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TRANSPORT/IP NETWORKTOWARD VIRTUALIZED EPC

Copyright © 2013 Juniper Networks, Inc. Juniper Networks Proprietary and Confidential. Provided under NDA stipulations.

Jun FujimiyaJuniper Network K.K.Consulting Engineer ESV & ESAN, AT

2013

2 Copyright © 2013 Juniper Networks, Inc. Juniper Networks Proprietary and Confidential.

MARKET TREND


世界のLTE導⼊入オペレーター数

6800万in 2012

全世界のLTEコネクション数

10億in 2018

70億 in 2014モバイル端末の数

“ついに世界⼈人⼝口を超える”

モバイルネットワークはまだまだ進化

1億3400万in 2013

200社以上


$300

$400

$500

$100

$200

Worldwide service provider revenue vs. investments with innovation, 2003-‐‑‒2009 $ in USD Billion

2003 2004 2005 2006 2007 2008 2009

Worldwide service provider revenue vs. investments with innovation, 2003-‐‑‒2020 $ in USD Billion

2003 2005 2007 2009 2011 2013 2015 2017 2019

$1,250

$1,500

$1,000

$250

$500

$750

Forecast Model

Forecasted Investment in InternetHistorical Investment in Internet

Forecasted Revenue from InternetHistorical Revenue from Internet

Revenue

Investment

Source: Juniper, Cisco, MINTS, Infonetics

このままでは儲からない！！


4G/LTEの⼀一般的なバックホールとパケットコア(2G/3Gは省省略略)

IPトランスポートIP/MPLS, etc

バックホールPBB,IP/MPLS,MPLS-‐‑‒TP

PCRF

OCS

HSS

SPR

MME

UE

UE

eNodeBUEUE

eNodeB

eNodeBUE

UE

SeGW

SeGW

TDF NATDPIFWServices

SGW PGW

  トラディショナルで⼿手堅い

インターネット


トラフィックが⼤大きく変動し予測が難しい

時間

計画的な投資

需要予測

実際のトラフィック

需要 …

拡張性のない　　ネットワーク

専⽤用の　　　　アプライアンス

モバイルネットワークが直⾯面する課題


ダイナミックなリソース運⽤用

時間

需要予測

実際のトラフィック

需要

オープン　　ネットワーク

オープン　　　　プラットフォーム

確保された　帯域

仮想化基盤

…

やっぱり、これからのモバイルネットワークも


Management PlaneManagement Plane

Control Plane

Service Plane

Forwarding Plane

OLD WAY NEW WAY

Control Plane

Service Plane

Forwarding Plane

Primarily

SOFTWARE

Primarily

SOFTWARE

Primarily

HARDWARE

Primarily

HARDWARE

ControlForwarding

C

MS VMs on x86

C

SDN/NFVを使って新しいネットワークアーキテクチャをSDNの基本コンセプト

  プレーンの分離離と抽象化


これまでの専⽤用ネットワーク・アプライアンスの配置によるアプローチ

ネットワーク機能の仮想化

EPC

その他のサービス

DPI

キャリアグレードNAT

CDN

PE ルーター

ファイアウォール

　新しいプラットフォーム

クラウド x86サーバー

x86ラインカード

SGSN/GGSN

メッセージ・ルーター

WAN⾼高速化

BRAS

テスターQoE モニター

無線アクセス・ネットワーク・

ノード

動画／VOIPモニタリング

キャリアグレードNAT

DPIPEルーター

CDN

SSL VPN

トラフィック・モニタリング

カスタム・ルーティング・

アプリケーション

ファイアウォール

負荷分散

SDN/NFVを使って新しいネットワークアーキテクチャをネットワーク機能の仮想化


SDN/NFVを使って新しいネットワークアーキテクチャをSDNとNFVの関係

  SDNとNFVは相互に補完関係データセンタで培われた先進的な仮想化テクノロジーとSDNのC/Uプレーン分離離・抽象化を連携活⽤用することで、ネットワークサービスを業界標準プラットフォームに集約し、サービスプロバイダの抱える課題を解決


•  仮想化されたサービスを汎⽤用x86ハードウェアで　Faster innovation & lower CAPEX•  ダイナミックなオーケストレーションによるサービスチェイニング　More agility & lower OPEX

SDN/NFVを使って新しいネットワークアーキテクチャをネットワーク機能の仮想化とチェイニング

Router RouterFirewall DPI NATCacheEvolvedPacketCore

仮想化されたサービスのチェイニング


TOWARD VIRTUALIZED & ENHANCED RAN / MOBILE BACKHAUL


RANにおける仮想化ヘの流流れCENTRALIZED/CLOUD-‐‑‒RAN(C-‐‑‒RAN)

