エリクソンがサポートする 高信頼ネットワーク 2013 年 1 月 25 日
目次 事業者の直面する課題とエリクソンの役割 多様なトラフィックパターンに柔軟に適応 制御信号負荷の抑制 高い拡張性 長期的な容量の確保 障害の発生を抑制する様々な工夫 まとめ Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 2
目次 事業者の直面する課題とエリクソンの役割 多様なトラフィックパターンに柔軟に適応 制御信号負荷の抑制 高い拡張性 長期的な容量の確保 障害の発生を抑制する様々な工夫 まとめ Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 3
事業者が直面する課題 モバイルデータ トラフィックが急速に増大 トラフィック パターンの予測は ますます困難に Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 4
世界のスマートフォンとモバイル PC 加入予測 スマートフォンは四半期 (Q3 2012) 純増分の 40% スマートフォンは 2018 年に 33 億加入 : 携帯電話全体の 35% 北米および西欧ではほぼすべての端末がスマートフォンに 中東 アフリカ アジア 太平洋地域では 3 分の 1 程度 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 5
モバイルトラフィック予測 2010-2018 モバイルデータトラフィックは 2012 年から 2018 年の間で 12 倍 年平均成長率 (CAGR) 50% Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 6
デバイスごとのアプリケーション利用状況 オンライン動画の比率はどのデバイスでも高い (25-40%) スマートフォンではソフトウェアダウンロードの比率が高い ソーシャルネットワークサービスもスマートフォンで比率が最大 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 7 * 調査対象 : アジア ヨーロッパ 南北アメリカ地域の WCDMA/HSPA および LTE ネットワーク
エリクソンは市場 トラフィック動向を注視 多様な観点から市場動向を把握 分析 新たなトレンドに素早く対応 ネットワーク進化の方向を主体的に予測 CONSUMER LAB SMARTPHONE LAB TRAFFIC LAB Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 8
エリクソンの提供するネットワークは高信頼 世界で同一システムを利用 様々な国での商用前試験 / 商用運用を通して多くの検出された問題への解決策を講じ システム展開の進展に伴いより安定した稼動を保証 例えばスマートフォンの急増については 先行国での経験を通して問題点の洗い出しと対処を施し 他国での問題の発生を抑止 様々なトラフィックパターンに柔軟に対応できるシステムアーキテクチャを採用 例えば 無線ネットワーク制御装置 (RNC) は 音声中心のトラフィックパターンにもデータ中心のトラフィックパターンにも柔軟に対応可能 様々な端末の相互接続 ( 開発 ) 試験を通して 市場投入前に十分な検証を行い 端末毎の動作の違いを柔軟に吸収 主要アプリの検証試験も実施 無線ネットワークとコアネットワークが連動して 制御信号トラフィックを抑えるための様々な工夫 ( 問題の発生を抑制 ) 無線ネットワークとコアネットワークが連動したオーバーロード制御 ( 問題が発生した後の対応 ) 将来予想される事態 例えば VoLTE 本格導入によるトラフィックパターンの変化についても 事前に十分に予測して対応 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 9
エリクソン基地局 RBS6000 は世界中で導入 >607,000 2009 年以来世界で導入された RBS6000 の数 >240 RBS6000 導入事業者の数 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 10 19 の周波数帯域対応 (700 (12), 700(13), 700 (14), 800DD, 800 SMR, 850, 900P, 900E, 1500, 17/18, 1800, 1900, 1900G, 17/2100, 2100, 2300, 1900TD, 2300TD, 2600 TD)
グローバルベンダとしての責任と貢献 エリクソンは LTE / EPC のリーダー 一顧客との間で発覚した問題が他の全ての顧客に影響 大きな責任と寄与 問題が発生しないように抑止 発生した問題が複数顧客で繰り返さないように対処 Google Apple Qualcomm などの業界リーダーとの強い協力体制 市場導入前に 全てのフィーチャ デバイス チップセットが問題を起こさないように対応 エリクソンの LTE 無線ネットワーク商用契約 44 ネットワークで商用稼動中 45 箇国で92の契約 エリクソンの EPC パケットコア商用契約 51ネットワークで商用稼働中 45 箇国で91の契約 グローバルリーダーとして 安定稼動するネットワークの構築をサポートすることはエリクソンの責務 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 11
VoLTE 導入のネットワークへの影響 VoLTE はネットワークの処理するベアラを倍増 データ : データ量の増加はほとんどないが パケット数が 50% 増加 単一アプリケーションがネットワーク要件を大きく変える可能性あり Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 12
