MPLS Japan 5Gセッション 5Gに求められる仮想化技術について

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1 MPLS Japan 5G セッション 5G に求められる仮想化技術について ソフトバンク株式会社研究開発本部岡廻隆生

2 5G 概要 2

3 携帯電話サービスの進化 1G 2G 4G 3G 5G PDC, GSM, W-CDMA/ LTE/ IS-95 HSDPA LTE-Advanced cdma 年 ~ 1990 年 ~ 2000 年 ~ 2010 年 ~ 2020 年 ~ 音声通信 音声 SMS メール web モバイル ネットワーク化社会 インターネット IoT 3

4 5G の実現する世界 (TR22.86x, SMARTER) embb mmtc URLLC 4

5 5G 商用化に向けたスケジュール REL- 13 REL REL- 15 5G Phase1 仕様 REL- 16 5G Phase2 仕様 embb ( 超高速 ) 5G システムコンセプト White Paper 5GMF 実証実験 SB 実証実験 干渉 共用検討総務省技術試験事務 周波数割当 無線無線 +NW 総合 無線無線 +NW 総合 置局展開工事 商用開始 (phase1) URLLC( 超低遅延 ) mmtc( 多数同時接続 ) 干渉 共用検討総務省技術試験事務? 周波数割当? 置局展開工事? 商用開始? (phase2) 5

6 5G コアのネットワークアーキテクチャ 6

7 LTE (4G) のネットワークアーキテクチャ EPC NAS MME Internet UE enb S/P-GW S1-U HSS IMS (VoLTE) 中央制御型のネットワーク オール IP ネットワーク モビリティの提供 ( 端末 IP は固定 ) 7

8 4G と 5G のアーキテクチャ比較 (TR ) 4G EPC NAS MME UE enb S1-U S/P-GW SGi Internet 5G RAN/ コア分離 NG-core C/U 分離 NG- UE NG1 NG- RAN Any access NG3 L-UP NG6 CP C-UP NG6 Internet 中央制御型のネットワーク+エッジコンピューティング オールIPネットワーク+IoT? モビリティの提供 ( 端末 IPは固定 )+ 動かない端末 ネットワークスライス C/U 分離 RAN/ コア分離 8

9 従来のモバイルネットワーク (4G) enb IP access L2/3 IP backhaul EPC enb Local data center (GC 局 ) Central data center 9

10 現在のモバイルネットワーク (4G) C-RAN ( 基地局集約 ) NFV ( サーバ仮想化 ) RRH CPRI/Fiber BBU IP backhaul vepc COTS RRH Local data center (GC 局 ) Central data center 10

11 2020 年のモバイルネットワーク (4G+5G) 5G-RRH 5G-RAN 導入 RRH CPRI/Fiber 5G-RRH 5G-BBU BBU IP backhaul vepc COTS RRH Local data center (GC 局 ) Central data center 5G-RAN 導入 : 超高速ブロードバンドサービス (embb) 11

12 202x 年のモバイルネットワーク (4G+5G) ネットワークスライス 5G-RRH RRH 5G-RRH CPRI/Fiber BBU BBU 5G-core COTS Core network slice SDN vepc 5G-core COTS RRH Local data center (GC 局 ) Central data center 5G コア導入 : IoT サービス (mmtc, URLLC) 12

13 202y 年のモバイルネットワーク (4G+5G) 基地局仮想化 5G-RRH RRH CPRI/DF 5G-RRH vbbu E2E network slice 5G-core COTS SDN vepc 5G-core COTS RRH Local data center (GC 局 ) Central data center E2E ネットワークスライスの実現 13

14 5G に求められる仮想化技術 14

15 コアの仮想化 (NFV) 15

16 NFV: network function virtualization Network Functionとは? ルータ スイッチ ファイアウォール ロードバランサ アプリケーションサーバ データベースアプライアンス Mobile Network Function とは? ルータ系 : PGW, SGW アプリケーションサーバ系 : MME, PCRF データベース系 : HSS 専用ハードウェア これまでハードウェアで提供された Network Function をソフトウェア化して汎用サーバ上で動かす! 16

17 vsgw vpgw vhss vmme vpcrf NFV による EPC 仮想化 ( 理想 ) オープンソース VNF オープンソース仮想プラットフォーム 超高性能 超高信頼ハードウェア (>Tbps スループット 完全冗長 ) 汎用サーバ 従来の EPC vepc 17

