インターネットの最新技術をモバイル網に持ち込んで最強のエッジコンピューティング基盤を作ってみた

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インターネットの最新技術を
モバイル網に持ち込んで
最強のエッジコンピューティング基盤を
作ってみた
川上雄也 (@yuyarin)
ソフトバンク株式会社　コアネットワーク本部
シニアネットワークアーキテクト
2023/03/16 SoftBank Tech Night Fes 2023

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Core/DC
Edge
Edge
エッジコンピューティング
クライアントの近くにコンピューティングリソースを配置してデータを処理する
2

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エッジコンピューティングの提供場所
プライベート空間
（オンプレミス）
パブリック空間
コンピューティング
リソースの配置
ユーザ敷地内ネットワークプロバイダ内
アクセスネットワーク Wi-Fi、ローカル5G パブリック5G
テナンシーシングルテナンシーマルチテナンシー
顧客法人法人
アプリケーションユーザ法人コンシュマー/法人
3

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パブリック空間でのユースケース
グループコミュニケーション AR/MR/VR
クラウドゲーミングコンテンツ配信高速化
4

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エッジコンピューティングは本当に必要なの？
イノベーションを起こすアプリケーションの出現
潤沢なコンピューティングリソースの提供
5

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めざす世界
5000万台のクライアントに
500 箇所のエッジサイトから
50 個のエッジアプリケーションを
5 Gネットワークで
※川上個人の野望です
6

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5Gモバイル網の構成
モバイルバックホール
アクセス
ネットワーク
バックボーン
アクセス
ネットワーク
アクセス
ネットワーク
アクセス
ネットワーク
インターネット
モバイルコア
5G基地局 5G基地局 5G基地局 5G基地局
7

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モバイルコア
5Gモバイル網でのエッジコンピューティング
トラフィックは中央のモバイルコアを経由するため、インターネット上で
コンピューティングリソースを地方に展開しても、遅延は余計に増えるだけになる
8

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モバイルコア
インターネットではなくモバイルネットワークの内部に
コンピューティングリソースを配置しなければならない
9

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モバイルコア
UPF
(PSA)
モバイルコアの交換機(UPF)に仮想的な通信回線(PDU Session)を確立するため
そのままではエッジサーバにはアクセスできない
PDU Session
UPF (User Plane Function)
PDU (Protocol Data Unit)
PSA (PDU Session Anchor)
10

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モバイルコア
UPF
(C-PSA)
交換機(UPF)をばらまいて仮想的な通信回線(PDU Session)を分岐させればOK
UPF
(L-PSA)
UPF
(ULCL)
UPF
(ULCL)
UPF
(ULCL)
UPF
(ULCL)
UPF
(L-PSA)
UPF
(L-PSA)
UPF
(L-PSA)
※Session Breakout方式
C-PSA (Central PSA)
L-PSA (Local PSA)
ULCL (Uplink Classiﬁer)
11

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本当に？？？
12

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モバイルコア
UPF
(C-PSA)
本当にやろうとすると結構たくさん課題がある
UPF
(L-PSA)
UPF
(ULCL)
UPF
(ULCL)
UPF
(ULCL)
UPF
(ULCL)
UPF
(L-PSA)
UPF
(L-PSA)
UPF
(L-PSA)
何で分岐させるの？
どうやって選ぶの？
どうやって選ぶの？
サイトが落ちたら
どうなるの？
アプリがデプロイ
されていなかったら
どうなるの？
誰が制御するの？
13

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既存のモバイルネットワークにおける制約
アプリケーションのレイヤでのエッジサーバの選択
ネットワークレイヤのレイヤでのエッジサーバへの通信路の構築
端末アプリ
14
端末とエッジアプリケーションの組み合わせごとに対して
常に「完全に一致」の状態を保たなければならない

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アプリケーションの
IPアドレスに対して
到達性を動的に生成する世界
15

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負荷は大丈夫？？？
スケールするの？？？
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パラダイムシフト
これまでの
モバイルネットワーク
エッジコンピューティングの
モバイルネットワーク
Topology Point-to-Point (P2P) MultiPoint-to-Point (MP2P)
Architecture 回線交換パケット交換
System 集中管理自律分散
Method セッション管理 IP経路制御
Beyond 5Gを見据えたエッジコンピューティングの時代には
モバイルネットワークのパラダイムシフトが必要
17

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どうやって実現する？
18
モバイルコア
MultiPoint-to-Pointのパケット交換で自律分散なIP経路制御な
仮想ネットワークを作ることができる環境がすでに存在している…？

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Segment Routing
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● 送信元がルーティングを制御できる最新のルーティング技術
● 途中のルータで実行して欲しい動作(Segment)をパケットヘッダにつける
● データプレーンにはMPLS(SR-MPLS)とIPv6(SRv6)がある
Segment Routing Network
A
B
D E
G
X Y
Payload
Src=X, Dst=Y
Payload
SRH(A,B,F,G)
Src=X, Dst=Y
F
C
Payload
Src=X, Dst=Y

