキットがそれらを制御できるかテストします。干渉は現場で記録された条件を実際に再生させて起こすことがあります

5Gデジタルツインは、自動化された方法でこうした組み合わせや変数のすべてのテストをサポートします。自動化がなければ、すべてのシナリオを構成してテストするために必要な時間が過大になります。

Spirentの5Gネットワークデジタルツインは複雑なユースケースの実証を支援し、エミュレートされたネットワークと実世界のネットワーク、サービス、デバイスを融合させます。経験豊かな専門家のチームが複雑な条件のテストをガイドし、混雑した激烈な環境で、デバイスとネットワークのセキュリティとパフォーマンスを保証します。

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3つのユースケース：周波数の回復力、メッシュネットワークの通信、オープンRANテスト

5Gは単一の技術ではなく、テクノロジーの集合体です。このため、実世界の条件で様々なユースケースにまたがってネットワークとデバイスをテストし、5Gネットワークのパフォーマンスを検証することが不可欠です。

1. 強靭な運用のための周波数の回復力

デジタルツインは、前述した6つの主要なパフォーマンスとセキュリティの変動要素のいずれか、またはすべてのテストをサポートします。回復力の高い運用を定義して優先度を保つことを目標に、テスト用シナリオを設定して、以下のような必須の周波数回復力を実現できます。

• 距離：コンポーネントは距離がありすぎ、電力レベルが低すぎないか？ 最適な距離とは？

• 反射：様々なマルチパスを通して信号が反射される状況で、どうすれば建築物に回復力を持たせられるのか？

• 障害：企業組織が管理できる素材が原因で、信号が遮断されていないか？ その場合、障害物の設計や素材を変えれば問題を解決できるか？

• 干渉とノイズ：何が攪乱を起こしているのか？ ネットワークはノイズや干渉をどの程度抑制できているのか？ デバイスの設計変更で明瞭度をどの程度改善できるのか？

• 動き：特に物体が3次元の軸に沿って素早く移動する状況で、動いている人々、デバイス、交通と柔軟にやりとりできるための、最適なネットワーク設計とは何か？

• 攻撃者：ジャミングとスプーフィングの試みはどの程度素早く検出されているか？ ネットワークはジャミングをどの程度修復できるか？ スプーフィングではどうか？

システムが変動する要素とそれらの組み合わせに対してどの程度性能を発揮できるか発見することで、回復力を検証するか、実環境へシステムを用意させるために改善が必要な点を特定しやすくなります。

2. 複雑な戦術エッジ通信システム用のメッシュネットワークテスト

従来のセルラーネットワークとは異なり、メッシュネットワークはすべてが相対的に独立して移動し、部隊、船舶、航空機、車両が地上、海上、空中で同時に動く環境です。

複数のメッシュトポロジーを選択でき、それぞれが特定のセキュリティとプライバシー目的で使用されます。

• スター通信：どのデバイスも互いと直接通信せず、すべての信号は共通のポイントを通過

• 隊列：通信が移動中の車両間で短い距離をホップし続ける車両の隊列

• ループ：各デバイスは左右いずれかのデバイスとのみ通信し、完全なループを構成

• フルメッシュ：各デバイスが他のデバイスすべてと通信

メッシュネットワークは、コンシューマーネットワークをはるかに超えて、安全で最終的には優れたサービスを提供します。しかし、検証が複雑な環境でもあります。各デバイス、またはノードは、異なるメッシュ構成へ移動して形成する可能性があり、すべてが独自の伝播モデルを有しています。実際には、メッシュが連携する組み合わせが存在することもあります。

メッシュネットワークでは、すべての時点で各ノードに影響するパフォーマンス障害の可能性をテストする必要があります。これには、ドップラー効果と容量も含まれ、混雑した環境では、高解像度の通信と柔軟性を得ることが、パフォーマンスを最大限に高めるために鍵を握ります。

5Gネットワークのデジタルツインは、こうした組み合わせの再現力をサポートします。最先端のラボとテストの自動化、再現可能なエミュレーションが、この規模で包括的に検証するために不可欠となります。

3. サプライヤーの分散サプライチェーンを安全にするためのオープンRANテスト

民生の無線機器は、コンピューターのマクロネットワークと大規模な都市環境用に設計されています。軍隊は、ユニークで、荒く、過酷な環境での任務遂行に耐えられる、独自の通信デバイスを頻繁に開発します。こうした要件を念頭に、政府と軍隊は現在、オープンRANを徹底活用して、複雑で過酷な一連の環境でより回復力の高い無線ネットワークを提供する方法を探っています。

オープンRANは国防組織へ次のメリットを提供します：

• サブ要素の柔軟性：目的のために必要なすべての部分（または目的に必要な部分のみ）を含む

• 画期的な機能：砂漠、ジャングル、その他の過酷な環境に耐えるため

• 多様なベンダー：ベンダーの活動が停止し必要な製品を供給できなくなった場合でもサプライチェーンを回復できるようにするため

• 複雑さ：軍隊が要求する厳格な要件と基準に従って、部品やベンダーが相互運用できるようにするため

複数のコンポーネントを単一のシームレスなシステムへ統合する必要がある、様々なテクノロジーの相互運用性確保は、すべての要素が互いと動作することを保証するために不可欠です。パフォーマンスは最優先で、国防組織は以下の疑問に対し「はい」以外の回答を受け付けません。「従来のRANシステムと同等、もしくはそれ以上の性能を発揮できるのか？」

複数のベンダーコンポーネントが存在するオープンRAN環境は、もはやRANのような閉鎖されたシステムではありません。そのため、攻撃を受ける箇所が複数存在します。「安全なのか？」 5Gデジタルツインは環境内すべての要素を包括的にテストできます。それらの一部は、地理的に分散した場所でホストされることがあります。デジタルツインは仕様、相互運用性、パフォーマンス、拡張性、セキュリティの面でベンダーの準拠度をテストし、厳格な要件を満たすか、それを超えるようにします。

デジタルツインで政府機構が要求する複雑な5Gを管理

5Gは未だ発展中で、大きな可能性を秘めています。また、大規模に十分なテストを行うのが困難な、複雑さを備えています。Spirentの5Gネットワークのデジタルツインは、政府と国防組織がこうした複雑さに対処できるよう支援します。

最後に：当社が先日発表した2021年5Gアップデート：市場の牽引要素、洞察、注意事項 – Spirentレポートの捕捉で、5Gのロールアウトを支える最も重要なトレンドは恐らく、「ベンダー」から「信頼できるパートナー」へ、ソフトウェア/ハードウェア/サービス企業の地位が向上していることです。予算が限られてきたため、社内部門は注力する範囲を絞り、専門家が存在する領域では高度なスキルを擁するパートナーに、リソースの不足を補うよう依存しています。ここで、組織がそうしたリソース不足を解消できるよう、5Gデジタルツインが、最先端のテクノロジー、実績ある専門知識、高度なテスト手法をもって支援します。Spirentが政府機構に提供するソリューションの詳細をご覧ください。