モノリシックベースステーション:•  ベースステーションの主な機能を　　　　すべて包含したパッケージ

Baseband

section

Radio

section

Network

Interface

Control

Amplifiers

Baseband

section

Radio

section

Network

Interface

Control

Amplifiers

Control

A/D

Tx/Rx

A/D

Tx/Rx

RRH

分散型ベースステーション:•  BBユニットと無線ユニットを分離離しファイバーで接続•  遠隔無線ユニットを⾮非常にコンパクトにすることが可能

CPRI, OBRI


RANにおける仮想化への流流れCENTRALIZED/CLOUD-‐‑‒RAN(C-‐‑‒RAN)分散型BSの仮想・クラウド化へのアプローチ•  BB⽤用プロセッシングリソースプールを、⾼高性能な汎⽤用プロセッサーを使⽤用して構築•  仮想化テクノロジーを使⽤用し、リアルタイムに必要なシグナリングキャパシティに

応じて、仮想BSプールからリソースをダイナミックなに提供

• 20MHz LTE system with 8Tx/8Rx antennas is 9.8304Gbps. • For LTE-‐‑‒Advanced, bandwidth requirement is 49.152Gbps.

出展:White Paper: C-‐‑‒RAN, The Road Towards Green RAN, China Mobile Research Institute, April 2010


モバイルネットワークへ影響を与えるキーとなる技術要素

キャリアアグリゲーションMIMOの⾼高次化セル間協調送信制御(CoMP)

TD-‐‑‒LTE複数周波数帯による⾯面展開

LTE導⼊入加速LTE-‐‑‒Advancedへの拡張•  LTE: 145社が導⼊入(Jan ʻ‘13)•  LTE-‐‑‒Adv: SKTがサービス開始

新周波数帯域の導⼊入•  広帯域周波数帯の確保•  3.5GHz帯(FDD band 22, TDD Band 　　　　42, TDD Band 43)

基地局数/無線デバイス増　⇒ Opex増•  デバイスの管理理＆メンテナンス•  ネットワーク収容設計、パス管理理

HetNetNon-‐‑‒3GPP-‐‑‒NWとの連携•  スモールセル化•  WiFiオフロードの展開


LTE-‐‑‒ADVANCEDCOMP-‐‑‒COORDINATED MULTIPOINT

2a

Site 1

Site 3

Site 2

3a

1a

3b

2b

1b

1c

2c

3c

 基地局間同期要件: 位相同期 ±500ns

COMP-‐‑‒Coordinated Multipoint 概要• ⿊黒線: 1Bセルと2Aセルでアップリンクが協調動作

• スケジューリングおよびビームフォーミング連携• 基地局間連携処理理

• ダイナミックなセル選択• 連携データ送信

• ⾚赤線: 1Bセルと2Aセルでダウンリンクが協調動作• スケジューリング連携• 連携データ受信

• 灰線: 1Aセルと1Cセルの協調動作


新周波数帯域の導⼊入 -‐‑‒ TD-‐‑‒LTEのさらなる普及TDD(Time Division Duplex)

基地局ハンドセット

基地局ハンドセット

基地局 F1

基地局

ハンドセット

Time: 12:00.01にハンドセットへ周波数”F1”で送信

Time: 12:00.05に基地局へ周波数　”F1”で送信

LTE TDD

LTE-‐‑‒A

周波数と位相同期が必須

時間

1つの周波数 (F1) のみ使⽤用、基地局とハンドセットが同時送信しないように連携が必要

FDD(Frequency Division Duplex)基地局

ハンドセット

ハンドセットに周波数”F1”で送信

基地局へ周波数”F2”で送信

2つの異異なる周波数 (F1 と F2) を使⽤用、基地局とハンドセットが同時送信しても問題なし

LTE FDD

周波数同期のみ必須

F1

時間

F2基地局

ハンドセット

 基地局間同期要件:  位相同期 ±1.5us


マクロセル + スモールセル

LAYERED HETNET ソリューション

Radius ~∼ km

• マクロセル：⼤大規模エリア、⼤大きなカバレッジ• ⼀一般的なセル数としては数104

マクロセル層シームレスなモビリティを提供

スモールセル層ユーザ単位に⾼高スループットを提供

• マイクロ/ピコ/フェムトセル: ⼩小さいカバレッジエリア• セル数は105から106+くらいで⾮非常に数が多い

Radius ~∼ 0.05-‐‑‒0.2 km


今後のRAN＆バックホールにおいて考慮すべきポイント

トランスポートパスの最適化

位相同期

X2区間の低遅延化

管理理や運⽤用の効率率率化＆⾃自動化


トランスポートパスの最適化1.  リアルタイムにトポロジーを把握2.  性能要件に合わせてネットワークのパスを選択3.  トラフィックが最適なパスを選択

Network Orchestration

EvolvedPacketCore

1588v2⽤用にSymmetricalなパスを構築

収容基地局トラフィックを処理理可能な帯域確保

1.2.

GPSGMBCBC

OC

3.

3. 3.


