5GC概要とSBA — Service-Based Architecture¶

学習目標¶

このページを読み終えると、次のことができるようになります。

• 5GC（5G Core Network） が何を目指して設計されたか、その設計思想を説明できる。
• SBA（Service-Based Architecture） とは何か、NF が サービス として相互に呼び出し合う思想を説明できる。
• NF どうしが SBI（Service-Based Interface） を通じて通信し、その実体が HTTP/2 + JSON であることを説明できる。
• NRF（Network Repository Function） が「NFの電話帳」として登録と発見を担うことを直感的に説明できる。
• EPC → 5GC の思想転換（MME機能の分割、専用インタフェースからサービス化、C/U分離の徹底）を対比で説明できる。
• 5Gの3大ユースケース eMBB / URLLC / mMTC を俯瞰して区別できる。

前提知識¶

先に モバイルネットワーク概要（LTEまで） を読み、EPC（4Gコア）のおおまかな構成（MME・S-GW・P-GW・HSS）と、制御信号とユーザデータの区別を押さえておくとスムーズです。

この章で学べること¶

• Why — なぜ 5GC は SBA という新しい設計に踏み切ったのか
• Basic Concept — マイクロサービス・レストランの厨房分業・電話帳のたとえで直感をつかむ
• SBA と SBI — NF がサービスとして呼び出し合う思想と、その通信手段
• NRF による発見 — NF が互いを見つける仕組みの直感
• C/U分離の徹底 — 制御プレーンとユーザプレーンを分ける意味
• NFという単位 — 機能を部品化して組み合わせる考え方
• 3大ユースケース — eMBB / URLLC / mMTC の俯瞰
• EPCとの比較 — 4Gコアから何がどう変わったか

個々のNFの役割一覧は Network Function 総論 と NF辞典 に、参照点やプロトコルの詳細は Interface / Protocol 総論 に委ねます。本ページは全体像をつかむ概念ページです。

Why — なぜ SBA が必要になったのか¶

4Gのコア（EPC）では、NF どうしが 1対1の専用インタフェース で結ばれていました。「MME と HSS の間は S6a」「MME と S-GW の間は S11」というように、組み合わせごとに専用の線とプロトコル が定義されていたのです。この方式は動作は確実ですが、次の問題を抱えます。

• 拡張しにくい — 新しい機能を足すたびに、関係する相手との専用インタフェースを新規に定義する必要がある。
• 柔軟性が低い — ある機能だけを増強（スケールアウト）したり差し替えたりするのが難しい。
• 多様なサービスに向かない — 5Gは超高速通信も、超低遅延も、大量IoTも1つの網で提供したい。用途ごとに網を最適化するには、機能をもっと自由に組み替えられる必要がある。

そこで 5GC は、コアの機能を サービス として提供し合う設計へと舵を切りました。これが SBA（Service-Based Architecture、サービスベースアーキテクチャ） です。各機能を小さな部品（NF）に分け、共通の作法（後述のSBI）で互いを呼び出せるようにすることで、追加・増強・差し替えが容易な、組み替え可能なコア を目指しました。

Overview — 概要¶

5GC は、突き詰めると次の3つの発想でできています。

• 機能をNFという単位に分ける — 「登録・モビリティ管理」「セッション管理」「認証」などを、それぞれ独立した NF（Network Function） として切り出す。
• NFはサービスとして呼び出し合う — NFは自分の機能を「サービス」として公開し、他のNFは共通インタフェース SBI を通じてそれを呼ぶ。専用の1対1インタフェースは制御プレーンの中心部から姿を消した。
• 相手はNRFで見つける — どのNFがどこにいるかは NRF という「NFの電話帳」に登録され、必要なNFはそこへ問い合わせて発見する。

さらに 5GC では、制御を担う 制御プレーン（Control Plane） と、実データを運ぶ ユーザプレーン（User Plane） を明確に分離し（C/U分離）、ユーザデータの転送は UPF に集約します。

graph TB
    NRF{{NRF
NFの電話帳}}
    subgraph SBUS["SBI（Service-Based Interface, HTTP/2 + JSON）"]
        AMF[AMF]
        SMF[SMF]
        AUSF[AUSF]
        UDM[UDM]
        PCF[PCF]
        NSSF[NSSF]
    end
    AMF --- NRF
    SMF --- NRF
    AUSF --- NRF
    UDM --- NRF
    PCF --- NRF
    NSSF --- NRF
    UPF[UPF
ユーザプレーン] -. N4で制御 .- SMF

図の読み方: 制御プレーンの各NF（AMF/SMF/AUSF/UDM/PCF/NSSF …）は、共通の SBI という「バス」に接続し、互いをサービスとして呼び出します。中央の NRF に各NFが登録され、発見の窓口になります。ユーザデータを実際に運ぶ UPF は制御プレーンから切り離され、SMF が N4 で制御します（C/U分離）。

