JP6092873B2 - OpenFlowデータ及び制御プレーンでのクラウドコンピュータにおける3Gパケットコアの実装 - Google Patents
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Description
図1は、OpenFlow1.0仕様に準拠するOpenFlowスイッチを伴う例としてのネットワークの1つの実施形態の図である。OpenFlow1.0プロトコルは、コントローラ101が、OpenFlow1.0対応のスイッチ109へセキュアチャネル103を用いて接続し、スイッチ109内の単一の転送テーブル107を制御することを可能とする。コントローラ101は、ユーザがOpenFlow1.0スイッチ109を設定することを可能とする遠隔コンピューティングデバイスによって実行される外部ソフトウェアコンポーネントである。セキュアチャネル103は、ローカルエリアネットワーク(LAN)又はインターネットなどのワイドエリアネットワーク(WAN)を含む任意のタイプのネットワークによって提供可能である。
図3は、OpenFlow1.1仕様に準拠する、OpenFlowを実装する他の例としてのアーキテクチャを示している。本実施形態において、複数のフローテーブル301についての明示的な提供がある。これは、テーブルサイズの組合せによる激増を引き起こすことなく、特定のルール及びアクションをミックスしマッチングするためのパケット処理パイプラインを可能とする。例えば、1つのフローテーブルはQoS処理を実行可能であり、一方で別のフローテーブルはルーティングを行う。
図8は、3Gパケットコア(3G PC)ネットワークの1つの実施形態の図である。3G PCネットワークは、コアネットワーク(CN)801、無線アクセスネットワーク(RAN)803、及びユーザ機器(UE)805という、相互作用する3つのドメインからなる。ユーザ機器805は、コンピューティングデバイス、セルラーフォン及び類似のデバイスであり得る。無線アクセスネットワーク803は、UMTS(universal mobile telecommunications system)841又はGSM(global systems for mobile communications)ネットワーク843を含む任意の数のネットワーク又は任意のネットワークの組合せであり得る。これらネットワークは、無線ネットワークセンタ(RNC)831又はパケット制御ユニット(PCU)833を通じてコアネットワーク801とインタフェースすることができる。
データセンタは、外部の顧客に、コンピューティング、ストレージ及びネットワーク通信リソースを提供する。提供されるサービスは、より実際的な目的では顧客の支払い能力によってのみ制限される、弾性的でオンデマンドのプロセッシング、ストレージと、インターネットへのネットワーク帯域と、からなることができる。このデータセンタにより提供されるサービスのセットを、ここでクラウドコンピューティングという。
図12は、クラウドコンピューティングシステム内に実装されるEPCの1つの実施形態の図である。3G PCの制御プレーンエンティティ(AUC,HLR,HSS)1207、及びサポートノード(SGSN,GGSN)の制御プレーン部分1207、即ちGTPシグナリングをハンドリングする部分が、OpenFlowコントローラ1205の一部としてクラウドコンピューティングシステム1201内に実装される。制御プレーンエンティティ1207及びOpenFlowコントローラ1205は、VMとしてパッケージ化される。OpenFlowコントローラ1205と制御プレーンエンティティ1207との間のアプリケーションプログラムインタフェース(API)は、リモートプロシージャコール(RPC)又は類似のインタフェースであり得る。この実装技術は、クラウド内の制御プレーンエンティティのスケーラブルな管理にとって好都合であり、なぜなら、需要に従って別々に制御プレーンエンティティ1207の実行とコントローラ1205の実行とを管理することを可能とするからである。クラウドマネージャ1203は、VMか、又はクラウドコンピューティングシステム1201内で実行されるアプリケーションであり得る。
図15は、特殊なサービスの取り扱い(specialized service treatment)のための3G PCピアリング(peering)及び差別化ルーティング(differential routing)のための処理の1つの実施形態の図である。実線及び矢印1501で示されているOpenFlowシグナリングは、3G PC内のスイッチ及びゲートウェイ上に差別化ルーティングのためにフロールール及びアクションをセットアップする。それらフロールールは、GTPフローを特定のロケーションへと向かわせる。この例における事業者は、自身の3G PCを、他の2つの固定事業者とピアリングさせる。各ピアリング点を通じたルーティングは、それぞれGGSN1及びGGSN2 1503A、Bによりハンドリングされる。破線及び矢印1505は、他のピアリング事業者へルーティングされる必要のある、UE1507からのトラフィックを示している。OpenFlowスイッチ1509及びゲートウェイ1503A、B内に、OpenFlowコントローラ1511により、トラフィックがどのピアリング点を通過すべきかを区別するフロールール及びアクションがインストールされる。OpenFlowコントローラ1511は、外部トラフィックについて維持しているルーティングテーブル、並びにパケットのソース及び宛て先に基づいて、さらにDSCPでマークされたパケットについて要する任意の特殊な転送の取り扱いによって、これらフロールール及びアクションを計算する。
