Packet Core Workshop with DoCoMo

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
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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
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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
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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
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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%
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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
* 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
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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
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SMARTPHONE
LAB
TRAFFIC
LAB
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。
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エリクソン基地局RBS6000は世界中で導入
>607,000
>240
2009年以来世界で導入されたRBS6000の数
RBS6000導入事業者の数
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)
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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
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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
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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
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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
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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
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データ
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
柔軟性がキー
データ
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
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トラフィック、アプリケーションに柔軟に対応
User
データ
処理
App3
Plane
App2
マルチ・アプリケーション対応
システム
App1
データ
処理
データ
処理
データ
処理
データ
処理
スループット重視のシステム
制御信号処理
制御信号
処理
制御信号
処理
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
› 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
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最新パケット処理ノード(SSR)の例
- Smart Services Router -
SSC UP
SSC CP
SSC CP
SSC UP
SSC UP
SSC UP
10x10GE
SSC UP
SSC UP
10x10GE
SSC UP
SSC UP
10x10GE
SSC UP
SSC UP
10x10GE
SSC UP
SSC UP
10x10GE
SSC UP
SSC UP
Switch, RP, Alarm
SSC UP
SSC UP
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。
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)
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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 -
制御信号処理量(相対値)
>10x
Evo Controller
2013
>5x
Evo Controller
2012
>1.7x
1x
RNC3820
R1
R2
Evo Controller
2013
Traffic adaptive node
4 for 8any traffic
20 mix
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30-50
データ処理量[Gbps]
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
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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
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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
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アプリ開発者向けの推奨事項の洗い出し
TCP 効率化
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
Smartphone battery consumption
– TCP はデータ転送速度を制限すべきではない
YouTube ストリーミングのラボ・ベンチマーク
p
g
RAN Signaling
プッシュ対ポーリング、およびバックグランド更新
p
p g (
)
ウェブ・ページ・ダウンロードのラボ・ベンチマーク
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
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Smartphone battery consumption
– OS ベースのプッシュを使い、ポーリングは避けるべし
RAN Signaling
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
›
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
(低速データ転送)
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)
URA-PCH
›
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
Rel 8 FD
HSPA
(高速データ転送)
IDLE
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。
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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
TA1
TA2
• 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
• 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
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TA3
TA4
› 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
エリクソン
標準
› TAリストのみページング (40~600の
ページング)
› 最後に在圏した基地局(eNodeB) に
ページング
› 無線およびコアネットワークに大きな負
荷
› 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」
eNodeB X回
TA リスト4回
+
TA Y回
+
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TAリスト Z回
スマートで適応的なページング
ページング最適化
+
=
3回
1回
1回
すべてのユーザ
VoLTE
+
更新 (push)
=
0回
0回
4回
+
スマートフォン
一般ユーザ
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
30
百
万
時間毎ページング数
25
本フィーチャの起動
20
15
10
20
11
-0
324
20
11
-0
323
20
11
-0
321
0
20
11
-0
322
5
最大88%のページング信号削減
MMEで最大38%のCPU負荷低減
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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
TA1
TA2
TA4
TA3
TA7
TA5
TA1
TA2
TA1
TA4
TA3
TA5
運転中のユーザ
TA7
TA2
TA4
TA3
TA5
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
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 30
将来の容量増対応
トラフィック量
将来
世界規模で月毎のexabytes
固定網 + 移動網
32
700
20
12
4
190
2010
7
500
2015年までに、
350
動画が
250
2012
2014
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
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ノードの追加だけがソリューション
ではない
新世代プラットフォーム
制御信号処理
SGSN-MME
メディア/データ処理
L2/L3 PEルータ
PE: Provider Edge
BNG/BRAS
PCRF
Broadband Network Gateway
Broadband Remote Access Server
Policy &Charging Rules Function
パケット・ゲートウェイ
MSS/IMS
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
MME
>1千万 SAU
>4万 TPS
>30 Gbps
3千万-5千万 SAU
>12万-20万 TPS
120-150 Gbps
PCRF
1.2億加入者
26,000 TPS
2億+ 加入者
45,000+ TPS
2014/5
Media Briefing on Network Reliability | 2013-01-25 | Page 33
SSR
SSR
2012
2013/5
500 Gbps
1000~2000
Gbps
15万TPS
3千万 IPセッション
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
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 35
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
11
同一機能を持つノードのプール化
冗長性を確保した上で負荷分散
22
PCRF
22
柔軟なディメンジョニング
S/PGW
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
Charging
33
HSS
MME
プール
44
最大限、制御信号及びデータトラフィックを抑制
MME
11
33
LTE
制御信号
ユーザーデータ
ネットワークレベルでの保護
44
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
3G
55
55
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
~55000 Cells
› 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
RNC
RNC
SGSN
SGSN
SGSN
SGSN
GGSN
Media Briefing on Network Reliability | 2013-01-25 | Page 37
SGSN 2008B
SGSN
Pool
ネットワークレベルでの冗長性
冗長化GW群
ICR
S/PGW
S/PGW
ICR
S/PGW
S/PGW
S/PGW
S/PGW
S/PGW
S/PGW
••APN毎のPGW選択
APN毎のPGW選択
••トラッキング・エリア
(TA)毎
トラッキング・エリア(TA)毎
のSGW選択
のSGW選択
••APN毎、地理的エリア毎の
APN毎、地理的エリア毎の
GGSN選択
GGSN選択
MME
MME
MME
MME
MME
MME
MME
MME
MMEプール
••
••
ICR: Inter-chassis redundancy
(近日提供予定)
eNB
eNB
eNB
eNB
トラフィック負荷の分散
トラフィック負荷の分散
シグナリング量の低減
シグナリング量の低減
•• 動的なリソース割り当て
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
世界初の
GSM SGSNプール
AT&T (USA)
2007
世界初の
GSM/WCDMA
SGSNプール
Telstra (Australia)
世界初の
WCDMA
SGSN Pool
Telstra
(Australia)
2008
2009
世界初の
GSM/TD-SCDMA
SGSNプール
CMCC (China)
世界全五大陸
でSGSNプール
の商用化
2010
2011
世界初の
SGSN-MMEプール
TeliaSonera
(Sweden)
世界最大の
SGSNプール
商用化
SBM (日本)
世界初の
Pool Proxy利用
SGSNプール
CMCC (China)
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
DNS
Signaling
RADIUS
OCS
HLR
RBS
②
①
③
PCRF
④
⑤
Core Network
RNC
PCEF
⑥
SGSN
GGSN
Appl.
Server
Internet
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
RADIUS
DNS
HLR
① Gr
② DNS
OCS
PCRF
③ Gy
④ Gx
⑤ RADIUS
⑥ PDP
GGSN
GGSN
GGSN
SGSN
GGSN
送信側
SGSN
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)
RNC
80%規制
セル
AC
0 1
UE(AC2-9)
AC2-9規制, 120sec
RNAR Server
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
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
RBS
UE(AC0-1)
RNC
セル
UE(AC2-9)
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
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スマートフォンの異常な振舞い例
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制御信号トラフィックの劇的な増加
顧客事例
容量に相当な影響
Media Briefing on Network Reliability | 2013-01-25 | Page 44
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
SGSN-MME
状態: 正常
過負荷
1
ロギング閾値を起動
2
分析を実施
3
破棄ルールを実行
4
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
Media Briefing on Network Reliability | 2013-01-25 | Page 47
ノン・ストップ
フォワーディング
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
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
OLPは全ての「新端末」か
らのメッセージを廃棄
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
Media Briefing on Network Reliability | 2013-01-25 | Page 48
OLP: Overload Protection
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 49
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
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