NTT、ブロックチェーンを用いた無線アクセス共用技術の実証実験の成果を発表

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無線トラヒックは、2030年には2020年時と比較して約80倍に増加すると予測されており、トラヒック増加によりネットワークが混雑し接続できなくなることを避けるため、個々の無線アクセスのさらなる高度化に加え、全ての無線トラヒックを処理するための無線リソースを確保する必要があるとされている。

無線リソースの確保には、無線アクセス設備である無線基地局などを増設する方法があるが、80倍の無線トラヒックを収容する無線アクセス設備を全て用意する方法では、コストの高騰が課題となる。

そこで、無線LANやローカル5Gなど、個人や企業の有する自営無線アクセスまでを含めた無線リソースを有効利用することが重要であり、無線リソースの有効利用には、それらの無線アクセスの共用が有効な手段となる。

しかし、従来の無線アクセス共用では、無線アクセス提供者へのインセンティブや、共用に関するセキュリティ、システム構築に関するコスト負担の低減といった課題の解決が必要だ。

また、無線アクセスの共用を行えたとしても、様々な所有者の無線アクセスが共用されると、それらは集中制御されることなく個別に運用されるため、通信品質の良い無線アクセスにユーザが集中的に接続してしまい、結果的に混雑が発生するなど、無線アクセス全体で無線リソースの利用効率の低下や通信品質の劣化が課題となっている。

そうした中、日本電信電話株式会社(以下、NTT)は、無線アクセス装置を、都度契約して利用可能とする、ブロックチェーンを用いた個人間の無線アクセス共用技術の実証実験を実施し、その成果を発表した。

この技術を活用し、ブロックチェーンと無線アクセス技術を組み合わせることで、従来難しかった個人間の無線アクセスの共用が可能となった。

無線アクセス提供者に対しては、通信契約を通した契約収入によるインセンティブを確保している。

また、ブロックチェーンを活用することでセキュリティ機能を強化しているほか、集中制御局を不要とした共用システム構築によるコストの低減、各無線基地局が自律分散的に端末接続数を平滑化することによる通信品質向上(無線リソース利用向上技術)が見込まれる。

さらに、通信品質を落とさずに無線アクセス共用を可能とすることで、将来のトラヒック増加に対する対応が可能だとしている。

実証実験を行った技術の通信契約締結フローでは、下図①のように、無線端末(UE:User Equipment)は無線信号を観測した周囲の無線基地局(BS:Base Station)のリストと、自身のデジタル署名を付与し、通信契約のトランザクションを発行する。

NTT、ブロックチェーンを用いた無線アクセス共用技術の実証実験の成果を発表
ブロックチェーンを用いた通信契約締結フローの概要

ここでは、仮接続したBSにトランザクションを送信しているが、既に通信契約済のBSや本技術以外の通信回線(例えば公衆セルラ回線)を利用することも可能だ。

②において、ブロックチェーンネットワーク(NW)上では、デジタル署名を検証することで、本人性確認を行い、成りすましを防ぐとともに、要求内容に改ざんなどの不正が無いことを確認する。

通信契約締結フローの②における適切な接続先(契約先)の決定を行う部分は、NTT独自技術となっている。

さらに、UEが送付したBSのリストから各BSの混雑度などを考慮し、適切な接続先(契約先)を決定する。この結果を、BSおよびUEへ通知。この一連の動作は、ブロックチェーン上のスマートコントラクトにより実行される。

③では、②の結果に基づきBS・UE間で通信契約が実行され、BSは通信の提供、UEは対価の支払を実行する。

なお、実証実験では「Ethereum-PoA」を用いて実装されているが、他のブロックチェーンプラットフォームを用いても実装可能だ。

実証実験の環境には、上図の通信契約締結フローを実装し、3台のBSおよび10台のUEを用いた。

各BSおよびUEは、全て管理者が異なる状態だ。今回の技術を用いることにより、様々な管理者の無線アクセスが混在している場合に対して、各UEが都度契約により通信を利用できることが確認された。

さらに、NTT独自の無線リソース利用効率向上技術の効果も確認されている。

単に、都度契約によりBS-UE接続を行う場合、下図左下のように、受信電力の高い特定のBSに集中接続してしまい、BSの混雑により無線リソースの利用効率が低下し、通信品質が劣化してしまう。

NTT、ブロックチェーンを用いた無線アクセス共用技術の実証実験の成果を発表
実証実験環境と無線リソース利用効率向上技術有無でのBS接続結果

NTT独自の無線リソース利用向上技術では、ブロックチェーン上の通信契約履歴を用いて、各BSのUE接続数を参照することで、各BSの混雑状況を把握する。

そして、混雑しているBSほど通信契約料を高く、混雑していなければ通信契約料を安くするよう制御する。

これにより、UEは通信契約料の安いBSを選択することで、結果的に混雑が解消され、無線アクセス全体の無線リソース利用効率が向上する。

この技術により、上図2右下のように、自律分散的にBS接続数を平滑化することが可能になり、無線リソースを有効利用することが可能だ。

下図に無線リソース利用効率向上技術の有無における全UEのスループットを示しているが、この技術を用いることで、UE全体のスループットが向上していることがわかる。

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無線リソース利用効率向上技術の効果

今後は、2024年度の技術確立に向けてさらなる検討を推進するとしている。

なお、この技術は2023年5月17日~18日に開催予定の「つくばフォーラム2023」にて紹介される。

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