1つの実施形態において、OpenFlowは、GTP TEIDルーティングを提供するように修正される。図16は、GTP TEIDルーティングのためのOpenFlowテーブルの修正の1つの実施形態の図である。TEIDルーティングをサポートするOpenFlowスイッチは、少なくとも1つのフローテーブル(例えば、最初のフローテーブル)において、他のOpenFlowヘッダフィールドに加えて、2バイト(16ビット)のヘッダフィールドの集合と4バイト(32ビット)のGTP TEIDについてのマッチングを行う。GTP TEIDフラグは、ワイルドカードであり得る(即ち、マッチングは“何でもよい”)。1つの実施形態において、3G PCプロトコルは、TEIDに、標準的なUDP/TCPトランスポートプロトコルにおけるポートのような、トンネルについてのエンドポイント識別子としてのもの以外の何らの意味も割当てない。他の実施形態において、TEIDは、相関付けられる意味及びセマンティクスを有し得る。GTPヘッダフラグフィールドはワイルドカードであってもよく、これは次のビットマスクと組み合わせることで部分的にマッチングされ得る:0xFF00 … メッセージタイプフィールドとマッチング;0xe0 … バージョンフィールドとマッチング;0x10 … PTフィールドとマッチング;0x04 … Eフィールドとマッチング;0x02 … Sフィールドとマッチング;及び、0x01 … PNフィールドとマッチング。
Write-Metadata(GTP-TEID, 0xFFFFFFFF)
Apply-Actions(Set-Output-Port GTP-Encap-VP)
Apply-Actions(Set-Output-Port LOCAL_GTP_CONTROL)
Apply-Actions(Set-Output-Port LOCAL_GTP_U_DECAP)
Write-Metadata(GTP-TEID, 0xFFFFFFFF)
Apply-Actions(Set-Output-Port LOCAL_GTP_U_ENCAP)
Apply-Actions(Set-Output-Port CONTROLLER)
Write-Action(Set-VLAN-ID CP_VLAN_TAG)
Write-Action(Set-Source-MAC-Address SWITCH_MAC_ADDR)
Write-Action(Set-Dest-MAC-Address NEXT_HOP_MAC_ADDR)
Set-Output-Port NEXT_HOP_PORT
3G PCの管理を可能とするGTPのための拡張を提供するように、OpenFlowプロトコルを修正することができる。OpenFlowは、当該プロトコルが特定のフローにルールを適合させるための基準を定義することを可能とする、フローマッチ構造と呼ばれるデータ構造を利用する。ofp_matchというOpenFlowのフローマッチ構造は、フローマッチ構造を拡張可能とする、タイプ及びレングスという2つのフィールドを含む。タイプフィールドは当該拡張のタイプに設定され、レングスフィールドは拡張されたofp_match構造の長さに設定され得る。1つの実施形態において、GTPフローマッチングのためのランダム数に基づく新たなタイプが定義される:
enum ofp_match_type_ext{
ERSMT_GTP=48696,
};
struct ersmt_gtp{
unit8_t gtp_wildcard;
uint16_t gtp_type_n_flags;
uint16_t gtp_flag_mask;
uint32_t gtp_teid;
};
struct ermst_mpls_lbl{
uint8_t mpls_lbl_low;
uint8_t mpls_lbl_mid;
uint8_t mpls_lbl_high;
};
struct ersmt_gtp_tuninfo{
uint16_t gtp_tuninfo_length;
uint32_t gtp_tuninfo_saddr;
uint32_t gtp_tuninfo_daddr;
uint8_t gtp_tuninfo_dscp;
uint8_t gtp_tuninfo_vlan_len;
unit16_t gtp_tuninfo_vlan_tags[0]; /*variable length*/
uint8_t gtp_tuninfo_mpls_len;
struct mpls_lbl gtp_tuninfo_mpls_labels[0]; /*variable length*/