ネットワークの信頼性を高める方策 多様なトラフィックパターンに柔軟に適応 制御信号負荷の抑制 高い拡張性 長期的な容量の確保 障害の発生を抑制する様々な工夫 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 13
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トラフィック パターン変化の要因 デバイス アプリケーションの進化 : 高速化 スクリーンと動画の高解像度化 ( 多くの場合 HD) 新しいアプリケーションでリソース需要が増加 : VoLTE - 送受信パケットの増加 - ベアラの倍増 - 制御信号が増加 多くのアプリがよりインテリジェントに - 拡張現実 プレゼンス 次は何か (Google glass?) 人気アプリの変化 制御 動的な制御信号とデータ処理の必要性 データ Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 15
トラフィックパターンの変化に素早く対応 機器のディメンジョニング データ 柔軟性がキー 信号 ソフトウェアコンフィグの変更 データ 信号 エリクソン製品に適用されている概念 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 16
トラフィック アプリケーションに柔軟に対応 トラフィック タイプ / ミックスに対してシステムリソースの柔軟な割り当て スループット重視のシステム マルチ アプリケーション対応システム 制御信号処理 制御信号処理 データ処理 データ処理 制御信号処理 データ処理 データ処理 App1 App2 データ処理 User Plane App3 各種アプリケーション用の共通プラットフォーム 更なる柔軟性と装置有効利用のため スロット非依存 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 17
最新パケット処理ノード (SSR) の例 - Smart Services Router - 同じボード (SSC: Smart Services Card) が ソフトコンフィグ ( コマンド ) により データ処理中心でも 制御信号処理中心でも使える SSC UP 10x10GE SSC UP 10x10GE SSC UP 10x10GE SSC UP 10x10GE SSC UP 10x10GE SSC UP SSC UP Switch, RP, Alarm SSC UP SSC UP SSC UP SSC UP SSC UP SSC UP SSC UP SSC CP SSC UP SSC CP SSC UP SSR8020コンフィグレーション例ラインカード ( 伝送インタフェース ) 5 x 10 x 10GE (500 Gbps) 制御信号処理用 2 x SSC CP (8M IPセッション ) データ処理用 13 x SSC UP (520Gbpsのデータ転送) Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 18 CP: Control Plane, UP: User Plane
最新無線ネットワーク制御装置 (RNC) の例 - EVO Controller - >10x 制御信号処理量 ( 相対値 ) Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 19 >5x >1.7x 1x Evo Controller 2013 RNC3820 R1 Traffic adaptive node for any traffic mix 4 Evo Controller 2012 R2 8 Evo Controller 2013 20 30-50 データ処理量 [Gbps]
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解決すべき課題と対策 トラフィックの急増がネットワークの不安定動作を招く可能性 制御信号の増加が無線ネットワーク及びパケットコアの過負荷を誘引する可能性 各種アプリの予測不可能な振舞いによりディメンジョニングがより困難に 大きなダウンロード時間 ビデオ凍結など ユーザへのサービス品質に問題 ネットワークとしての対策 制御信号トラフィックの振舞いを十分に理解した上でディメンジョニング 信号トラフィックの影響を最小化するように タイマーその他のパラメータを適切に設定 制御信号を抑える対策 リアルタイムでトラフィックをモニターし 品質の問題が発生する前に対処 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 21
エリクソンのスマートフォン ラボ業界の主要プレーヤとの連携 Service collaboration Google, Apple, Microsoft, Facebook Device collaboration Apple, Samsung, HTC, Motorola, Nokia, RIM, Sony, LG Chipset collaboration Qualcomm, STE, Motorola, Renesas, RIM, Intel, Nvidia, Samsung, Broadcom Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 22
