Agenda 1. はじめに 2. トラフィックオフロード技術 3. オフロード技術導入の検討 4. まとめ

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みがねいなくら
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1 モバイルネットワークにおけるトラフィックオフロードアルカテルルーセント ( 株 ) 矢頭俊英 2010 年 11 月 1 日

2 Agenda 1. はじめに 2. トラフィックオフロード技術 3. オフロード技術導入の検討 4. まとめ

3 1 はじめに 3 Presentation Title Month Year

4 インターネットトラフィックがモバイルネットワークを圧迫して行く傾向 10,000 Total Global Mobile Traffic (PB/Mth) 9,000 8,000 7,000 6,000 LTE non-internet TOTAL (PB/M onth) 3G non-internet TOTAL (PB/M onth) LTE Internet TOTAL (PB/M onth) 3G Internet TOTAL (PB/M onth) LTE インターネットトラフィックが増加 5,000 4,000 3,000 2,000 1, G インターネットのトラフィックが飛躍的に増加

5 そしてそのトラフィックの殆どは一部のハイエンドデバイスから 91% 以上のトラフィック量 : 2 種類のスマートフォン 12 種類のデータカード 86% 以上のトラフィック量 : 2 種類のスマートフォン 2 種類のデータカード 100.0% 80.0% 60.0% 40.0% 20.0% 0.0% Total Network Loading Due to high-end Smart Phones and PC Cards Active Device Count Volume (MB) Connections Airtime (Hrs) PC Card 2 PC Card 1 Smart Phones ソース : ALU 9900 WNG によるとある大都市でのモニタ結果スマートフォンとデータカードのトラフィックのほぼ全てはインターネットトラフィック通信料金以外の収入源が無い 5

6 そこでトラフィックオフロードインターネット及びその他のデータトラフィック帯域の増加に伴って増加するコストバックホールコアの回線コストパケットコアの機器コスト一般的にルータよりもスループット単価が高額上記コストをトラフィックのオフロードにより削減 IP/MPLS(-TP) 網を専用線等の代わりに使用マクロセル以外のアクセス方法 (Femto 無線 LAN 等 ) インターネット向けのトラフィックをなるべく無線アクセスに近い場所で曲げる MNO のパケットコアを通過させずにインターネットに向ける

7 前提条件この辺でオフロードしたい? インターネットレガシー端末スマートフォン NodeB enodeb バックホールネットワーク SGSN RNC SeGW インターネットサービスプロバイダコアネットワーク SGW PGW/ GGSN モバイル事業者ドメイン MNO 自前もしくは別事業者によるバックホール回線 Ethernet ATM トラフィックオフロードの使用回線パケットコアのコスト低減別事業者によるバックホールの提供ではサービスの付加価値となり得る?

8 2 トラフィックオフロード技術 8 Presentation Title Month Year

9 トラフィックオフロードのためのソリューション U-plane トラフィックパスを変える Pseudowireによるバックホールの併用 WLAN 等 3GPP 以外のアクセスを使用 (3GPP TS ) 高コストなバックホールネットワークを極力通さないネットワークの途中でトラフィックをインターネット等に曲げる Pre-standardなIPオフロードソリューション SIPTO (Selected IP Traffic Offload 3GPP TR ) パケットコアも極力通さない

10 Pseudowire によるオフロードみんな今ここ既存の ATM 専用線のリプレースを考えると VC( もしくはそのグループ ) 単位でサービスクラス毎の QoS を保証してやる必要がある

ATM Pseudowire によるデータトラフィックのオフロードデータトラフィックの増加に併せてバックホールの容量を増やしたいが ATM IMA(NxT1/E1) STM-1 NxT1/E1/STM-1 音声シグナリング既存バックホールネットワーク (ATM 等 ) STM-1/STM-4 QoS-aware な MPLS ネットワークをいきなり用意するのは難しい NodeB 7705

