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1 CEATEC2013 IEICE 東京支部シンポジウム 20min talk, 5min Q&A 通信要求の変動に柔軟に対応するための 通信サービスの仮想化への取り組み 2013 年 10 月 3 日日本電気株式会社岩田淳 a-iwata@ah.jp.nec.com 本研究の一部は 総務省の委託研究 大規模通信混雑時における通信処理機能のネットワーク化に関する研究開発 ( 平成 24 年度一般会計補正予算 ( 第 1 号 )) の成果である

2 目次 背景 通信事業者の課題とニーズ NECのSDN NFVによる解決アプローチ SDN NFVの最新の研究開発事例 通信サービスの拠点内 拠点間仮想化 まとめ Page 2

3 背景 トラヒックの動向 スマートフォンの浸透により モバイルによるデータ通信が大幅に増加 モバイルユーザの利用の変化 スマートフォンでは ストリーミング等の映像データの利用頻度が急増 出展 : 総務省無線 LAN ビジネス研究会 ( 第 7 回 ) H より フィーチャーフォン スマートフォン モバイルトラヒック予測 年平均約 2 倍のペースでトラヒックが増加すると予測 総務省予測 ( 12/7/10 ) 11~19 倍 ( 年平均 1.84 ~ 2.08 倍 ) 各キャリアおよびベンダー予測 ( FY ) 10 倍 12 倍 8 倍 13 倍 8 倍 出展 : 総務省無線 LAN ビジネス研究会 ( 第 7 回 ) H 各社発表データを基に加筆 FY2011 FY2015 各社平均 Page 3

4 通信事業者が抱える課題 ネットワークを取り巻く環境の変化により トラヒックと収益のギャップは拡大 トラヒックと収益とのギャップ 環境変化 1 NWの大規模化 複雑化 ( 多様な装置 種別 NW 構成 ) ギャップ 環境変化 3 サービスの多様化 (OTTの台頭) 環境変化 2 競争環境の激化 ( 加入者減少 収入源減少 ) Page 4

5 環境変化に対応した通信事業者のニーズ 環境変化に適応し トラヒックと収益とのギャップを解消するには ネットワークの経済化 効率化 および 高付加価値化が急務 環境変化 競争環境の激化 ( 加入者減少 収入源減少 ) NW の大規模化 複雑化 ( 多様な装置 種別 NW 構成 ) サービスの多様化 (OTT の台頭 ) NW の経済化 効率化 CAPEX/OPEX の削減 NW の高付加価値化収益拡大へ向けた NW の高度化 Page 5

6 NEC の SDN NFV による解決アプローチ NW の高付加価値化 仮想ノード Service Service Provider Service Provider Provider API 仮想 NW サービス管理 設備管理 課金管理 顧客管理 抽象化 論理分割 SDN サービスコントローラ 物理サーバ 物理 NW NW の経済化 効率化 Page 6

7 NEC の通信サービス向け SDN NFV の提供価値 Infrastructure Efficient resource utilization with virtualization Programmable, scalable & reliable network CAPEX reduction Management & Orchestration Flexible & automated configuration Centralized control & management OPEX reduction Services Business agility Simple service provisioning New service revenue Simple & Flexible Mission critical system Computing technology Mobile infrastructure IP networking Optical transport Page 7

8 P/SGW MME P/SGW BRAS BRAS BRAS NEC の通信サービス向け SDN NFV - Infrastructure (Virtualized functions of NFV) Management & orchestration Orchestration SDN controller Network control Service control Infrastructure Virtual resource v vbras OSS/BSS Physical resource Page 8

9 NEC の通信サービス向けの SDN+NFV の効果 いままで C U Internet NW 要件 信号量中データ量中 RAN NW 帯域過多 C U 信号処理リソース不足 M2M 信号量 データ量 大 小 QoE 悪化 NFV+SDN NW 帯域不足 NFV+SDN 適用 v C U C U データ転送リソース不足 Streaming Internet 信号量データ量信号量データ量 小 大 中 中 RAN NW 帯域最適化 v C U 信号処理リソース確保 M2M 信号量 データ量 大 小 QoE 改善 NW 帯域確保 OFC v C U データ転送リソース確保リソースコントローラ Streaming 信号量小データ量大 Page 9

