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従来の4Gネットワークでは、比較的単調なデータパターンを持つモバイルブロードバンド通信トラフィックを主に処理していましたが、5Gネットワークははるかに広範なサービス利用ケースに対応します。これらの利用ケース、すなわちエンハンスト・モバイル・ブロードバンド（eMBB）、超信頼性・超低遅延通信（URLLC）、および大規模マシンタイプ通信（mMTC）は、それぞれ固有の要件を課し、DPI（ディープパケットインスペクション）に対して特定の制御および可視化メカニズムを必要とします。本稿では、トラフィックに対する新たな要件および従来型DPIに課される制約について説明するとともに、DPIが5Gネットワークの一部として機能するために必要な主な変更点についても解説します。
5Gがもたらす新たなネットワーク要件
新たな要件に伴い、従来の3Gおよび4Gネットワークには存在しなかった新機能が登場しました：
ネットワークスライシングにより、通信事業者は共有インフラストラクチャ上でユーザーに専用の論理ネットワークを提供できます。アプリケーション向けスライスは、性能レベルが異なる場合があります。例えば、モバイルブロードバンド向けスライスには高い帯域幅が必要ですが、産業用自動化制御システム向けスライスには極めて低い遅延が求められます。DPI（Deep Packet Inspection）技術は、トラフィックフローがどのスライスに属するかを特定し、そのスライスに対してサービスレベルの保証を提供するポリシー策定を可能にします。
エッジコンピューティングは、計算処理およびロジックをエンドユーザーに近い場所へ移動させることで、より優れたユーザーエクスペリエンスを実現し、アプリケーションの応答時間を大幅に短縮します。エッジコンピューティングにおけるネットワークアーキテクチャは非常に分散型であり、すべてのアプリケーショントラフィックフローがネットワークコアで終端する必要はありません。したがって、DPIソリューションには、分散型ネットワークに対応し、全体で一貫した機能を提供できる能力が求められます。
IPSecまたは類似のプロトコルを用いたユーザープレーントラフィックの暗号化技術は、広く普及するものとなる。しかし、5Gネットワークにおいては、暗号化されたトラフィックからアプリケーション情報を抽出することが不可欠である。この抽出は、大量のトラフィックを復号することなく、セキュリティ特性を維持しつつ、信頼性高く実行されなければならない。
従来のネットワークにおける初期のDPIの制限
Dpi 3Gおよび4GネットワークにおけるDPIには、5Gではさらに深刻な課題となるいくつかの制限がある：
パフォーマンス: 3Gおよび4Gネットワーク向け従来型DPI装置の処理能力は10Gbps～40Gbps程度であるが、100Gbps以上を提供する5Gネットワークでは、この能力では不十分となる可能性がある。
遅延時間 3G／4G環境では、DPIプラットフォームの許容遅延として10マイクロ秒が想定されていたが、超低遅延通信によって要求されるサブミリ秒レベルのエンドツーエンド遅延は、はるかに厳しい要件である。
ポリシーの動的変更性： 従来の4G DPIでは、ポリシーを静的に設定したり、定期的にまとめて更新したりすることが許容されていましたが、5Gのネットワークスライシングおよびエッジコンピューティングの要件は、ポリシーおよびDPI適用の分単位での動的調整を必要とするため、これでは対応できません。
カバレッジ： 4Gにおけるアプリケーション署名は範囲が非常に限定されており、暗号化トラフィック、未知のアプリケーション、および増加傾向にある新規プロトコルの識別にも不十分でした。このため、4GのDPIソリューションはネットワーク上で実行されるトラフィックの種類を把握できませんでした。また、4Gコアネットワークにおける集中型DPI展開では、分散型エッジコンピューティングアーキテクチャから求められる可視性を満たすことができません。
5Gシナリオ向けDPIのコア進化
いくつかの改良により、DPIソリューションは 5Gネットワークアーキテクチャ :
パフォーマンスの進化： ハードウェアアクセラレーションは、DPIデバイスおよび機能が100Gbps、200Gbps、あるいはそれ以上のトラフィックレートを処理できるようにするために広く採用されています。また、DPIデバイスのソフトウェア機能も最適化され、所定の性能水準を維持しています。その目的は、パケットを1つも破棄することなくトラフィックを検査することです。
