2013

TRANSPORT/IP  NETWORKTOWARD  VIRTUALIZED  EPCJun  Fujimiya
Juniper  Network  K.K.
Consulting  Engineer  ESV  &  ESAN,  AT

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

MARKET TREND	
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モバイルネットワークはまだまだ進化

200

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”

社以上

世界のLTE導⼊入
オペレーター数

6800万
in  2012

1億3400万in  2013

全世界のLTEコネクション数
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10億in  2018

このままでは儲からない！！
Worldwide  service  provider  revenue  vs.  investments  with  innovation,  2003-‐‑‒2009    $  in  USD  Billion
2003-‐‑‒2020    Forecast  Model$1,500$500$1,250$400$1,000
$300
$750
$500
$200
$250

Revenue

Investment

$100
2003
2003

2005 2004 2007

2005
2009

2011
2006

Historical  Revenue  from  Internet
Forecasted  Revenue  from  Internet

2013 2007 2015

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2009
2019

Historical  Investment  in  Internet
Forecasted  Investment  in  Internet

Source:  Juniper,  Cisco,  MINTS,  Infonetics
42008
2017

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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)
トラディショナルで⼿手堅い
HSS
UE

UE

SPR

eNodeB

PCRF

MME

OCS

SeGW

UE

UE

インターネット	SGW

eNodeB

PGW

DPI
FW
Services

SeGW
eNodeB

UEUE

5

バックホールPBB,IP/MPLS,MPLS-‐‑‒TPCopyright © 2013 Juniper Networks, Inc.

TDF NAT

IPトランスポート
IP/MPLS,  etc

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モバイルネットワークが直⾯面する課題	
トラフィックが⼤大きく変動し予測が難しい

専⽤用の 　 　 　 　 拡張性のない 　 　
アプライアンス
ネットワーク

需要

実際のトラフィック

計画的な投資

…
需要予測

時間

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やっぱり、これからのモバイルネットワークも	ダイナミックなリソース運⽤用確保された 　帯域

オープン 　 　 　 　 オープン 　 　プラットフォーム
ネットワーク

実際のトラフィック

需要…

需要予測

仮想化基盤

時間

7

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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	

Management  Plane

Management  Plane

Control  Plane

Control  Plane

Service  Plane

Service  Plane

Forwarding  Plane

Forwarding  Plane

Primarily
SOFTWARE

NEW  WAY

Primarily
HARDWARE

Primarily
HARDWARE

Primarily
SOFTWARE

OLD  WAY

MCCS

VMs  on  x86Control
Forwarding

8

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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

ファイアウォール

PEルーターDPI

WAN⾼高速化

EPC

DPI

その他のサービス

テスターQoE  モ
ニター

キャリアグレードNAT

メッセージ・ルーター

CDN

CDN

PE  ルーター

カスタム・ルーティン
グ・
アプリケー
ション

ネットワーク機能の仮想化
ファイアウォール

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 　新しいプラットフォーム
x86
ラインカード

負荷分散

キャリアグ
レードNAT

SGSN/GGSN

無線アクセス・ネットワーク・ノード

SSL  VPN
トラフィック・
モニタリング

9

BRAS

動画／VOIPモニタリング

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クラウド

x86
サーバー

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

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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
• 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
仮想化されたサービスのチェイニング
Router11

EvolvedPacket
CoreFirewall  Copyright © 2013 Juniper Networks, Inc.

DPI

Cache

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NATRouter

TOWARD VIRTUALIZED & ENHANCEDRAN / MOBILE BACKHAUL	
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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

AmplifiersRadio
sectionBasebandsectionNetwork
InterfaceControl

AmplifiersRadio
section

分散型ベースステーション:

Tx/Rx

A/D

Control• 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

RRH

13

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Tx/Rx

A/D

BasebandsectionNetwork
InterfaceControl

CPRI,  OBRI  Juniper Networks Proprietary and Confidential.

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  14Copyright © 2013 Juniper Networks, Inc.

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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
LTE導⼊入加速
LTE-‐‑‒Advancedへの拡張••

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)  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)

HetNetNon-‐‑‒3GPP-‐‑‒NWとの連携••15

スモールセル化WiFiオフロードの展開

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TD-‐‑‒LTE

複数周波数帯による⾯面展開

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
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LTE-‐‑‒ADVANCED
COMP-‐‑‒COORDINATED  MULTIPOINT
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
1b•連携データ受信•灰線:  1Aセルと1Cセルの協調動作

3b3a
Site  33c2a1a
Site  11c2b
Site  2

基地局間同期要件:  位相同期  ±500ns  16

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2c

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

LTE  FDD

ハンドセットに周波数”F1”で送信TDD(Time  Division  Duplex)
基地局

LTE  TDD

Time:  12:00.01に  ハンドセットへ
周波数”F1”で送信ハンドセット

LTE-‐‑‒A

基地局へ
周波数”F2”で送信ハンドセット
Time:  12:00.05に基地局へ周波数 　”F1”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

F1

基地局

F2

ハンドセット時間

周波数同期のみ必須

基地局間同期要件:  位相同期  ±1.5us  17

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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

F1

基地局

ハンドセット

基地局

ハンドセット基地局

時間

周波数と位相同期が必須
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LAYERED  HETNET  ソリューション
マクロセル  +  スモールセル
マクロセル層

シームレスなモビリティを提供• 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

Radius  ~∼  km

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
18

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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
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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
2.
1.