アプリ開発者向けの推奨事項の洗い出し TCP 効率化 TCP はデータ転送速度を制限すべきではない 通信接続の扱い 一つの接続を最大限共用し切断処理を最適化すべき セキュア接続はオーバヘッドを発生させることに留意 ネットワーク リクエストの集約 アプリ内およびアプリ間でネットワークのアクティビティを調整すべし プッシュ対ポーリング およびバックグランド更新 OS ベースのプッシュを使い ポーリングは避けるべし Smartphone battery consumption YouTube ストリーミングのラボ ベンチマーク RAN Signaling ウェブ ページ ダウンロードのラボ ベンチマーク p p g ( ) p g キャッシング データのキャッシングは広く利用すべし 瞬時トラフィック増加の抑制 ネットワーク アプリのアクティビティを時刻 ( 例 毎正 時 ) と同期しないようにすべし スマートフォン ラボは主要モバイルインターネット プレイヤーにガイドラインを提供 Smartphone battery consumption RAN Signaling Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 23 Source: Ericsson
スマートフォン制御信号の抑制 URA 状態及び 3GPP Rel.8 の fast dormancy を導入 Rel 8 FD HSPA ( 高速データ転送 ) FACH ( 低速データ転送 ) URA-PCH IDLE 3GPP Rel 8 の FD: URA FACH HSPA により スマホをアクティブ状態に維持 FACH 状態おけるデータ転送を大幅に利用することで 少量データ転送効率化 URA FACH の遷移に 3 信号のみ必要 (Idle から HSPA には 30 以上の信号必要 ) FACH HSPA の遷移に 12 信号必要 URA HSPA の遷移に約 1 秒 チャッティトラフィックの場合に約 0.5 秒 IDLE の滞在時間を大幅に削減 URA (UMTS Registration Area): 複数セル ( 基地局カバーエリア ) の集まりで ページングの単位 端末は異なる URA に移動すると無線上で位置更新 URA-PCH(Paging Channel) 状態では データ通信は行っていないが 無線ネットワークとして端末がどの URA に在圏するかを認識している Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 24
LTE でのページング信号の抑制標準機能 : ページングおよび TA(Tracking Area) リスト 端末は位置登録時に在圏 TA に基づく TA リストをネットワークから受信 端末がアイドル状態の場合 ネットワークに位置登録 (Tracking Area Update TAU) を行うことなく TA リスト内で移動が可能 TA1 TA3 TA2 TA4 ネットワークは TA リストの範囲で端末の位置を認識 ページングが必要な場合 ネットワークは TA リスト全体にページング Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 25 位置管理のための複数個の基地局カバーエリアを TA(Tracking Area) と呼ぶ 複数の TA を TA リストとして規定 例えば TA リスト 1 は TA1+TA2+TA3 TA リスト 2 は TA2+TA3+TA4 TA リスト 1 のカバーエリアから TA リスト 2 のカバーエリアに移動すると位置登録
スマートで適応的なページングどこにいるのか分かっていれば 全体をサーチする必要はない 標準 TA リストのみページング (40~600 のページング ) 無線およびコアネットワークに大きな負荷 エリクソン 最後に在圏した基地局 (enodeb) にページング 最後に在圏した enodeb で 70~90% の検出率 最大 40 の異なるページング プロファイル ページング プロファイルに優先度付け 最初にヒットしたものを使用 TA リスト 4 回 enodeb X 回 + TA Y 回 + TA リスト Z 回 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 26
スマートで適応的なページングページング最適化 VoLTE + すべてのユーザ = 0 回 0 回 4 回 更新 (push) + + = スマートフォン 一般ユーザ 3 回 1 回 1 回 コンフィグ可能なページングの大きさ 時間間隔 再試行数 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 27
スマートで適応的なページングページング信号削減効果 百万 30 25 20 時間毎ページング数 本フィーチャの起動 15 10 5 0 2011-03-21 2011-03-22 2011-03-23 2011-03-24 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 28 最大 88% のページング信号削減 MME で最大 38% の CPU 負荷低減
端末ごとの動的 TAI リスト 電力メータスマートフォン ユーザ運転中のユーザ TA1 TA2 TA3 TA5 TA4 TA7 TA2 TA5 TA1 TA3 TA4 TA7 TA2 TA5 TA1 TA4 TA3 TA7 主な利点 UEのモビリティ パターンを自動で習得 DNSの静的 TAIリストに対して ページングとTAU 手順が凡そ25% 低減 パケットコアの所要ノード リソース量を低減することが可能 TAI (Tracking Area Identifier) リスト : 在圏する可能性の高いTA 番号のリスト Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 29
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将来の容量増対応 将来 トラフィック量 世界規模で月毎のexabytes 固定網 + 移動網 32 700 20 12 500 7 350 4 250 190 2010 2012 2014 2015 年までに 動画が全ネットワーク トラフィックの 90% を占める見込み アプリケーションの多様化 ノードの追加だけがソリューションではない Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 31