遅延の進化： DPI技術は、ユーザープレーンのあらゆるフローに対してサブマイクロ秒レベルの遅延を導入します。これは、超低遅延通信の観点から許容可能なレベルです。
アーキテクチャの進化： 現在、DPI機能はもはやコアネットワーク内に配置される単一の集中型ハードウェアコンポーネントではなく、無線アクセスネットワークのエッジノード、集約ポイント、コアネットワークなど、必要とされる場所へと仮想化・分散化されています。仮想化された機能は、需要に応じて柔軟に展開・自動スケーリングが可能です。
暗号化： 暗号化トラフィックを復号せずに、フローの動作を分析したり、機械学習手法を用いて分類したりする能力が大幅に向上し、セキュリティとパフォーマンスの両立が図られるようになった。新たなアプリケーション署名は、新規に登場するプロトコルを検出するために、ほぼ毎日あるいは毎時更新されるようになった。
より優れたユーザーエクスペリエンスとトラフィック制御
強力な DPIソリューション は、ユーザーにさまざまな恩恵をもたらします：
ユーザー体験の向上：5GにおけるDPIの活用により、個別のサービス利用ケースに基づいてきめ細やかなポリシー制御を実行することが可能となり、QoS（サービス品質）の保証および優先処理が実現されます。例えば、産業用ロボットからのトラフィックに優先順位を付与し、緊急性の低いデータの転送を遅延させることができます。また、モバイルゲームユーザーが実際に体感するサービス品質は大幅に向上します。これは、DPIがゲーム関連トラフィックを識別し、動画アップロードなどの大容量データ転送を積極的に低優先度に設定することで、ゲームのデータストリームにリソースを集中させるためです。ユーザーは、サービスレベル契約（SLA）で定められた性能要件が確実に満たされていることを信頼できます。
交通制御の向上：ネットワーク事業者は、ネットワーク上のトラフィックに対する可視性と制御能力を高めました。リソースは、リアルタイムアプリケーションに対して動的に割り当て可能であり、イベント会場などで多数のユーザーが同時に動画をアップロードした場合でも混雑を防止できます。本サービスは、大容量ファイルのアップロードを自動的に優先度低下させ、代わりにリアルタイムの音声通話にリソースを割り当てます。フラッシュモブやDDoS攻撃などの攻撃・脅威を数ミリ秒以内に自動的に検知し、即時の対応を可能にします。
シノテレコム最適化DPI（5G対応）
これらのDPIプラットフォームは、システムあたり最大1200Gbpsのトラフィック処理をサポートし、400GEポートをネイティブでサポート。また、DPIシグネチャファイルにより数千種類のアプリケーションを処理可能であり、最新のアプリケーションおよびプロトコルに対応するよう定期的に更新されています。さらに、フロー単位での遅延はミリ秒ではなくマイクロ秒レベルを実現します。中国電信（Sino-Telecom）のDPIソリューションは、5G環境向けに複数の形態で設計されており、仮想化機能（VNF）として、およびRANエッジ、集約ポイント、コアネットワークへの分散展開として利用可能です。また、サービス指向アーキテクチャ（SBA）をサポートしています。中国電信（Sino-Telecom）が提供するDPIは、数千種類のプロトコルを収録したライブラリを備えており、毎日更新されます。さらに、暗号化トラフィックに対する行動ベースの分類機能により、より高い分類精度を実現します。加えて、無線アクセス網およびコアネットワークから取得されるコンテキスト認識データを処理するための知能も備えており、これによりさらに分類精度が向上します。
結論
急速な進展 DPI技術 その前身が抱えていた制約を成功裏に克服し、5Gネットワークの絶え間ない成長需要に対応しました。性能特性および遅延制御の向上に加え、高度な暗号化トラフィック処理、仮想化・分散化された機能、さらに極めて迅速なシグネチャ更新機構への進化により、DPIは単なる監視ツールから、5Gネットワーク運用において不可欠な構成要素へと変貌を遂げ、ユーザー体験の向上およびトラフィック制御を実現しています。
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