2022年は相次ぐ通信障害が社会的問題化した。KDDIが2022年7月に起こした大規模通信障害以降も、通信障害が繰り返されている。その根底には、現在のモバイル網が従来の電話の仕組みを引きずり、スケールしづらいという本質的な課題が横たわっている。そんな課題を解消しようと果敢に挑んでいるのがソフトバンクだ。東京大学と共同で、障害に強い新たな5Gコアネットワーク（5GC）のアーキテクチャー「ステートレス5GC」の研究†を進めている。将来のモバイル網の救世主になるか。
「ステートフル」な現在のモバイル網
「Webシステムの場合、1秒間に1億クエリーを超えるようなSQLトランザクションを処理できるのに、モバイル網の場合、なぜ数千万単位の端末を扱う規模でスケールが難しくなるのか」
このような疑問を呈するのは、ソフトバンク先端技術研究所先端NW研究室室長代行の堀場勝広氏だ。
堀場氏の言葉通り、昨今頻発する大規模なモバイル網の通信障害は、ささいなミスをきっかけに、制御信号が雪だるま式に増加し、障害が大規模化するケースが目立つ。2022年7月に発生したKDDIの大規模通信障害も、コアルーターのメンテナンス作業のわずかなミスからコアネットワークのノードが次々とアクセス過多となり、復旧まで約60時間という時間を要した。
モバイル網のコアネットワークは、数千万規模の端末を常時接続している。一度コアネットワークに障害が生じると、影響が大規模・長期化する傾向にある。だがWebシステムの場合、大規模なEC（電子商取引）サイトなどはモバイル網の数倍である1億規模のクエリーを難なく処理している。Webシステムと比べると、モバイル網のもろさが際立つ。
「モバイル網は、ステートフルな方式なシステムであるためスケールしづらい。Webシステムのようにステートレス化することで、スケールするようになるのではないか」。ソフトバンク先端技術研究所先端NW研究室の渡邊大記氏は、このように指摘する。
「ステートフル」とは、システムが状態（ステート）を保持し、その内容を反映しながら処理するような方式を示す。モバイル網の場合、ステートに相当するのは端末の位置情報などだ。モバイル網では、コアネットワーク内の「NF（Network Function）」と呼ばれるノード群が端末のステートを保持し、その内容に基づいて処理している。
モバイル網でやっかいなのは、端末を収容するNFの責任範囲が広く、さらに複数のNFがステートを分散保持している点である。
例えばコアネットワーク内で端末をモビリティー管理する「AMF（Access and Mobility management Function）」と呼ぶNFの動作を見てみよう。AMFは配下の基地局と常時接続され、数万規模の端末を収容する。何らかの理由でAMFが落ちた場合、数万規模の端末がすべて影響を受けてしまう。モバイル網のアーキテクチャーでは、コアネットワークの機能ごとにNFを定義する。そのため、NFごとの責任範囲がどうしても広くなってしまうのだ。こうした事情からモバイル網では、コアネットワークに含まれるNFに障害が発生した場合、影響を局所的に抑え込むのが難しく、障害が大規模化しやすい傾向にある。
加えてモバイル網は、特定のNFだけが端末のステートを保持するのではなく、複数のNFがステートを分散保持するという仕組みである。分散保持されたステートの整合性を維持するために、NF間で多数の制御信号がやり取りされる。
このような仕組みであるからこそ、ささいなミスが大規模障害につながりやすい。あるNFが不具合を起こした場合、その他のNFがステートの整合性を保持するために問い合わせ信号を出し、返事が来ないとさらに問い合わせを繰り返す。こうして雪だるま式に制御信号が増えていく。
このようなモバイル網に対し、Webシステムは、システムが現在の状態を保持しないステートレスな方式で動作する。システム側のサーバーは、端末に相当するクライアントのステートを保持しない。ステートは処理のたびにサーバー側に送られ、その結果を返すというシンプルな仕組みだ。サーバー間でステートの整合性を取るような複雑な処理も発生しない。そのため、膨大なトランザクションでも処理が破綻することはない。
だとすれば、モバイル網をWebシステムのようにステートレス化すれば、障害に強く、スケールする仕組みに作り替えることができるのではないか。これがソフトバンクらの今回の取り組みの出発点である。
コアネットワークを手続き（プロシージャー）ごとに分割
モバイル網を具体的にステートレス化するためにはどうすればよいのか。
ソフトバンクらが提案するのは、コアネットワークの代わりとして、外部のデータベースに端末のステートを集約する形である。必要なときにコアネットワークが、データベースに端末のステートを確認する。Webシステムのバックエンドによく似た形態だ。