10 SDN NFV の最新の研究開発事例 : 通信サービスの拠点内 拠点間仮想化 Page 10

11 移動通信サービスの課題を NFV で解決 課題 : 通信サービスのインフラが専用機器で構成 固定的 社会の変化に迅速かつ柔軟に対応できず トラヒック増加に対して膨大な設備投資 運用費が必要 NFV による通信サービスの仮想化による対応 Page 11

12 移動通信サービスの課題を SDN で解決 課題 : ネットワークの仮想化制御 動的トラヒック制御が不可 局舎内の通信サービス網リソースの有効活用が不可 音声 メールの重要通信の識別が不可 通信サービスの優先度に応じた柔軟な迂回経路設定が不可 SDN によるネットワークの仮想化による対応 Page 12

13 解決のアプローチ 移動通信サービスの NFV による仮想化と ネットワークの SDN による仮想化により 拠点内 拠点間で動的な能力増強を可能にする 通常時 IMS 災害時 アプローチ 1 拠点内仮想化 IMS IMS IMS サーバ (CPU) ( メール ) 通信サービス ( 動画他 ) メモリ ( 動画他 ) 割当変更 ( メール ) OpenFlow ネットワーク ( 動画他 ) ( メール ) ( 動画他 ) ( 動画他 ) ネットワークストレージ 通信サービスを仮想化し制御する技術 通信サービス制御 仮想ネットワーク動的制御 OpenFlow による仮想ネットワークを動的に制御する技術 アプローチ 2 拠点間仮想化 仮想 NW を一時的に他の拠点に拡大し 連携させる技術 SDN による拠点間ネットワーク連携技術 拠点 1 パケットパケット 物理リソース 通信網 パケットパケット 関東 東北 拠点 2 物理リソース パケットパケット パケットパケット 通信サービスの拠点間配置 他拠点のリソースを融通し 遅延等を考慮して 通信サービスを配置する技術 Page 13

14 拠点内 実証済 仮想化基盤に対応した通信サービス制御技術 通信サービスを仮想化することにより ネットワーク全体で必要トラヒックの状況に合わせたシステム構成変更を短時間で実現 最適な配置案を自動的に生成する技術 通信サービスの実行 制御を自動化する技術 通信サービスの状態監視技術 通信サービス配置技術 通信サービス実行制御技術 サービス追加判定 サービス起動 停止 輻輳状態通知 運用管理 リソース追加指示 通信サービスの状態監視を自動化し 輻輳 障害の回避に必要となる情報を抽出する技術 リソースを柔軟に利活用できる仮想化技術 IMS IMS IMS OS OS OS OS OS OS 通信サービスの仮想化 Hypervisor サーバ IMS IMS IMS IMS IMS 輻輳状態 IMS 追加 仮想ネットワーク 動画動画 IMS IMS Page 14

15 拠点内 実証済 仮想ネットワーク動的制御技術 増強するサービス向けに拠点内で動的に仮想ネットワークを構成変更し 増強するサービストラヒック向けに優先度を変更し 優先度に応じたトラヒック制御を実現 平常時 災害後 トラヒックの優先度の動的な変更に応じた 柔軟なトラヒック制御 基本サービス音声 メール IMS NW 同一拠点内 NW リッチコンテンツ ネットワークリソースの動的再構成技術 IMS NW 同一拠点内 基本サービス音声 メール NW リッチコンテンツ サービスの増強に応じて局舎内で自動的に仮想ネットワークを構成 OpenFlow OpenFlow トラヒックの優先度に応じた制御技術 OpenFlow 障害が発生 OpenFlow 障害 障害 Page 15