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SRv6 (Segment Routing over IPv6 dataplane)
20
A
B
C D
E
X F
2001:DB8::A
2001:DB8::B
2001:DB8::E
2001:DB8::C 2001:DB8::D
Payload
SRH(A,B,E,F)
Src=X, Dst=F
Next
Header
Hdr Ext
Length
Routing
Type
Segment
Left = 3
Last
Entry
Flags Tags
Segment List[0] 2001:DB8::F
Segment List[1] 2001:DB8::E
Segment List[2] 2001:DB8::B
Segment List[3] 2001:DB8::A
● Segment RoutingのデータプレーンにIPv6を使う
● IPv6拡張ヘッダ(Routing Header)を拡張したSRH(Segment Routing Header)
でSegmentを表現する

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CONFIDENTIAL
SRv6 Network Programming
● Segmentが提供する機能(Function)を定義する
● 実行する機能をIPv6 Addressの中にエンコーディングする
21
A
B
C D
E
X F
2001:DB8::A
2001:DB8::B
2001:DB8::E
2001:DB8::C 2001:DB8::D
Payload
SRH(A,B,E,F)
Src=X, Dst=F
Next
Header
Hdr Ext
Length
Routing
Type
Segment
Left = 3
Last
Entry
Flags Tags
Segment List[0] 2001:DB8::F
Segment List[1] 2001:DB8::E
Segment List[2] 2001:DB8:0:B:1:1::1
Segment List[3] 2001:DB8::A
2001:DB8:0:B:(Locator)
1:1: →func1
1:2: →func2
Locator Function Argument
128bit IPv6 Address

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CONFIDENTIAL
Network Programming Function
● Segmentとして途中のルータが実行する機能
● 新たに提案・標準化すれば、どんどん機能が増えていく
22
JANOG40 セグメントルーティングチュートリアル資料より

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SRv6 Mobile User Plane
SRv6のネットワークプログラマビリティを活用して
モバイルの仮想回線(GTP-U)とバックボーンの仮想NW(SRv6)を相互変換する
DN
SRv6 VPN
MUP
GW
MUP
PE
MUP
Controller
5GC
Direction Action Description
Uplink End.M.GTP4.D GTP-UをDecapしてSRv6でEncapする
Downlink End.M.GTP4.E SRv6からGTP-Uパケットを再構成する
Direction Action Description
Uplink End.DT4 SRv6をDecapしてDNに転送する
Downlink H.Encaps GTP-Uの情報をSIDに埋め込んでSRv6にEncapする
Session情報
BGP
BGP
GTP-U
eth
IPv4
UDP
GTP-U
user’s
packet
eth
IPv6
SRH
SID
user’s
packet
user’s
packet
user’s
packet
23

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SRv6を活用したモバイル網
SRv6
SRv6MUPを使えばパケット交換のアーキテクチャで
モバイルバックホール内を「ルーティング」できる
MUP-GW MUP-GW MUP-GW MUP-GW
MUP-PE
MUP-PE MUP-PE MUP-PE
モバイルコア
MUP-PE
UPF
(C-PSA)
GTP-UとSRv6の
相互変換
(End.M.GTP4.{E,D})
端末のモビリティ
(BGP UPDATE)
通常のIPルーティングで
パケットを転送
SMF
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SRv6MUPの何がうれしい？
エッジコンピューティングがモバイルコアから完全に切り離される
従来どおりのクラウドネイティブな手法で
アプリケーションを開発・デプロイできる
モバイルコアに負荷を与えずに
エッジサイトのデプロイと運用ができる
イノベーションの加速に貢献できる！
アプリケーション
コンピューティング
25

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仮想環境に作ってみた
26
端末1
端末2 基地局2
基地局1
クラウド
エッジコンピューティング基盤(MEC) モバイルコア
SRv6モバイルバックボーン
※2022/07/14 JANOG50 「あつまれSRv6の森」でライブデモを行いました

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SRv6MUPがないとき
27
MECはモバイル網内にあるので
コアのUPFからは到達できない
端末1
エッジ
サーバ

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SRv6MUPがあるとき
28
SRv6-VPN
端末1
基地局収容ルータで
SRv6に変換して
ルーティングを開始する
エッジ
サーバエッジサーバ自身がSRv6を
喋るので特別な機器は不要

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ソフトバンクのネットワーク
CORE
Backbone
NW
Area
NW
3G
4G
MPLS-VPN
ATM SR SRv6-VPN
2018年2月
SR運用開始
2019年4月
SRv6運用開始
2022年2月
SRv6MUP開発成功
2022年4月
SRv6の全国展開完了
Flex-Algo導入開始
5G SA
5G
SRv6ネットワークを全国のエリアバックボーンに展開済み
29

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SRv6 MUPの商用環境への展開を開始しました
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最新技術を駆使して
産業の発展や課題解決に貢献できるような
デジタルプラットフォームの開発に
これからも邁進していきます
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Credit
32
● DeepTech 2022 「著者が語る世界一分かりやすいSRv6 Mobile User-Plane」
○ 堀場勝広さん
● JANOG49「SRv6 Mobile User Plane (SRv6 MUP)の検証状況について」
○ 妹尾龍馬さん・渡邊孝也さん

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