11 ATM Pseudowire によるデータトラフィックのオフロードデータトラフィックの増加に併せてバックホールの容量を増やしたいが ATM IMA(NxT1/E1) STM-1 NxT1/E1/STM-1 音声シグナリング既存バックホールネットワーク (ATM 等 ) STM-1/STM-4 QoS-aware な MPLS ネットワークをいきなり用意するのは難しい NodeB 7705 SAR-F ATM PWルータ ( 分散配置 ) Ethernet データ DSL DSLAM Modem IP/MPLS ネットワーク IP/ Ethernet 等 ATM PW ルータ ( 集約ノード ) STM-1 RNC ATM PW MPLS LSP もしくは GRE トンネル光ファイバが使用不可な場所でも DSL により広帯域アクセスを提供 GRE 等の IP トンネルを使用する事により ISP 等の通常の IP ネットワークにデータ帯域をオフロード通常時はデータトラフィックが ATM-PW を使用し障害時には ATM 回線にフォールバック

DSMIPv6 GTP IPSec ( オプション ) UE GERAN UTRAN

Trusted アクセス SWa S6d/Gr S6a Untrusted アクセス S5

DSMIPv6 使用時には epdg/pgw 間はただの IP I/F そうでない場合は

12 WLAN 等非 3GPP アクセスによるオフロード TS specifies a path to the PDN via the EPC サービス継続性をネットワークベースの MIP (S2b: PMIPv6) クライアントベースの MIP (S2c: DSMIPv6) もしくは GTP により提供 DSMIPv6 GTP IPSec ( オプション ) UE GERAN UTRAN eutran S11-MME WLAN SGSN S4 S-GW S3 MME S11 Trusted アクセス SWa S6d/Gr S6a Untrusted アクセス S5 HLR HSS SWx AAA SWm P-GW GGSN HA S2x epdg S2x: DSMIPv6 使用時には epdg/pgw 間はただの IP I/F そうでない場合は S2b UE の動作はオペレータが ANDSF 経由で制御 PGW が Mobility anchor SGi PDN PMIPv6 クライアント ( オプション )

13 Pre-Standard な IP オフロードソリューションインターネットインターネット企業ネットワーク SGSN 企業ネットワークスマートフォン NodeB バックホールネットワーク RNC NAT TOF サービスプロバイダコアネットワーク GGSN モバイル事業者ドメインレガシー端末 NodeB 標準外のインターセプトによるアプローチ TOFはシグナリングをモニターしオフロード用のトラフィックを選択 TOFでNAT 適用後トラフィックをインターネットに送出モバイル事業者自体へのトラフィックは既存 GGSNに送られる欠点 : IPSecにて暗号化されているLTEサービスでは適用不可能ポリシー制御課金 LI 冗長構成等の機能の欠如

14 SIPTO (Selected IP Traffic Offload): 定義と要件 (TR ) マクロセルアクセスネットワークと H(e)NB の両方にフォーカス UE になるべく近いポイントでインターネット等の IP ネットワークにアクセスする事にフォーカス SIP によりトラフィックを制御可能な単位 APN 毎 : 特定の APN( 例 : インターネット用 ) の全トラフィックをオフロードアプリケーション毎 : 特定のアプリケーション (5-tuple や DPI 等により識別 ) をオフロード宛先 IP アドレス : 宛先 IP アドレスをベースにオフロード対象を識別オフロード機能が同一 UE のその他のサービスに影響を与えない加入者に意識させずにトラフィックをオフロード Release 10 以前の UE もサポートオペレータが UE 毎 IP ネットワーク毎等でオフロード適用有無を制御可能 ( 加入者種別料金プラン等 ) マクロネットワーク H(e)NB 間 H(e)NB 間のモビリティをサポート

15 SIPTO のマクロセルへの適用現状 SA2#78 にて 2 つの SIPTO ソリューションにフォーカスする事を合意ソリューション 4: Traffic Offload Function (TOF) + NAT 短期解として UMTS のみにフォーカスソリューション 5: ローカル GGSN/PGW セレクション + Direct Tunnel 長期解として LTE/UMTS 両方にフォーカス At SA2#79 にて両方のソリューションへのステージ 2 CR が可決各ソリューションの共通点 HSS の subscription data 中にオフロード可否を設定 MME/SGSN にて APN 毎に SIPTO 使用有無を設定 (HSS 上に SIPTO 関連情報が無い等の場合に使用 ) wildcard APN も使用可能 UE モビリティの提供時に MME/SGSN は PDN コネクションを別 GW にリダイレクト可能 TAI/RAI and/or serving enodeb/rnc ID を PGW の選択に使用 (DNS 等オペレータ環境に左右されるローミング時の home 向けにルーティングされるトラフィックに対しては SIPTO 適用不可

