第2回 63委員会 議題3 モバイルネットワークの特性についての共有(第1回)

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1 モバイルネットワークについて 2016 年 7 月 7 日 NTTdocomo 伊藤孝史

2 第 29 回の研究会でのキャリアの主張 追加料金なしで v6 で通信ができるネットワーク と端末は用意している しかし更に拡大するには セキュリティの課題や 導入に向けた設備投資 工事の期間を鑑みて 2 年 後を目指したい 2

3 第 31 回の研究会でのキャリアの主張 2017 年度に販売するスマートフォンの利用者がご自身による申し込みや設定変更をおこなわずに v6 対応サイトへのアクセスがv6で通信できるネットワークをスタートさせ 順次拡大致します 3

4 アジェンダ 1 モバイルネットワークにおける 化の変遷 2LTE ネットワークの網構成概要 3 モバイルの無線リソース 4

5 モバイルネットワークにおける 化の変遷 (1999 年 ~) 第二世代 (PDC) でパケット通信を提供 第二世代 (PDC) 凡例 UMTS LTE ISP i モード 技術世代 UMTS ISP 適用区間 ( ユーザ ) M- PPM PDC-P(STM) MLS MTS MGS ノード TMSC ドメイン GMSC 適用トランス MSC/VLR ポート技術 3G-CS(ATM/STM) SGSN TMSC GGSN GMSC MSC/VLR 3G-CS(ATM/STM) 3G-PS(ATM/STM/) EPC() SGSN GGSN 3G-PS () 適用区間 ( 非ユーザ ) 網 トランスポートドメイン BS 略語 : 加入者 DB RNC /M-: パケット関門交換機 PPM: パケット在圏交換機 MLS: 在圏交換機 3G-RAN(ATM) BTS MGS/MTS: 関門 中継交換機 BS: 基地局 3G-RAN(ATM) RNC BTS LTE() 5

6 モバイルネットワークにおける 化の変遷 (2001 年 ~) モバイルネットワークは ATM( もしくは STM) ベースで稼働 第二世代 (PDC) 第三世代 (3G) 第四世代 (LTE) ISP M- MTS TMSC GGSN MGS GMSC PDC-P(STM) PPM MLS MSC/VLR 3G-CS(ATM/STM) SGSN 3G-PS (ATM/STM/) EPC() BS 3G-RAN(ATM) RNC BTS 略語 GMSC/TMSC: 関門 中継交換機 MSC/VLR: 在圏交換機 LTE() SGSN: パケット在圏交換機 GGSN: パケット関門交換機 RNC: 無線制御局 BTS: 基地局 6

7 モバイルネットワークにおける 化の変遷 (2004 年 ~) 第三世代 (3G) パケットのネットワークを 化 第二世代 (PDC) 第三世代 (3G) 第四世代 (LTE) ISP M- MTS TMSC GGSN MGS GMSC PDC-P(STM) PPM MLS MSC/VLR 3G-CS(ATM/STM) SGSN 3G-PS () EPC() BS RNC 3G-RAN(ATM) BTS LTE() 7

8 モバイルネットワークにおける 化の変遷 (2005 年 ~) 共通線網の 化により SS7 信号を により転送 第二世代 (PDC) 第三世代 (3G) 第四世代 (LTE) M- MTS TMSC GGSN MGS GMSC PDC-P(STM) PPM MLS MSC/VLR 3G-CS(ATM/STM) SGSN 3G-PS () EPC() BS RNC 3G-RAN() BTS LTE() 8

9 モバイルネットワークにおける 化の変遷 (2006 年 ~) RAN の 化 ( 当初 ATM のみ規定されていたが,Release 5 以降 がオプションに追加された ) 第二世代 (PDC) 第三世代 (3G) 第四世代 (LTE) ISP M- MTS TMSC GGSN MGS GMSC PDC-P(STM) PPM MLS MSC/VLR 3G-CS(ATM/STM) SGSN 3G-PS () EPC() BS RNC 3G-RAN() BTS LTE() 9

10 モバイルネットワークにおける 化の変遷 (2010 年 ~) CS の 化 (MSC サーバ IMS Centralized Service:Release 8~ 等の追加仕様により可能 ) 第二世代 (PDC) 第三世代 (3G) 第四世代 (LTE) 3G-CS() IMS M- MTS GMSC GGSN MGW MGS PDC-P(STM) PPM MLS MSC Server SGSN 3G-PS () EPC() BS RNC 3G-RAN() BTS 略語 LTE() IMS: Multimedia Subsystem MSC Server: MSC 機能のサーバ化 MGW: 音声メディア装置 10

11 モバイルネットワークにおける 化の変遷 (2010 年 ~) LTE 網は 3G との連携が考慮されている 第二世代 (PDC) 第三世代 (3G) 第四世代 (LTE) 3G-CS() IMS ISP M- MTS GMSC GGSN MGW MGS PDC-P(STM) PPM MLS MSC Server SGSN 3G-PS () EPC() 略語 BS GMSC/TMSC: 関門 中継交換機 : パケット関門交換機 : パケット在圏交換機 ( セッション ) : パケット在圏交換機 ( モビリティ ) : 基地局 3G-RAN() RNC BTS LTE() 11

12 モバイルネットワークにおける 化の変遷 (2014 年 ~) IMS によって LTE 上での音声サービス VoLTE を提供可能 第二世代 (PDC) 第三世代 (3G) 第四世代 (LTE) 3G-CS() IMS ISP M- MTS GMSC GGSN MGW MGS PDC-P(STM) PPM MLS MSC Server SGSN 3G-PS () EPC() BS RNC 3G-RAN() BTS LTE() 12