18 vsgw vpgw vhss vmme vpcrf NFV による EPC 仮想化 ( 現実 ) キャリアグレード VNF? キャリアグレード仮想プラットフォーム? 超高性能 超高信頼ハードウェア (>Tbps スループット 完全冗長 ) キャリアグレード汎用サーバ? 従来の EPC vepc 18

19 キャリアグレードの5G-NFVの実現 性能 収容加入者数千万 ( 人間 ) から数億 数兆 ( 機械 ) へ スループット Tbps から Pbps へ 信頼性 可用性 %, % 重大事故が無いように! 出典 : 総務省ホームページ 19

20 5G-NFVの課題 汎用サーバによる高性能化 VM or コンテナ パケットIO (SR-IOV, DPDK, etc.) タスクスケジューラ ( 省電力 vs 高パフォーマンス ) オープンソースによる高信頼化 Live migration VM 冗長化 VM 間 Failover セキュリティ 汎用サーバとオープンソースで キャリアグレードを実現! 20

21 ネットワークスライス ( ネットワーク仮想化 ) 21

22 ネットワークスライス embb embb スライス コアノード インターネット mmtc スライス mmtc 基地局 コアノード 制御サーバ URLLC スライス エッジコアノード 制御サーバ URLLC 自動運転 ローカルデータセンター 仮想化プラットフォーム ローカルデータセンター バックホールネットワーク 共通ネットワークインフラ 中央データセンター 22

23 ネットワークスライスのハードウェアインフラ サーバ仮想化データセンター仮想化 server NFV ネットワーク仮想化??? router switch Local data center Transport network Central data center Local data center 23

24 ネットワーク仮想化技術 トランスポート (WAN) 仮想化 ATM/FR L2/L3-VPN: MPLS, Ether/IP, LAN 仮想化 ポート VLAN タグ VLAN TRILL, SPB, FabricPath VM 用ネットワーク 仮想スイッチ : LinuxBridge, Open vswitch LAN extension: VXLAN, NvGRE SDN( 集中制御ネットワーク ) プロトコル : Openflow コントローラ : OpenDayLight, ONOS 24

25 課題 : モバイルバックホールへの導入 現在のネットワーク BBU BBU L3-VPN CORE 動的スライス管理? NFV/SDN が必要 ネットワークスライス (NFV+ オーバレイ ) SDN コントローラ vbbu VM OVS vbbu VM VXLAN L3-VPN OVS vcore VM 信頼性? 性能? ネットワークスライス (NFV+SDN バックホール ) vbbu VM vbbu VM SDN コントローラ vcore VM コスト? マイグレーション期間? 25

26 基地局の仮想化 26

27 基地局の仮想化に向けて enb enb enb enb enb enb enb enb enb enb enb enb enb 集約基地局 光ファイバ (CPRI) 従来の基地局 C-RAN ( 実際は Cloud ではなく Centralized ) 27

28 scheduler 基地局 (enb) の仕組み (LTE 無線プロトコル ) IP パケット (U-plane) PDCP PDCP PDCP ヘッダ圧縮 暗号化 RLC RLC RLC 結合 分割 MAC スケジューリング ( 多重 ) 再送 PHY 最適変調 符号化 MIMO OFDM ベースバンド部 ( デジタル信号処理 : DSP, FPGA) RF アンプ フィルタ 28

29 ソフトウェア基地局 (OpenAirInterface) RF ユニット 汎用サーバとオープンソースで基地局 端末を構築 29

30 venb venb venb venb venb venb 真の Cloud-RAN へ 仮想プラットフォーム enb enb enb enb enb enb 集約基地局 専用ハードウェア (FPGA, DSP) 汎用サーバ Centralized RAN Cloud-RAN 30

31 基地局仮想化の課題 超高性能 広帯域 Massive MIMO 対応 フロントホール CPRI RoE (radio over Ethernet) NGFI (next generation fronthaul interface) 基地局間時刻同期 TD-LTE (<1.5ms) 5G (<0.5ms?) VM 間時刻同期 NTPでは不十分 仮想インターフェースで IEEE1588/SyncEther? 31

32 まとめ 32

33 まとめ 5G に必要な仮想化技術とは 汎用サーバ上で オープンソースソフトウェアを用いて キャリアグレードの高信頼性と高性能を実現 ビット単価の価格破壊!! 回線交換 ( 電話 ) パケット交換 (IP) のようなインパクトを期待 33