Vertivの5Gテクノロジーガイド

第5世代ネットワークは帯域幅拡大とレイテンシ短縮の2つの約束を叶えるため、既存の3G、4Gネットワークよりはるかに高密度になります。つまり、ネットワーク全体にはるかに多くの基地局が必要となります。そして、各局により多くのIT機器が搭載されます。重要な違いが存在しています。電気通信事業者は既存のネットワークに追加しているのではなく、3G、4Gのアーキテクチャの上にまったく新しいネットワークを構築しています。

この違いは、さまざまな形で現れます。ネットワーク全体にIT機器を追加するためには、繊細な電子機器を保護する環境面での注意がさらに必要になります。よって、キャビネットやエンクロージャーを強化し、専用の冷却と湿度管理が必要となります。従来の電気通信ネットワーク（3G、4Gへの対応も含む）では、極端な気候の場合を除き、通常精密冷却はまったく不要でした。アクセススペースに最低限のIT機器が必要だったくらいです。5Gでは、そうはいきません。

ネットワーク上にITシステムを幅広く導入することは、さらなる複雑な問題をもたらします。IT機器が稼働するには電力が多く必要です。そのため、大抵のIT機器はAC電力で動作しますが、既存の電気通信網と機材はDC電力によって動作しています。加えて、世界のさまざまな地点でネットワークの電力を補給するための代替エネルギー源が使用されていますが、これらもDC電力を供給しています。この電源の分断（ACとDCの）を乗り越えることはできますが、それには適切なパートナーが必要です。VertivはITと電気通信の両方の領域において、深くユニークな専門ノウハウをもっており、不慣れな電源アーキテクチャに対応する電気通信事業者を支援できます。

ここ数年間、中央局においてこのようなITの追加とAC電力の導入が見られるようになり、今も続いています。アクセス領域はセルタワー施設を伴った5Gの新しい開拓分野であり、5Gとその新しいITリソースに対応するため、相当な変更とアップグレードが行われています。これらの局ではRAN、D-RAN、C-RANなどの複数のアーキテクチャを繰り返し採用してきましたが、最終的にはクラウドRANに落ち着く模様です。クラウドRANとは、簡単に言えば仮想化されたセルラー網であり、さまざまな設備や地区にシームレスに負荷を移すことができます。

アーキテクチャはネットワークの需要に応えるために進化し、帯域幅とレイテンシの要求に応えるため、地上の機器がタワーに移動し、また、タワーのベースの機器が集中ハブに移動しました。

無線アクセスネットワーク（RAN）アーキテクチャを備えた初期のマクロ基地局は、セルタワー、アンテナと、局のタワーのベース部分に設置された関連機器で構成され、同軸ケーブルでアンテナに接続していました。このタイプの局には複数のエンクロージャーが必要でした。または、場合により、必要なすべての機器を収納する大きなシェルターハウジングを用いました。

分散型無線アクセスネットワーク（D-RAN）によりリモートラジオヘッド（RRH）がタワーのベースからタワー上部のアンテナのそばへと移り、同軸ケーブルは光ファイバーに変わりました。その他の機器は、ベースに残されました。D-RANにより必要な電力は少なくなり、アンテナと送受信機の距離が縮まって（信号の損失が少なくなり）ネットワークの容量は増加しました。タワーでRRHを使用することで、タワーのベースの機器の占有面積はより小さくなりました。

最近の集中型無線アクセスネットワーク（C-RAN）への移行の動きは、さらに破壊的なものになっています。C-RANアーキテクチャは4G対応のために台頭してきました。これにより、タワーのベースにあった機器は別の場所に集約され、複数の施設が共用するようになりました。これによりタワーにおける占有面積を縮小し、また、機器のモニタリング、保守、点検の面でもメリットがありました。現在の4G設備の多くがC-RANアーキテクチャを使用していますが、5Gへの移行により基地局設計の再評価が必要となります。

繰り返しますが、5Gが約束する機能は、電気通信事業者がすでにアクセスできる地所（つまり、基地局のタワー施設）を手始めとして、消費者にできるだけ限り近いところにコンピューティングを配備する能力にかかっています。C-RANにより、そのような設備からコンピューティング機器が撤去されていました。即時にこの状況が回帰するとは考えられません。集約されたC-RAN施設には、5Gで果たすべき役割があります。しかし、これからは、これらのタワー施設にIT機器が戻ってくるでしょう。そして、オープン無線アクセスネットワーク（O-RAN）が導入され、かつてなかった展開の課題が新たに発生するでしょう。

今進んでいる、5Gのグローバルな展開キャンペーンは、既存の基地局に対するものだと思われがちです。しかし、実際の5Gは、中央局、新設の基地局とネットワークのエッジでのITにおいて展開されています。第5世代ネットワークは以前の世代より密度がはるかに高く、とても複雑です。そして、その展開のあらゆる側面に課題があります。