新世代プラットフォーム SGSN-MME 制御信号処理 メディア / データ処理 L2/L3 PE ルータ PE: Provider Edge PCRF BNG/BRAS Policy &Charging Rules Function Broadband Network Gateway Broadband Remote Access Server MSS/IMS パケット ゲートウェイ Serving Gateway PDN Gateway UDM DPI User Data Management RNC エリクソンブレード システム (EBS) エリクソン SSR (Smart Services Router) キャッシュ /CDN CDN: Content Delivery Network プラットフォームをトラフィックのタイプに合わせて最適化 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 32
拡張性 容量増大 SGSN GGSN MME SGW PCRF PGW EBS 2011 EBS 2014/5 SSR 2012 SSR 2013/5 MME PCRF >1 千万 SAU >4 万 TPS >30 Gbps 1.2 億加入者 26,000 TPS Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 33 3 千万 -5 千万 SAU >12 万 -20 万 TPS 120-150 Gbps 2 億 + 加入者 45,000+ TPS 500 Gbps 15 万 TPS 3 千万 IP セッション 1000~2000 Gbps SAU: Simultaneous Attached Users TPS: Transactions per Second
ブレードレベルでの拡張性 プラットフォーム共通 ブレード拡張 最大容量 エントリーレベル - トラフィック増大に合わせた拡張が可能 - ハードウェア非依存 - 汎用ブレードは データ処理と制御信号処理の両方に使用可 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 34
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ネットワークの安定稼動をサポートする仕組み IP ネットワーク 5 つの仕組み 1 同一機能を持つノードのプール化 22 冗長性を確保した上で負荷分散 Charging PCRF S/PGW 2 柔軟なディメンジョニング 変化するトラフィック状況に応じてディメンジョニングを変更 HSS MME プール 11 制御信号 ユーザーデータ MME 44 33 3G LTE 55 3 4 5 ネットワークレベルでの保護 最大限 制御信号及びデータトラフィックを抑制 ノード毎の保護 障害が発生する前に食い止め 問題を最小化する仕組み 高信頼ハードウェア ソフトウェア 高品質ハード ソフトを使用し問題の発生を抑制 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 36
SGSN プール 複数 SGSN 間での負荷分散 加入者識別番号や地理的位置に基づき SGSN を割当て オンラインでのファイル更新などを可能とする複数 SGSN 間冗長構成 ~55000 Cells SGSN 2008B SGSN Pool RNC SGSN SGSN SGSN SGSN RNC GGSN Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 37
ネットワークレベルでの冗長性 S/PGW S/PGW MME MME ICR ICR: Inter-chassis redundancy ( 近日提供予定 ) S/PGW S/PGW MME MME enb enb S/PGW S/PGW MME MME enb enb ICR S/PGW S/PGW MME MME 冗長化 GW 群 APN APN 毎の毎のPGW 選択選択 トラッキング エリア (TA) (TA) 毎の SGW SGW 選択選択 APN APN 毎 地理的エリア毎の GGSN GGSN 選択選択 MMEプール トラフィック負荷の分散 シグナリング量の低減 動的なリソース割り当て 高いアベイラビリティと負荷分散 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 38
エリクソンのプール化技術での実績 2005 2006 2007 2008 2009 2010 2011 世界初の GSM SGSN プール AT&T (USA) 世界初の GSM/WCDMA SGSN プール Telstra (Australia) 世界初の GSM/TD-SCDMA SGSN プール CMCC (China) 世界初の SGSN-MME プール TeliaSonera (Sweden) 世界初の Pool Proxy 利用 SGSN プール CMCC (China) 世界初の WCDMA SGSN Pool Telstra (Australia) 世界全五大陸で SGSN プールの商用化 世界最大の SGSN プール商用化 SBM ( 日本 ) 世界初のマルチベンダでの SGSN プール Vodafone (Egypt) エリクソンはプール化技術において先行 世界をリード Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 39