Basic Concept — 初心者向け説明¶

SBA の発想は、3つのたとえで直感的につかめます。

1. マイクロサービスのたとえ¶

4GのEPCは、機能が密に結合した 大きな一枚岩（モノリシック） に近いイメージでした。5GCの SBA は、これを マイクロサービス に分けたようなものです。1つの巨大なプログラムに全機能を詰め込む代わりに、小さな独立したサービス（NF）に分け、それぞれが 共通の作法（Web APIのようなもの） で会話します。あるサービスだけを増やしたり、新しいサービスを足したりが独立してできるのが利点です。

2. レストランの厨房分業のたとえ¶

EPCのMMEは、1人のシェフが「注文取り・調理・会計」まで何でもこなす小さな店に似ていました。5GCでは厨房を 分業 します。

• 注文を受け付ける係（AMF） — お客（UE）の受付・出入りの管理。
• 料理を組み立てる係（SMF） — 実際の一品（データ通信の通り道＝PDU Session）の段取り。
• 本人確認の係（AUSF/UDM） — 予約者本人か・会員かの確認。

分業すると、混む工程だけ人を増やせます。「受付が忙しければ受付係だけ増員」というように、必要な部分だけ増強 できるのが SBA の強みです。

3. 電話帳のたとえ（NRF）¶

分業した各係が互いを呼ぶには、「あの仕事をしてくれる係はいまどこにいるか」を知る必要があります。そのための 社内電話帳 が NRF です。各係は出勤したら「私はこれこれの仕事ができます」と電話帳に 登録 し、仕事を頼みたい係は電話帳を引いて相手を 発見 します。この「登録して、引いて、見つける」仕組みが SBA を回す土台です。

SBA と SBI とは¶

SBA（Service-Based Architecture） は、5GC制御プレーンの設計思想そのものです。各NFが自分の機能を サービス として公開し、他のNFはそれを呼び出して使います。「相手が何であれ、同じ作法で呼べる」ことが要点で、専用の1対1インタフェースを網の中心から取り除きました。

その 共通の作法（呼び出し口） が SBI（Service-Based Interface、サービスベースインタフェース） です。SBIの実体は次の技術で構成されます。

つまり、5GCの制御プレーンは Webアプリケーションと同じ技術（HTTP/2 + JSON）で NF どうしが会話する のです。各NFが提供するサービスには Namf・Nsmf・Nudm のように 「N + NF名」の命名 が与えられます（例: AMFの提供サービスは Namf）。

NRF による NF の発見¶

SBAで NF が自由に呼び合うには、「どのNFが、どんなサービスを提供し、どこ（アドレス）にいるか」を管理する仕組みが要ります。それを担うのが NRF（Network Repository Function） です。NRFは 5GC の NF電話帳（レジストリ） として、次の2つを提供します。

• NF Management（登録・管理） — 各NFは起動時に「自分は何NFで、どんなサービスを提供し、どこにいるか」をNRFへ 登録 します。状態変化があれば更新し、停止時は登録を消します。
• NF Discovery（発見） — あるNFが別のNFに用があるとき、NRFへ「◯◯サービスを提供するNFを教えて」と問い合わせ、条件に合う候補（アドレス等）を 発見 します。得た候補から実際に呼ぶ相手を 選択 します。

sequenceDiagram
    participant SMF as SMF
    participant NRF as NRF（電話帳）
    participant UDM as UDM
    UDM->>NRF: ①登録「私はUDM、加入者管理を提供」
    SMF->>NRF: ②発見「UDMを提供するNFは？」
    NRF-->>SMF: ③候補（UDMの所在）を返す
    SMF->>UDM: ④SBIで直接呼び出し

図の読み方: UDMがあらかじめ自分をNRFに 登録（①）しておき、UDMを使いたいSMFがNRFに 問い合わせ（②）て所在を得て（③）、あとはSMFがUDMを SBIで直接呼ぶ（④）という流れです。呼び出し先を固定配線せず、実行時に発見できるのがSBAの柔軟さの源です。

NRFの役割・API・関連は NRF個別ページ と NF辞典 を参照してください。

C/U分離の徹底 — 制御とユーザデータを分ける¶

5GCでは、ネットワークの働きを2つのプレーン（面）に分けます。

• 制御プレーン（Control Plane, CP） — 「誰が・どこで・どう通信するか」を決める 司令塔。AMF・SMF・AUSF などが担う。
• ユーザプレーン（User Plane, UP） — 実際のユーザデータ（Webや動画のパケット）を 運ぶ土管。UPF が担う。

この C/U分離（CUPS: Control and User Plane Separation の徹底） により、司令塔（SMF）と土管（UPF）を独立にスケール・配置できます。たとえば低遅延が必要な用途では、UPF をユーザの近く（エッジ）に置いて データの往復を短くし、制御は中央に置いたまま、という配置が可能になります。制御プレーンのSMFがユーザプレーンのUPFを N4 で制御するのが基本構図です（UPF・N4の詳細は NF辞典 と Interface / Protocol 総論 へ）。

NF という単位 — 機能を部品化する¶

NF（Network Function、ネットワーク機能） は、5GCを組み立てる 部品 です。各NFは特定の役割を持ち、SBIを通じてサービスとして提供・利用されます。代表的なNFだけを俯瞰しておきます（一覧は NF辞典）。