中央局では、5Gのトラフィックに必要となるサーバーに対応するために既存の設備を改造します。従来からの中央局は、すべてDC電源で動作する回線交換センターであり、熱負荷は2～3 kWで冷却に注意する必要はほとんどありません。5Gでは、このすべてが変化します。銅線や回線交換機は廃止され、ラックに格納されたサーバーに置き換えられます。DC電力システムやAC UPS装置が追加され、該当する熱負荷に対応した精密冷却ユニットが導入されます。

電気通信とITのアーキテクチャの間には、数十年来の根本的な違いが横たわっています。電気通信では、ネットワークを動作させるためにDC電力を用い、冷却の必要はあまりありません。データセンターやITの施設ではAC電源でサーバーを動作させており、サーバーの中にある電子部品は熱に弱く、適切な動作のためにより精度の高い冷却を必要とします。

5Gでは、この二つの境界はあいまいになっています。従来の電気通信環境にさらに多くのIT機器が導入され、これらの施設の電力と冷却のプロファイルは大きく変化しています。多くの場合、AC電力、DC電力のいずれかで済む簡単なものではなくなっています。これらの施設は、その両方が装備される方向に進化しています。その安全な設置と効果的な管理には特別な専門知識が求められます。Vertivは電気通信とデータセンターインフラのサポートの両方に数十年の経験をもっており、両方のアーキテクチャに詳しく、AC環境、DC環境のいずれのソリューションも提供しています。

最もよく見られるアプローチはAC環境とDC環境の混合で、一部の要素のためのDC電源システムを引き続き活用し、そこにサーバーのバックアップのためのACのUPS装置を追加するものです。すべてのケースに最近多く見られる1つの動向として、精密冷却（precision cooling）の導入があります。IT機器には冷却が必要ですが、冷却のために電源の負荷となる機器が増えます。ギガバイト単位の効率で5Gは4Gに勝るのにもかかわらず、5Gの全体的なエネルギー消費がとても多いのはこのためです。

SmartRowとSmartAisleは元々データセンター環境のためのものですが、AC/DCの混成環境に対応できるように構成することが可能です。ただし、多くの場合、安全性を確保するためにACとDCの電源装置は別々になっています。中央局では、通常SmartRowとSmartAisleは10～20のラックで展開し、エネルギー効率を高めるために機器の排熱を集める空間（ホットアイル）とそうでない空間（コールドアイル）が設けられています。

従来のコア／アクセスモデルを補足するのは、最近注目されているネットワークのエッジです。これは、5Gを支えるために必要なものです。このようなエッジのリソースはエンドユーザーのすぐ近くにコンピューティングを配備します。これは、5Gが可能とする低遅延と広帯域を実現するために必要です。これらのリソースはタワー施設に展開できます。または、アクセススペースの他の部分に展開することもできます。

この数年間データセンターの前線でエッジの増殖が見られるようなっています。そして、今度は電気通信事業者が独自のエッジコンピューティングリソースを展開しています。場合によっては、5Gのニーズに対応するために、既存のエッジコンピューティング／クラウドプロバイダーを活用することもあります。

エッジデータセンターは5Gの機能を余すところなく提供するために不可欠な、繊細な設備です。Vertiv™ SmartMod™はこのニーズに応えるモジュラーソリューションです。典型例として、100 kWデータセンターに、1ラックあたり10 kWで、最大10のラックにより展開します。SmartModでは、IT機器と、電源システム・バッテリーを別室に格納し、すべてのシステムのための熱管理を装備しています。

5Gには過去の電気通信事業に必要だった知識を超える専門性が求められると思えるのは、実際にそのとおり、専門的な知識が必要だからです。第5世代ネットワークは電気通信とデータセンターのリソースが混在して成り立っており、AC機器とDC機器の両方が存在し、電気通信事業者の多くがみたこともないアーキテクチャを採用しています。5Gの展開を最適化するには、両方の分野のノウハウが欠かせません。

Vertivはデータセンター、電気通信機器、アーキテクチャのすべてに精通し、これらすべてについての豊富な経験をもっています。当社は他に類を見ないノウハウ、専門知識とシームレスに統合されたソリューションにより、5Gの周りに集約されるこれらの産業に対応し、電気通信事業者が不慣れな技術の習得に時間を割くことなく技術面の障壁を取り除きます。

5Gはアクセスネットワークの変化を不可避なものにしています。それは中央局に見られた変化に劣らない劇的なものです。標準的な3G、4Gのタワー施設のベースステーションは、概ね5kWの負荷に対応しています。5Gになると、負荷は20～40 kWになります。このような消費電力とコンピューティングの膨大な増加には、既存の設備に相当な更新が必要となります。

設備の敷地の限界に対応することが第一に検討すべき課題であり、これが無線関連機器をタワー施設上部に上げる動機となっていました。そして、現在、タワーには数十の送受信機が取り付けられるようになっています。場合によっては、整流器までタワーに設置されて、AC電力をタワーに供給できるようにしています。ACケーブルはDCケーブルより安いので、コストを削減できます。