16 GW S/P-GW MME MME Virtualized PF GW GWU GW GWU GW GWU Virtualized PF MME MME Virtualized PF 拠点内 実証済 拠点内での適用効果 ~v~ 汎用サーバ上でソフトにより 機能を実現 仮想化を適用し サービス特性に応じたサーバリソース NW リソースを柔軟にソフトウエアでアサイン SDN サービスコントローラ サーバリソースを柔軟に割り当て スケーラビリティー確保 汎用サーバ #1 (v) 汎用サーバ #2 汎用サーバ #n 汎用サーバ上で 機能を実現 Scale out 汎用 HW による保守簡易化 Page 16

17 拠点間 実証中 拠点間仮想化による更なる柔軟性向上 拠点内仮想化 拠点間仮想化 拠点 2 東北 輻輳 メール伝言板動画 メールパケットパケット 拠点 1 物理リソース 物理リソース 通信網 メール伝言板動画メール伝言板パケット 拠点 4 メール伝言板パケットパケット 物理リソース拠点 1 動画 パケット 通信網 メール伝言板動画 拠点 3 パケット パケット 物理リソース他拠点のリソースを融通し 通信サービ活用して 通信サーを活用して 通信ビスを適切に配置サービスを配置拠点 2 メール伝言板動画 輻輳 拠点 1 メール 伝言板 動画 パケット 物理リソース 物理リソース パケット 関東 パケット 物理リソース パケット 他拠点のリソースが活用できず 負荷の不均衡が発生 拠点間のリソースを連携制御するとともに 通信サービスの制約を満たしつつ 拠点間に通信サービスを適切に配置 Page 17

18 拠点間 実証中 移動通信サービスの拠点間仮想化の課題 データセンタ 仮想データセンタ データセンタ 課題 1 キャリア向け要件を満たすためには仮想ネットワークノードをどう配置すればよいか? 仮想ネットワークノード 仮想化 物理装置 ネットワーク 物理装置 ネットワーク 課題 2 拠点間ネットワークを介して SDN でネットワークを拡張するための方式とは? Page 18

19 拠点間 実証中 解決技術 1: 通信サービスの拠点間配置の決定技術 通信サービスの特性を分析した結果をもとに 適切な配置を決定する技術 通信サービスのモデルに拠点間ネットワークの品質を加えた性能シミュレータにより 予測の精度を高める 利用可能なリソース リソースが属する拠点間の通信品質 ( 帯域 遅延など ) APL APL APL 通信サービスの への配置案を生成 APL APL APL APL APL APL APL APL APL APL APL 拠点 B 拠点 A 配置プランナー配置プランナーリソース制約 SV SV SV SV SV SV SV SV SV SV SV SV 性能シミュレータ 増設すべきサービスが満たすべき制約条件 間メッセージ交換を再現する性能評価モデル 配置案毎のリクエスト処理時間 スループットを評価 リソース制約と計測した通信品質値を考慮した 配置案を生成 通信品質値をパラメータとして 配置案を評価し より適した配置案を決定 Page 19

20 拠点間 実証中 解決技術 2:SDN による拠点間ネットワーク連携技術 複数拠点の SDN サービスコントローラを仲介し 拠点をまたいだ仮想ネットワークを生成 / 管理する技術 拠点間ネットワークの品質に応じたフロー制御により 通信サービスの処理性能を可能なかぎり維持 拠点間連携のために追加 拠点間ネットワーク連携制御機能 東北 : Tohoku Univ. SDN サービスコントローラ MME 拠点間仮想ネットワーク MME 関東 : YRP center SDN サービスコントローラ MME 仮想化 OpenFlow Switches JGN-X OpenFlow Switches Page 20

21 まとめ NEC の通信事業者向けの SDN NFV ソリューションの取り組みについて紹介 通信サービス仮想化 (NFV) とネットワーク仮想化 (SDN ) の研究開発内容の紹介 通信サービスの拠点内仮想化 通信サービスの拠点間仮想化 今後 拠点間動的リソース制御に関しては 東北 - 横須賀間での実証実験を実施し 提案方式の有効性を検証する予定 Page 21

22 NEC グループビジョン 2017 人と地球にやさしい情報社会をイノベーションで実現するグローバルリーディングカンパニー Page 22

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