世界初、5Gモバイルネットワークの品質劣化を防止するAI技術を開発、グローバルに提供開始

「つながりやすさ」を通常時だけでなく有事やイベント開催時などで実現し、運用コスト削減や省電力化も支援

　NEDOの委託事業である「ポスト５G情報通信システム基盤強化研究開発事業」（以下、本事業）において、富士通株式会社は、このたび、人工知能（AI）技術を活用し、モバイルネットワークの通信品質を高めつつ省電力化を図る世界初の技術などから成る、ネットワーク運用を高度化するアプリケーションを開発しました。

　富士通は、無線装置（RU）においてグローバル市場における導入実績をもっており、今後は、本アプリケーションをO-RAN仕様に基づく運用管理システム（SMO）「FUJITSU Network Virtuora Service Management and Orchestration」に搭載し、RUで培ったフットプリントを活かすことで、全世界のモバイルネットワーク事業者に向けて2024年11月よりグローバルに順次提供を開始する予定です。

　本アプリケーションは、AIでネットワーク品質をリアルタイムで推定し品質を維持する技術と、イベント開催時などネットワーク品質の劣化を未然に防止する技術、基地局のカバーエリアを再設計して品質を維持する技術の三つで構成され、運用環境に近い条件下での検証で有効性を確認しています。

　これにより、モバイルネットワークの利用者が最も期待する「つながりやすさ」を、通常時だけでなく自然災害などの有事やイベント開催時にも実現し、利便性と満足度向上、有事の安全性確保につなげます。モバイルネットワーク事業者においては、トラフィック量に応じた適切な運用により運用コスト削減、省電力化を支援し、世界的な社会課題の解決に貢献します。

1．背景

　グローバルでデジタルトランスフォーメーション（DX）が急速に進む中、そのインフラの一つとして5Gモバイルネットワークの普及も拡大しています。それを支えるモバイルネットワーク事業者には、今後、さらなる超低遅延や多数同時接続といった機能強化や、利用者単位、アプリケーション単位でのネットワーク品質確保が期待されています。また、RAN（無線アクセスネットワーク）領域ではO-RAN※1の構想に基づいてオープン化・仮想化が進んでおり、TCO（Total Cost of Ownership）削減も期待されています。

　こうした背景を踏まえ、NEDOが実施する本事業※2において、富士通は、RANの自律化や自動化などのインテリジェント化を担うO-RANに準拠したSMO（ネットワークサービス運用管理システム）※3内部に配置されたRIC※4上で動作する、体感品質（QoE※5）向上、省電力化、通信品質維持を実現する三つのアプリケーションを開発しました。モバイルネットワーク事業者の商用データ※6を活用した技術検証により有効性を確認しており、ネットワーク運用管理ソフトウエア「Virtuora」シリーズとして2024年11月より順次提供を開始します。

2．今回の成果

（1）AIを活用しモバイルネットワーク利用者のQoEのリアルタイム推定と品質確保を実現

　QoEをリアルタイムで推定し、QoE低下を検知した際には、自動的に他の基地局のネットワークエリアに切り替える技術を開発しました。

　本技術は、100GbpsのRANのトラフィックに対応した高速なパケット解析から、利用者単位、アプリケーション単位の統計データ（KPI）を算出し、そのKPIから特徴量を選択するだけで容易にアプリケーションごとのQoEを推定するAIモデルを生成する世界初の技術で、多様なアプリケーションに柔軟に対応できます。

　これにより、利用者一人ひとりのQoEを正確に把握し必要なリソースを割り当てることで利便性・満足度を確保しつつ、過剰リソースを抑制することで一つの基地局あたりの収容利用者数を19％向上※7させることが可能となりました。

図1　パケット解析によるQoE推定

（2）通信トラフィック上昇を予兆検知し、基地局の起動・停止により品質維持と省電力化を実現

　自然災害などの有事やイベント開催などの際に、通信トラフィックが通常時から上昇していることをAIで予兆検知することで、それまでスリープさせていた基地局を事前に起動させ、利用者の通信品質の劣化を未然に防止する技術を開発しました。

　これまで、エリアごとのトラフィックをリアルタイムに監視し、起動させる必要のない基地局をスリープさせることで省電力化を図っていました。今回はそれに加え、例えば小規模の花火大会や地域のイベントなど、通常時とは異なる人流の増加を検知することで、その後のグリッド※8単位でのトラフィック上昇を予兆する世界初の技術を開発しました。本予兆検知技術により実証期間の99.8％の時間で利用者品質に影響を与えず、事前に基地局を起動することを実現しました。