5Gはグローバルなテクノロジーかもしれませんが、世界の各地に同じペース、同じ形で展開されているわけではありません。中国と韓国が5Gの競争で先行しており、それに引きずられるようにしてアジア太平洋地域の諸国が続いています。

この地域の電気通信事業者は新しいネットワークとネットワーク機器を迅速に展開しており、施設を果敢に新設しながら、その補足として必要な設備更新を実行しています。これらの事業者は高電圧DCアーキテクチャをためらいなく取り入れていますが、データセンターに高電圧DCテクノロジーを採用する事業者がこの地域に多いことを考慮すれば、この動向は当然といえます。

米国の戦略はアジアに比べて少々控えめなものになっています。主に、4G設備を5Gに更新するアプローチが重要になっています。大規模な電気通信事業者は現在と将来のニーズへの対応を目指す一方で、小規模な事業者は資本投資を抑えるためにより小規模な展開を選択しており、プロバイダーによって違いがあります。

ヨーロッパは驚くほど出遅れており、5Gの運用開始への歩みがアジア、米国から1年ほど遅れています。周波数の割り当てが依然として遅れることをはじめとする、継続的な課題がいくつか存在しています。

しかし、注目すべき例外もあります。フランスとフィンランドは早い時期から動き、周波数の割り当てを迅速に済ませました。しかし、多くの場合において、周波数のオークションはまだはじまっていません。2021年の終わりまでに割り当ての70～80%が進むものと予想されています。

ヨーロッパにおける鈍い出足は、取り組み不足によるものと誤解すべきではありません。時代を先取りしている事業者は勢いよく展開を進めており、周波数オークションを待たされている事業者さえも、「その時」が訪れたら即時に移行できるよう、施設の準備に余念がありません。

ヨーロッパの電気通信事業者の多くは、5Gに投資する資金を手に入れるため、基地局のタワーを鉄塔事業者に売り戻しています。そして、タワーを使用できるよう鉄塔事業者から賃借する方式に切り替えています。

このことにより、タワーを使用した時間に対してのみ電気通信事業者に課金できるよう、これらの施設においてインテリジェントなパワーマネージメントが必要となっています。Vertivはこのようなマルチテナント構成に対応する、電力計測とパワーマネージメントのソリューションを提供します。

ヨーロッパには展開できる基地局の数を巡る規制もあります。これにより第5世代ネットワークによる高密度化は別の方法で生じています。タワーの不足を解消するため、小さな、重複するセルを多数展開しています。セルが重複するこの設計により、一部にバックアップ電源がない基地局を展開することができ、そのかわりに、冗長施設に負荷を移します。

ヨーロッパにおける驚くべき課題は、第5世代ネットワークで音声通信に対応することです。この地域の4G網の一部は音声通話に対応する装備がありません。かわりに、より古い2G、3G網に依拠しています。早い段階に示された動向によれば、多くの事業者が3Gを廃止する一方で、より古い2Gを音声送信のために維持することを計画しています。

ヨーロッパ全域に見られる遅い展開によって、電気通信事業者にはネットワークのエネルギー消費、排出量、全体的な環境インパクトに注目する時間的余裕が与えられています。これらの課題は、エネルギーの如何を問わず、大陸全域の優先課題となっています。一方で、この地域の電気通信事業者は5Gの本質的な課題を認識しています。

ヨーロッパの電気通信事業者はすでに長期にわたって混成電源システムを受け入れ、支持してきました。この傾向はこれからも継続し、5Gを支え、ネットワークのカーボンフットプリントの縮小につながるものと見られます。

中東とアフリカにおける投資と進捗は、想定のとおり、より豊かな国と都市部を中心としたものになっています。

第5世代ネットワークは通信速度とデータ通信量を劇的に増強し、生活にますます大きな価値をもたらす、無数の、新しい、高度な応用の道を拓きます。このような応用への依存が高まるのに伴い、ネットワークの信頼性とセキュリティがさらに重要になります。

これに伴い、現在の電気通信事業者にかつてなかった課題が突き付けられます。事業者は数十万の既存設備を更新し、いくつもの施設を新設し、ネットワーク上でのITシステムの増殖に伴うエネルギー消費の莫大な増加に対応する必要があります。

電気通信分野への幅広くITを導入することは、これら第5世代ネットワークを保護し電力を供給する上で、中心的な課題です。コア、アクセス、エッジにITを導入することは、従来からDCで駆動してきた環境にAC電源を追加することを意味します。これは、多くの電気通信事業者にとって異質の概念です。1世紀を超えて蓄積されたDC電力のノウハウに比べ、AC電源はかつてなかった要素であり、無視できない複雑さをもたらします。

そこで登場したモデルは、従来からの電気通信技術とデータセンターのアーキテクチャを採り入れたハイブリッドシステムです。Vertivはこの2つの業界の両方のノウハウをもち、このように対立しがちな利害に対応して第5世代ネットワークの高信頼性と効率を確保するインフラのソリューションを世界中の電気通信事業者に展開する取り組みを進めています。