16 ソリューション 4: Iu-PS でのオフロード (TOF) 適用領域動作概要 UMTS マクロセル HNB サブシステム LTE への適用計画無しユーザ APN サービスタイプ IP アドレス等をベースにしたパケットインスペクションと NAT によりオフロード Iu-PS インタフェース上でオフロード CG LIG Ga UE NB RNC TOF SGSN GGSN Uu Iub Iu Iu Gn Iu Gi UE HNB HNB GW Gi VAS Uu Iuh Internet

17 ソリューション 4: 長所と短所長所 Direct Tunnel が不要 ( ソリューション 4 では必要 ) 短所 TOF は SGSN と GGSN の多くの機能を持ち更に新機能の実装が必要 SGSN 機能 : RANAP と NAS のスヌーピング DL パケットバッファリングページング NAS 処理 GGSN 機能 : Gx( ポリシー制御 ) Gy( 課金 ) LI( 法的傍受 ) RADIUS Accounting 冗長構成 : Iu-Flex-above-RAN 機能 LTE には適用不可 L-PGW の追加が必要 TOF 間のモビリティはサポートされていないオフロードされないトラフィックは TOF と GGSN の両方を通過インターネット以外のトラフィックが多い状況では TOF のコストが増加バージョンアップによる AS/NAS メッセージの変更が TOF にも影響

18 ソリューション 5: ローカル PGW/GGSN 選択による SIPTO 適用領域マクロ H(e)NB の両方また UMTS/LTE の両方に適用可能複数 PDN 接続に対応非対応両方の UE に対応動作概要地域トポロジ的に近い GW を MME/SGSN が選択 TAC/RAC レベルの粒度で十分なら既存の Release 8 DNS メカニズム (NAPTR) が使用可能そうで無い場合は RNC/ ID 等をベースにした新規の拡張が必要インターネット及びオペレータ自身のサービスに同一の APN が使われる場合にはオフロード対象対象外のトラフィックの両方に同じ GW を使う必要がある GSN/PGW にてオフロード対象トラフィックの選択 ( 宛先 IP アドレス APN プロトコル等 ) が必要 1 つの PDN 接続しか出来ないレガシー UE をサポートする事が可能オペレータが複数の APN を使う場合オフロード対象対象外トラフィックにそれぞれ別の PDN 接続が使用可能 UE 上で SIPTO の制御単位 (APN 宛先 IP アドレスプロトコル等 ) に応じてルーティングフィルタ等を適用複数 PDN 接続をサポートしたインテリジェントな UE が必要

19 ソリューション 5: 単一 PDN 接続 ( 現状 UMTS のみが対象 ) 全トラフィックがローカル GW/GGSN を通過オフロード対象でないトラフィックがモバイルオペレータのサービスネットワークにトンネルされるトンネルは以前モバイルオペレータのネットワークの一部 ( ローミングトラフィックはオフロードされない ) Gi 上のモバイルオペレータサービスオフロード対象のトラフィックにもペアレンタルコントロールアンチウイルス等のサービスを提供したい場合にはそれらのサービスを分散配置する必要がある - この点はどのオフロードソリューションでも変わらない WAP/MMS もオフロード対象としたい場合には RADIUS アカウンティングが使用可能 - ユーザ IP アドレスサービスによるフィルタ - 既存の課金 LI RADIUS アカウンティング機能を再利用 MS RAN RNC Internet SIPTO Traffic L-GGSN Iu Gn Gn/Gp SGSN - ペアレンタルコントロールアンチウイルス等の付加サービス Tunneled Gi Mobile Operator s Services - NAT - RADIUS アカウンティング - ペアレンタルコントロールアンチウイルス

20 ソリューション 5: 複数 PDN 接続 UE 上のフィルタルーティングによってトラフィック送信先 PDN を選択ルーティングポリシーは OMA-DM 経由で UE にダウンロード可能レガシー UE には適用不可