13 LTE ネットワークの概要 (1) HSS : Home Subscriber Server 加入者情報管理データベース : Mobility Management Entity ユーザの認証やモビリティ管理を実施 : Serving Gateway 在圏側でデータ接続のパスを制御, ユーザの移動などに応じてパスの張り替えなどを実施 : PDN Gateway モバイル網の出口側でモバイル網内データ接続パスを終端, 網内での移動などの影響が外部ネットワークに見えないようアンカーとして動作 PCRF : Policy and Charging Rules Function 通信のポリシー, 課金関連の制御 : evolved Node B 基地局 PCRF 外部ネットワーク (ISP ネットワーク等 ) ISP ISP HSS SGSN RNC /NodeB U-Plane( ユーザデータ ) の疎通するルート C-Plane( 制御信号 ) のみ疎通するルート Handover / Mobility RAT Change LTE エリア LTE エリア 3G エリア 13

14 U-Plane( ユーザデータ ) の疎通ルート LTE ネットワークの概要 (2) ISP ISP PCRF : 外部ネットワーク向け VPN 管理とルータ機能の提供 SGSN 移動しても アドレスは継続 同一エリア, 同一システム制御下であっても, 接続先 ISP(APN) が異なれば アドレスは重複可能

15 LTE ネットワークの概要 (3) GTP ヘッダ ヘッダ ハ ケット 網 ハ ケット CP 網内用 ヘッダ 基地局 ネットワーク モバイル ネットワーク 15

16 HTTP TCP PDCP RLC MAC PDCP RLC MAC GTP-U UDP LTE ネットワークの概要 (4) U-Plane( ユーザデータ ) のプロトコルスタック GTP-U UDP GTP-U UDP GTP-U UDP HTTP TCP ネットワーク モバイル ネットワーク UE ISP UDP/ (src./dst. -) UDP/ (src./dst. -) TCP/ GTP-U (Tunnel ID) GTP-U (Tunnel ID) 16

17 LTE ネットワークの概要 (5) Control Plane( 制御信号 ) のプロトコルスタック Diameter Diameter S1AP S1AP GTP-C GTP-C GTP-C GTP-C SCTP SCTP SCTP SCTP UDP UDP UDP UDP S6a HSS S1- S11 S5 Diameter: 認証 在圏管理 加入者情報送受信等の制御 S1AP: ユーザデータベアラ制御 ハンドオーバ 着信制御 NAS 転送 GTP-C: データ接続ルートの設定とトンネル制御 17

18 LTE ネットワークの概要 (6) 端末の電源 ON から データ通信ができるまでのシーケンス UE Old- PCRF HSS ISP Attach Request Authentication Ciphering 1 接続先データサービス (APN) 指定 Update Location Request Cancel Location Update Location Ack 2 認証 秘匿 3DB への位置登録 Attach Accept Initial Context Setup Response Create Session Request Create Session Request Policy and Charging Rule ISPサービス認証, 払い出し等 Create Session Response Create Session Response 6 端末の網への登録完了 4 データ接続パス設定 5 サービス認証と アドレス割当て Attach Complete Modify Bearer Request 7 データサービス接続の完了 18

19 LTE ネットワークのまとめ モバイル ネットワークを ALL ネットワークだと思っていませんか モバイル ネットワークは 技術を 利用しているだけです モバイル ネットワーク ALL ネットワーク 19

20 モバイルの無線リソース (1) 無線リソース = 有限リソース 無線リソースを有効活用するために通信をしていない ときは無線リソースを自動的に解放する仕組みが存在 基地局 Internet 無線リソースを解放した状態 接続状態 20

21 モバイルの無線リソース (2) 接続状態からの無線リソース解放 UE Data Radio Bearer S1-U S5 GTP-U U-Plane NAS (EMM-Reg, ECM-Conn) RRC S1- S11 GTP-C S5 GTP-C C-Plane Data Radio Bearer S1-U S5 GTP-U U-Plane NAS (EMM-Reg, ECM-Idle) RRC S1- S11 GTP-C S5 GTP-C C-Plane 21

22 モバイルの無線リソース (3) 接続状態へ遷移するトラフィックが発生する契機 1 ユーザが端末メニューやアプリを操作した時 2 メールなどの着信時 3 アプリとサーバのバックグラウンド通信 4 画面点灯時 3 定刻あるいは一定時間間隔で通信を起動するアプリ 4 画面消灯時はデータ取得等を待合せ 点灯時に一斉にデータ取得するような仕組みがあるらしい 3 4 はバースト的なトラフィックになりやすい 22

23 モバイルの無線リソース (4) 無線リソースが解放された状態から接続状態へ UE Data Radio Bearer S1-U S5 GTP-U U-Plane NAS (EMM-Reg, ECM-Idle) RRC S1- S11 GTP-C S5 GTP-C C-Plane Data Radio Bearer S1-U S5 GTP-U U-Plane NAS (EMM-Reg, ECM-Conn) RRC S1- S11 GTP-C S5 GTP-C C-Plane 23

24 モバイルの無線リソースのまとめ モバイル ネットワークは 無通信状態のときは 無線区間のリソースを解放しています 無線区間が解放された状態からの接続状態へは モバイル ネットワークを再設定をしています さらにネットワーク側起因の接続は C-Plane が集中する場合があります 24

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1 1 2 3 4 5 EPC MME HSS BPS/OpS RAN PCRF Gateway Network Internet/ Contents UE enb SGW PGW Contents Filtering 6 IPv4 Network IPv6/v4 Network The Internet Backbone The Internet Backbone The Internet Backbone

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