　これにより、トラフィック状況に応じたきめ細かい基地局起動・停止を行い、富士通が2023年12月に発表した省電力アプリケーション※9と組み合わせ、QoE維持と省電力化の両立を可能にし、利便性と満足度向上、有事の安全性確保や社会課題の解決に貢献します。

（3）サービス品質の劣化検知とエリア再設計によるサービス品質維持

　単一セル※10における異常検知技術では、トラフィックの低下要因が単純な負荷低下なのか、異常なのかの判断が困難な状況がありました。本技術では、単一セルではなく、周辺セルとトラフィック傾向を比較してAIにより判断することで、高い故障検知精度（適合率92％以上）を実現しました。少ない故障データでの教師あり学習や、教師なし学習にも対応しています。また、セルの重畳状況を踏まえたサービス影響度を把握することにより、優先的に復旧させるエリアを判断することが可能です。

　この異常検知技術によってサービスへの影響が大きいと判定されたエリアに対して、本技術ではさらに、影響があるエリアを救済するため、周辺セルの指向方向や負荷状況に加えて、実フィールドのパスロス※11を考慮した電波伝搬予測モデルにより、最適な周辺セルにおけるチルト角の算出を行い、故障セルによるサービス品質への影響を最小化します。これにより、装置故障など異常発生時においてこれまで復旧までに1日程度かかっていたところを、1時間以内に短縮し、利用者への影響を最小限にとどめることに成功しました。

図2　サービス品質低下検知と復旧

3．今後の予定

　富士通は今後も、さまざまな産業のアプリケーション、サービスを支えるネットワークに対してAIを中心とするテクノロジーを駆使したO-RANプロダクトを提供することによって、より安心・安全でサスティナブルな社会の実現へ貢献します。

　NEDOは、本技術を始め、今後もポスト5Gに対応した情報通信システムの中核となる技術を開発することで、日本のポスト5G情報通信システムの開発および製造基盤の強化を目指します。

【注釈】

※1 O-RAN

O-RAN ALLIANCEが策定したオープンインターフェース仕様に基づいて構築するRAN（無線アクセスネットワーク）のことです。

※2 本事業

事業名：ポスト５Ｇ情報通信システム基盤強化研究開発事業／ポスト５Ｇ情報通信システムの開発／RAN制御高度化　　技術の開発（委託）

事業期間：2021年度～2024年度

事業概要：ポスト5G情報通信システム基盤強化研究開発事業　https://www.nedo.go.jp/activities/ZZJP_100172.html

※3 SMO（ネットワークサービス運用管理システム）

O-RAN アーキテクチャにおいてService Management and Orchestration（SMO）で定義されるRANの運用や保守の最適化、ライフサイクルを管理するシステムのことです。

※4 RIC

RAN Intelligent Controllerの略でRANのパラメータ設定や運用の最適化を自律的に実行・制御するコントローラーです。

※5 QoE（Quality of Experience）

動画のストリーミングサービスやオンラインゲーム、アプリケーションなどを使用した際に感じる利用者の満足度や快適さのことです。画質やレスポンスなどのさまざまな要素がQoEには影響します。

※6　モバイルネットワーク事業者の商用データ

モバイルネットワーク事業者が実運用で収集しているデータを指し本研究開発においてAI開発に活用されます。

※7　19％向上

富士通のラボ環境でのセルベースのパフォーマンス測定とQoEベースのパフォーマンス測定を比較した結果から試算しました。

※8　グリッド

地図上の緯経度に方眼した区画のことです。

※9　2023年12月に発表した省電力アプリケーション

モバイルネットワークの利用者における位置情報の分布をもとに通信トラフィックを推定する富士通のAI技術を適用した省電力アプリケーションのことです。

（参考）富士通　プレスリリース（2023年12月19日）「AIの活用によりネットワーク運用の省電力化を実現」　https://pr.fujitsu.com/jp/news/2023/12/19.html

※10 セル

基地局の電波によって形成される通信エリアの最小単位のことです。

※11 パスロス：

電波が空気中を通過する際や障害物による遮りによって受ける減衰のことです。