IEEE1588V2による位相同期の実現

Metro Aggregation

2G GSM3G UMTS4G LTE

Mobile Pre-‐‑‒Aggregation

)

Converged Pre-‐‑‒Aggregation

Small Cells

FEMTOCELLWIFI

BBU

RRU

CPRI

LTE-‐‑‒AdvancedCoMP

Sharing Radio Interface

Inter-‐‑‒Cell Coordination

Cell handover

eICIC

Interference Compensation

HetNets

ICIC

Grand Master

Grand Master

Boundary Clock

Boundary Clock

Boundary Clock

Boundary Clock

Ordinary Clock(OC)

OC

OC

OC

BC

BC

OC

BC

Boundary Clock


X2インタフェース区間のネットワーキングネットワークデザインによる遅延の最適化

X2遅延を最⼩小化するためのデザイン例例

A.  P2Pサービスをアグリゲーションルータで⼀一旦終端しヘアピニング

B. Any-‐‑‒to-‐‑‒Anyのマルチポストサービスを提供

Metro

eNB

CSR

eNB

CSR

SeGWSGW

MME

Metro

Mobile EdgeRouter

eNB

CSR

eNB

CSR

典型的なLTEネットワークは、X2インタフェースはSeGW経由で構築

MetroMobile EdgeRouter

eNB

CSR

eNB

CSR

最適な経路路ではないので、どうしても遅延が⼤大きくなってしまう


X2インタフェース区間のネットワーキングCentralized/Distributed SeGW

• キャパシティや性能要件に応じSeGWを集中型／分散型へ動的シフト

Centralized SeGW

OR 　

DistributedSeGW

IPSec Tunnels

IPSecTunnels

eNodeB

eNodeB

eNodeB

Small Cell

CSR

ネットワーク要件に応じて最適なポイントでのIPSecトンネルを終端＆Centralized SeGWへ中継

X86 Compute Platforms

VM S

eGW

VM S

eGW

VM S

eGW

VM S

eGW

VM S

eGW


.

次世代バックホールネットワークに求められる要件

§ 制御の集中化＆⾃自動化§ 管理理の集中化＆⾃自動化

§ サービスアジリティ§ シンプル＆低コスト

モバイルユーザ

レジデンシャルユーザバックボーン

ルータ

BroadbandEdge

既存のIPネットワーク

エッジルータ

バックホールネットワーク

アクセスノード



コントローラー

企業ユーザ

さらに・・・CARRIER SDN プラットフォームバックホールにもインテリジェンスを


TOWARD VIRTUALIZED EPC


EPCを仮想化によるベネフィット

Capacity & Scale

Elasticity

Service velocity

Application acceleration


EPC仮想化で実現したいこと


SGW

MME

PGW

UE eNodeB

UE

eNodeBUEUE

eNodeBUE

UE

TDF

  Advanced TCA ベースのEPCを

PCRF

OCS

HSS

SPR



MME SGW PGW


仮想化されたEPCTDF

MME SGW PGW



UE eNodeB

UE

eNodeBUEUE

eNodeBUE

UE

最適化された IPファブリック


  x86アーキテクチャの汎用プラットフォーム上に   Virtual MachineベースでvEPCを実現



MME SGW PGW



UE eNodeB

UE

eNodeBUEUE

eNodeBUE

UE


  DCで培われた仮想化テクノロジーを用い   ダイナミックにEPCリソースを配置

リソース逼迫!!

UEUE

UE

UEUEUE

UE

UE

リソース使用率を鑑みて動的にEPCリソースを割り当て


MME SGW PGW仮想化されたEPC

TDF


でも、まだまだ検討が必要すべき事が盛り沢⼭山

最適化IPファブリックの構築

ステートフルなスケールイン＆アウト

キャリアグレードの達成

Cプレーン/Uプレーンの分離離


Cプレーン/Uプレーン分離離

  SDNのコンセプト§  C/U分離離§  EPCのC/U分離離のコンセプトにマッチ？

  各プレーンの特徴§  Cプレーン

§  時間帯やイベント、災害等々に起因し、スパイク的に負荷が発⽣生§  プロセッシング＆トランザクションオリエンテッド

§  Uプレーン§  GTPは繋ぎっぱなし§  統計多重効果§  パケットフォワーディングオリエンテッド


Cプレーン/Uプレーン分離離最適なプラットフォーム/テクノロジーの適⽤用

Compute/Memory

⾼高性能パケットフォワーディングカスタムASIC

x86アーキテクチャ汎⽤用プロセッシング

NPU

パケットフォワーディング = UプレーンHigh packet performance,Low memory/compute

プロセッシング = CプレーンLow Packet Performance,High memory/compute

プロセッシング＆トランザクション = < パケットフォワーディング

< プロセッシング＆トランザクション = > パケットフォワーディング


  まだまだ議論論が必要

Cプレーン/Uプレーン分離離どうやって実装するか

MMESGWC/P

PGWC/P



MME SGWC/P

PGWC/P


仮想化されたEPC

TDF

UE eNodeB

UE

eNodeBUE

UE


オフロードAPI? プロトコル?

eNodeBUEUE

SGW-U PGW-U

Uプレーン

Cプレーン

ご静聴、どうも有難う御座いました

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