収容基地局トラフィックを処理理可能な帯域確保

3.

EvolvedPacketCore

3.
OC20BC

3.
BC

1588v2⽤用にCopyright © 2013 Juniper Networks, Inc.
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Symmetricalなパスを構築

GMGPS

IEEE1588V2による位相同期の実現
2G  GSM
3G  UMTS

Cell  handoverOC	 4G  LTEBC	Grand Master	Inter-‐‑‒Cell  Coordination

Mobile  Pre-‐‑‒Aggregation  )BC	OC	LTE-‐‑‒
Advanced
CoMPOC	Sharing  Radio  Interface

BBU

Boundary
Clock	CPRIICICInterference  Compensatio
nHetNets

Small  Cells

RRU

Metro  Aggregation   Boundary
Clock	
Boundary
Clock	BC	eICI
CConverged  Pre-‐‑‒Aggregation  OC	Ordinary
Clock(OC)	

FEMTOCELL
WIFI

21

Boundary
Clock	

Boundary
Clock	

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Grand Master	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
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
MME
eNB
CSR

Metro
SeGW

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遅延を最⼩小化するためのデザイン例例
eN
B

eN
BeNB
CSRCS
R

CSR

Metro
Mobile  Edge
RouterA. 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
22

SGW

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Metro
Mobile  Edge
RoutereNB
CSR

B.  Any-‐‑‒to-‐‑‒Anyのマルチポストサービスを提供

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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

Small  Cell

eNodeB
IPSec
Tunnels

eNodeB

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Distributed
SeGWX86 Compute
Platforms

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

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VM SeGW                            OR 　VM SeGW

IPSec  Tunnels

VM SeGW

CSR

VM SeGW

eNodeBVM SeGW

Centralized  SeGW

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コントローラー

アクセス
ノード

モバイルユーザ

レジデンシャル
ユーザ

アクセス
ノード

バックホールネットワーク既存のIPネットワーク
Broadband
エッジ
Edge

ルータ

企業ユーザ

バックボーン
ルータ

アクセス
ノード

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§サービスアジリティ§管理理の集中化＆⾃自動化§シンプル＆低コスト

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TOWARD VIRTUALIZED EPC	25

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EPCを仮想化によるベネフィット

Capacity & Scale
Elasticity
Service velocity
Application acceleration
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EPC仮想化で実現したいこと
Advanced TCA ベースのEPCを	HSS
UE

UE

UEUE

eNodeB

SPR

PCRF

MME

OCS

eNodeB
インターネット

SGW
eNodeB

UEUE

27

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PGW

TDFEPC仮想化で実現したいこと
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
仮想化されたEPC	
MME
UE

UE

UE

UE

SGW

PGW

TDF

X86 Compute Platforms

eNodeB

最適化されたIPファブリック	

eNodeB

インターネット

eNodeBUE

X86 Compute Platforms

UE
MME

SGW

PGW

TDF

仮想化されたEPC	
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EPC仮想化で実現したいこと
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

仮想化されたEPC	

リソース逼迫!!	
UE

UE

UE
UE UE

UE
UE

MME

SGW

PGW

TDF

X86 Compute Platforms

eNodeBUE

リソース使用率を鑑みて動的にEPCリソースを割り当て	

UE
UE
UE

eNodeBUE

インターネット

eNodeBUE

X86 Compute PlatformsUEMME

SGW

PGW

TDF

仮想化されたEPC	
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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30

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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

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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

x86アーキテクチャ

プロセッシング  =  Cプレーン

汎⽤用プロセッシング

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

パケットフォワーディング  =  Uプレーン<  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

High  packet  performance,
Low  memory/compute

⾼高性能パケット
フォワーディング

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カスタムASIC

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NPU

Cプレーン/Uプレーン分離離
どうやって実装するかまだまだ議論論が必要

仮想化されたEPC	
MME

UE

UE

eNodeB

オフロードAPI?
プロトコル?	

SGW
C/P

PGW
C/PTDFX86 Compute Platforms

Cプレーン	

UE

UE

Uプレーン	
eNodeB

SGW-U	
eNodeBUE

PGW-U	

インターネット

X86 Compute Platforms

UEMME

SGW
C/P

PGW
C/P

TDF

仮想化されたEPC	
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ご静聴、どうも有難う御座いました