コアネットワークでのパケット関連処理 (3G) User Session Signaling DNS RADIUS RBS RNC HLR OCS 1 2 3 Core Network PCRF 4 6 SGSN GGSN Internet 5 PCEF Appl. Server UE ユーザ セッションが確立されるまで 制御信号を処理するノード 1 Gr: (HLR) 加入者認証と位置情報登録 2 Gn: (Inner DNS) GGSN の選択 3 Gx: (PCRF) ポリシー制御 4 Gy: (OCS) Online 課金 5 Gi: (RADIUS) 認証とアカウンティング要求 6 Gn: (GGSN) PDP 要求 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 40 OCS: Online Charging System PCRF: Policy Charging and Rules Function PCEF: Policy Charging and Enforcement Function
制御信号輻輳対策コアネットワークノード DNS RADIUS HLR OCS PCRF GGSN 1 Gr 2 DNS 3 Gy 4 Gx 5 RADIUS 6 PDP 送信側 SGSN SGSN GGSN GGSN GGSN SGSN OLP (Over Load Protection) 機能 : リクエスト送信側ノードにてOLP 機能を実装 リクエストをバッファリング或いはキャッシュできる機能 対向ノードに送る秒間リクエスト数を制限 ノードのキャパシティを向上 ( キャパ増強と分散構成 ) Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 41
制御信号輻輳対策 Radio Network Access Restriction RBS UE(AC0-1) セル RNC 80% 規制 AC 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 UE(AC2-9) AC2-9 規制, 120sec 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 RBS RNAR Server 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 UE(AC0-1) RNC UE(AC2-9) セル RNAR: Radio Network Access Restriction AC: Access Class 無線区間に対して Access Class をローテーションして 端末から発信しないように規制を実施することで 早期の輻輳収束を図る Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 42
スマートフォンの異常な振舞い例 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 43
制御信号トラフィックの劇的な増加顧客事例 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 44 容量に相当な影響
UE ( 端末 ) シグナリング制御 攻撃を意図した または誤った動作をするデバイス / アプリケーションが大量の制御信号を発生 1 2 ロギング閾値を起動 分析を実施 SGSN-MME 状態 : 正常過負荷 3 4 破棄ルールを実行 保護機能起動 エリクソンンの提供する革新的機能 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 45
UE シグナリング制御の利点 ノードの過負荷状態に対する保護 異常なトラフィック パターンを持つデバイスに対する保護およびこのようなデバイスの信号ロギング ハッキングを意図 または 誤動作 したスマートフォン DoS アタックを受けた複数の端末 Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 46
ノードレベルでの冗長性 SSR の高信頼ハードウェア構成 いかなるルート プロセッサー機器の障害があっても パケットフォワーディングを継続 ノン ストップフォワーディング Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 47
ノードレベルの輻輳制御 エリクソンの製品は高度な過負荷保護メカニズムを具備 メッセージに優先順位を付け 重要性の低いものを廃棄する機能 追加リソースを割り当てるため ( 運用保守関連等 ) 重要でないタスクの優先順位を下げる機能 事業者が直ちに対策を施すための 過負荷状態固有のカウンタ / アラーム メッセージキュー長が限界到達 既にサービス提供されている端末に対してもメッセージを廃棄 OLP は全ての 新端末 からのメッセージを廃棄 CPU 負荷が高い間は CPU をあまり使用しないようにするためにカウンタ収集などの O&M ジョブの速度を低減 緊急度の高いアラームのみがアクティブ状態 OLP は複数の 新端末 からのメッセージの廃棄を開始 何らかの理由で アタッチされている端末が受け入れ可能数にも関わらず CPU 負荷が増大 アドミッション制御でアタッチされる端末数を制限 通常 これで CPU 負荷を許容範囲内に維持できる OLP: Overload Protection Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 48
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まとめ グローバルベンダとしてのエリクソンの強み 世界の市場 トラフィック動向の分析に基づき ネットワーク構築をサポート 世界の市場で見出した問題 フィードバックに基づき常にシステムを改善 業界主要プレーヤと連携 端末 アプリを含めた高信頼ネットワーク構築 ネットワークの信頼性を高める様々な方策 多様なトラフィックパターンに柔軟に適応 制御信号負荷の抑制 高い拡張性 長期的な容量の確保 障害の発生を抑制する多くの仕組み Media Briefing on Network Reliability 2013-01-25 Page 50
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