21 ソリューション 5: 長所と短所長所ローカル GGSN/PGW には既存の GGSN/PGW プラットフォームを再利用する事が可能ソリューション 4 と違いオフロード対象外トラフィックがコアネットワークの 2 ノードを通過する事は無いためユーザプレーン帯域とコストが比較的尐ない No Iu modifications 冗長機能が必要無し : L-GW 障害時にはトラフィックがオフロードされないレガシー SGSN/HLR との共存が可能 UMTS/LTE 両方をサポート UMTS/LTE 両方で同一ノードを共有短所 UMTS においては Direct Tunnel が必須未導入の場合は機器のアップグレードが必要

22 オフロードソリューション比較 Pre-standard 及び SIPTO ソリューション 4 による TOF はあくまでも短期解海外バックホール事業者では一部ニーズがある LTE を導入しつつある日本では盛上がってない? L-GW 及び SeGW/TOF 装置の配置は機器の分散配置を要するため配置位置を下げ過ぎるとオフロードによるコスト低減のメリットを享受出来ない可能性がある県単位位が現実的? マクロセル向けの SIPTO ではユーザに近い場所でオフロード出来るソリューションが無い Femto(H(e)NB) による TOF は定義されているアクセス区間のバックホール事業者により提供出来るソリューションが無い enodeb や SeGW に TOF 機能が入ると可能性があるが現状標準化のスコープ外

23 SeGW で TOF 出来るとバックホール事業者により提供可? インターネットスマートフォン enodeb バックホールネットワーク SGW サービスプロバイダコアネットワーク PGW モバイル事業者ドメイン SeGW レガシー端末 enodeb TOF インターネット SeGW/TOF 装置をバックホール事業者局に配置 ( バックホール事業者による提供もしくはモバイル事業者の機器をコロケーション ) バックホール事業者側でオフロード用のインターネット接続を提供

24 3 オフロード技術導入の検討 24 Presentation Title Month Year

25 3GPP ベースの王道的マイグレーションアプローチステップ 1 (Release 7) 集中配置されている GGSN に Direct Tunnel を導入ステップ 2 (Release 7) GGSN を RNC サイトもしくは SGSN サイトに分散配置ステップ 3 (epc: Release 8/9) 分散配置済みの GGSN をコンボ SGW/PGW にアップグレード SGSN を Release 8 ベースにアップグレード ( オプション ) ステップ 4 (Release 10) epdg と PGW のアップグレードにより IFOM/MAPCON による WLAN セルラ混在環境のサポート WiFi AP Other network Own network NodeB NodeB NodeB WiFi AP Other network Own network NodeB NodeB NodeB WiFi AP Other network Own network NodeB NodeB RNC RNC RNC RNC epdg RNC GGSN S/PGW SGSN SGSN SGSN SGSN SGSN SGSN GGSN GGSN GGSN GGSN GGSN PGW/ GGSN インターネットオペレータドメインインターネットオペレータドメインインターネットオペレータドメイン Step 1 企業ネットワーク Step 2 企業ネットワーク Step 3 企業ネットワーク NodeB RNC S/PGW 25

26 オフロードの適用ポイント RAN でのオフロードコアでのオフロードインターネットレガシー端末スマートフォン NodeB enodeb バックホールネットワーク SGSN RNC SeGW インターネットサービスプロバイダコアネットワーク SGW PGW/ GGSN モバイル事業者ドメイン RANでのオフロード ATM(UMTS)/Ethernet(LTE) 区間県単位もしくは地方単位コアでのオフロード RNC-xGSN 区間地方単位もしくは東京大阪に集約 SeGW(IPSecs 使用時 )-S/PGW 間地方単位もしくは東京大阪に集約 LTEにおいてはトポロジの自由度が高いため必ずしも上記の2つに分かれる訳ではない

27 LTE バックホールモデル Quick Overview (1) マルチポイントの接続性 : X2 I/F による相互接続ポイントが enodeb に近い程 HO 遅延が短くなる Security GW を使用しないアーキテクチャオプション1: マルチポイント接続性の集中配置オプション2: マルチポイント接続性の分散配置 Security GW を使用するアーキテクチャオプション1: SeGWをトランスポートノードとは別箱でRANに集中配置オプション2: SeGWをトランスポートノードと一体でRANに集中配置オプション3: SeGWをトランスポートノードとは別箱でRANに分散配置オプション4: SeGWをトランスポートノードと一体でRANに分散配置 27 Presentation Title Month 2008