ポイントは、これらが 固定的な機械 ではなく 組み替え可能なサービス として設計されていることです。用途に応じて必要なNFを選び、必要な分だけ配備する——これがSBAの狙いです。各NFの詳しい役割分担は Network Function 総論 で扱います。

5Gの3大ユースケース — eMBB / URLLC / mMTC¶

5Gは「速い通信」だけを目指したのではなく、性質の異なる3種類の用途を 1つの網 で扱えることを目標にしました。これが一般に確立した3大ユースケース区分です。

これら3つは要求が正反対の面を持ちます（eMBBは帯域、URLLCは遅延と信頼性、mMTCは接続数）。1つの物理網でこれらを両立させるために、5GCは網を用途ごとに論理的に切り分ける ネットワークスライシング（スライスの選択は NSSF が支援）や、前述のC/U分離によるUPFのエッジ配置といった仕組みを備えます。SBAによる 柔軟な組み替え が、この多様性を支える土台になっています。

EPC との比較 — 4Gコアから何が変わったか¶

4Gコア（EPC）と 5GC を、思想の転換点で対比します。

最大の転換は次の2点です。第一に、MMEの機能を AMF（登録・モビリティ管理）と SMF（セッション管理）へ分割 し、司令塔を役割ごとに切り分けたこと。第二に、専用インタフェースをやめてサービス化（SBI） し、NFを組み替え可能な部品にしたこと。加入者情報も HSS から UDM＋AUSF へと役割分離されました。4G/LTEの全体像は モバイルネットワーク概要 を前提としています。

3GPP Specification¶

5Gシステムアーキテクチャは TS 23.501（System architecture for the 5G System） に定義されます。SBA・SBI の定義は同Specの §4系（アーキテクチャモデルと概念） にありますが、正確な小節番号に確証が無い場合は本文中で「TS 23.501 §4（詳細章番号は要確認）」と表記し、それらしい番号は用いません。

FAQ¶

Q. SBA と SBI は何が違うのですか？ A. SBA は「NFをサービスとして相互に呼び出し合う」という 設計思想（アーキテクチャ） です。SBI はその思想を実現する 具体的な呼び出し口（インタフェース） で、実体は HTTP/2 + TLS + JSON です。思想がSBA、手段がSBIと覚えてください。

Q. なぜ HTTP/2 や JSON という「Web技術」をコア網に使うのですか？ A. Webの世界で実績のある標準技術を使うことで、開発しやすく、多重化などの性能面でも有利だからです。専用プロトコルを新規開発するより、確立された技術の上にNFのサービスを載せる方が、拡張性・柔軟性の面で目的（組み替え可能なコア）に合致します。

Q. NRF が無いとどうなるのですか？ A. 各NFが相手の所在を 固定設定 で持つ必要があり、SBAの柔軟さ（実行時の発見・選択）が損なわれます。NRFは「NFの電話帳」として、動的な登録・発見を可能にする要のNFです（NRF）。

Q. EPCのMMEは 5GC の何に相当しますか？ A. 1対1では対応しません。MMEが担っていた登録・モビリティ管理は AMF へ、セッション管理は SMF へと 分割 されました。この「機能分割」がEPC→5GCの代表的な転換点です。

Q. eMBB・URLLC・mMTC は 3GPP で決まった用語ですか？ A. これらはITU-Rが定めた IMT-2020 のシナリオに由来し、5Gの3大ユースケースとして一般に確立した区分です。本ページでは俯瞰にとどめ、スライシング等の実現手段の詳細は後続章に委ねます。

Summary¶

• 5GC は、機能を組み替えやすい サービスベース のコアを目指して設計された。
• SBA（Service-Based Architecture） は「NFがサービスとして相互に呼び出し合う」設計思想。
• その呼び出し口が SBI で、実体は HTTP/2 over TLS + JSON（Web技術）。
• NRF が「NFの電話帳」として、NFの 登録 と 発見 を担う。
• C/U分離 を徹底し、制御（SMF等）とユーザデータ転送（UPF）を独立に扱う。
• EPCからの転換は、MME → AMF＋SMF の分割 と 専用IF → SBI化 が代表的。
• 5Gは eMBB / URLLC / mMTC の3大ユースケースを1つの網で扱うことを目指す。

Practice — 理解度チェック・演習¶

理解度チェック¶

演習¶

• レストランの厨房分業のたとえを使って、AMF・SMF・NRF の役割を家族に1分で説明してみましょう。
• 手元の身近なWebサービス（HTTP/2 + JSON でAPIを提供するもの）を1つ思い浮かべ、それと 5GC の SBI が「同じ作法」である点を言葉にしてみましょう。
• EPCとの比較表を見ずに、「MME → ?」「専用IF → ?」「HSS → ?」の対応を自分で書き出してみましょう。

Next Step¶

• Network Function 総論 — 各NFの役割分担をより詳しく学ぶ
• Interface / Protocol 総論 — 参照点とSBI・プロトコルの詳細を学ぶ
• NF辞典 — 全NFの正式名称・役割・APIを引く
• Registration（初回登録） — SBA/NFが実際の手続きでどう連携するかを見る（Level2）