28 Security GW を使用しない LTE バックホールオプション 1: マルチポイント接続性の集中配置 uwave Leased line SGW xdsl E-LINE L3 VPN IP/MPLS PCRF PON IP-VPN PDN GW Leased line MME MME マルチポイントの接続性 X2 S1-U 28 Presentation Title Month 2008

29 Security GW を使用しない LTE バックホールオプション 2: マルチポイント接続性の分散配置 Leased line SGW xdsl IP-VPN VPLS/E-LAN L3 VPN IP/MPLS PCRF PON PDN GW Leased line MME MME マルチポイントの接続性 X2 S1-U 29 Presentation Title Month 2008

30 Security GW を使用する LTE バックホールオプション 3: SeGW をトランスポートノードとは別箱で RAN に分散配置 Leased line xdsl IPSEC IP-VPN IPSEC SGW L3 VPN IP/MPLS PCRF PON IPSEC PDN GW Leased line MME MME マルチポイントの接続性 X2 option1: through SeGW X2 option2: bypass SeGW S1-U 30 Presentation Title Month 2008

31 Security GW を使用する LTE バックホールオプション 4: SeGW をトランスポートノードと一体で RAN に分散配置 Leased line IPSEC SGW xdsl IPSEC IP-VPN L3 VPN IP/MPLS PCRF PON IPSEC PDN GW Leased line MME MME マルチポイントの接続性 X2 option1: through SeGW X2 option2: bypass SeGW S1-U 31 Presentation Title Month 2008

32 Security GW を使用する LTE バックホール L-GW の分散配置インターネット Leased line 対象 APN のみを終端しトラフィックをインターネットへオフロード IPSEC SGW PDN GW xdsl IPSEC IP-VPN L3 VPN IP/MPLS PCRF PON IPSEC PDN GW Leased line MME MME オペレータ自身のサービス企業向け VPN MVNO(L3 接続 ) 等のトラフィックを処理 X2 option1: through SeGW マルチポイントの接続性 X2 option2: bypass SeGW S1-U 32 Presentation Title Month 2008

33 バックホール事業者による L-GW の提供 (1) バックホール事業者により提供インターネットレガシー端末 enodeb バックホールネットワーク SGW サービスプロバイダコアネットワーク PGW モバイル事業者ドメインスマートフォン enodeb L-GW インターネット PGW をバックホール事業者局に配置 ( バックホール事業者による提供もしくはモバイル事業者の機器をコロケーション ) バックホール事業者側でオフロード用のインターネット接続を提供 L-GW を通過させようと思うとモバイル事業者 NW 上の SGW からからバックホールに戻って来る

34 バックホール事業者による L-GW の提供 (2) バックホール事業者により提供インターネットレガシー端末 enodeb バックホールネットワークサービスプロバイダコアネットワーク PGW モバイル事業者ドメインスマートフォン enodeb SeGW SGW PGW インターネット SeGW 及び S/PGW をバックホール事業者局に配置 ( バックホール事業者による提供もしくはモバイル事業者の機器をコロケーション ) S11 のキャリア間インオペというのも難しいのでコロケが現実的広域 Ethernet サービスであればコロケというより 1 拠点的なイメージバックホール事業者側でオフロード用のインターネット接続を提供

35 4 まとめ 35 Presentation Title Month Year

36 まとめ RAN でのオフロード現状 NodeB RNC 間は ATM-PW 一択 LTE 導入後には H(e)NB 以外にも WLAN 等非 3GPP アクセス等によるそもそもマクロセルネットワークを通らないソリューションの選択肢が増えるバックホール事業者とモバイル事業者が別になっている場合のオフロード現状決め手無し需要があれば提案されるべきパケットコアでのオフロード TOF 機能については使える標準ベースのものが出て来るのにもう尐し時間がかかる L-GW ソリューションは既に ready L-GW 配置場所はバックホールコアネットワーク構成にもよるが LTE であればほぼどこにでも配置可能当然ながらバラ撒くとコスト高となるため S/PGW の一体化 GW 機能のルータ内蔵小型 GW の配置等の工夫が必要 36

37 Presentation Title Month Year

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)

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) 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 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