};
enum ermst_gtp_message_code{
GTP_ADD_TEID_TABLE_ENTRY=0,
GTP_DEL_TEID_TABLE_ENTRY=1,
};
struct ermst_teid_table_add{
ermst_gtp_message_code teid_table_add_type;
uint16_t teid_table_add_teid;
struct ermst_gtp_tuninfo teid_table_add_entry;
};
struct ermst_teid_table_del{
ermst_gtp_message_code teid_table_del_type;
uint16_t teid_table_del_teid;
};
1つの実施形態において、3G PCアーキテクチャは、非クラウドの非仮想化システム内に実装され得る。当該3G PCアーキテクチャの制御プレーンエンティティは、単一のサーバ上に、又は任意の数のサーバ若しくは類似のコンピューティングデバイス上にわたって分散して、記憶され及び実行され得る。同様に、制御プレーンエンティティは、仮想化無しの標準的なソフトウェアコード及びモジュール又は類似のシステムとして実行可能である。それら制御プレーンエンティティは、ローカルシステムコール若しくはプロシージャコール、リモートプロシージャコール又は類似の仕組みを通じて、互いに通信可能である。さらなる実施形態において、制御プレーンエンティティのサブセットはクラウドコンピューティングシステム内で仮想化又は実行可能であり、一方で制御プレーンエンティティの他のサブセットはサーバ、分散型サーバシステム又は類似のシステム内で実行可能である。制御プレーンエンティティは、ここで説明したようなOpenFlowプロトコルの使用を通じて、又は以下に説明する他の制御プロトコルを通じて、データプレーンと通信することができる。
Claims (14)
- スプリットアーキテクチャを有する第3世代(3G)ネットワークのパケットコア(PC)内にGPRS(general packet radio service)トンネルプロトコル(GTP)を実装するための方法であって、前記3Gネットワークの前記PCの制御プレーンは、クラウドコンピューティングシステム内にあり、前記クラウドコンピューティングシステムは、コントローラを含み、前記コントローラは、複数の制御プレーンモジュールを実行し、前記制御プレーンは、制御プレーンプロトコルを通じて前記PCのデータプレーンと通信し、前記データプレーンは、前記3Gネットワークの複数のネットワークエレメント内に実装され、前記方法は、
前記コントローラにより、加入者セッションのための前記3Gネットワークの前記PC内のSGSN(serving GPRS support node)とGGSN(gateway GPRS support node)との間のGTPトンネルを生成するためのリクエストを前記SGSN又は前記GGSNの制御プレーンコンポーネントから受信するステップと、
前記制御プレーンプロトコルを介して、前記SGSNのデータプレーンを実装するスイッチを、前記加入者セッションのパケットをカプセル化し及び非カプセル化し、並びに第1のGTPトンネルエンドポイントを確立するように構成するステップと、
前記制御プレーンプロトコルを介して、前記GTPトンネルのルート内の少なくとも1つのスイッチを、前記GTPトンネルに従って前記加入者セッションのパケットを転送するように構成するステップと、
前記制御プレーンプロトコルを介して、前記GGSNのデータプレーンを実装するスイッチを、前記加入者セッションの前記パケットをカプセル化し及び非カプセル化し、並びに第2のGTPトンネルエンドポイントを確立するように構成するステップと、
を含む方法。 - GTPトンネルを生成するための前記リクエストを前記コントローラにより受信することは、前記SGSNの前記制御プレーンコンポーネントからPDP(protocol data packet)コンテキスト生成リクエストを受信するステップ、をさらに含む、請求項1の方法。
- GTPトンネルを生成するための前記リクエストを前記コントローラにより受信することは、前記GGSNの前記制御プレーンコンポーネントからGTPルーティング更新リクエストを受信するステップ、をさらに含む、請求項1の方法。
- 前記コントローラにより、前記加入者セッションのための前記3Gネットワークの前記PC内の前記SGSNとGGSNとの間の前記GTPトンネルを修正するためのリクエストを受信するステップと、
前記制御プレーンプロトコルを介して、前記加入者セッションのパケットをカプセル化し及び非カプセル化し、並びに前記第1のGTPトンネルエンドポイントを修正するように、前記SGSNの前記データプレーンを実装する前記スイッチの構成を修正するステップと、
前記制御プレーンプロトコルを介して、前記加入者セッションの前記パケットをカプセル化し及び非カプセル化し、並びに前記第2のGTPトンネルエンドポイントを修正するように、前記GGSNの前記データプレーンを実装する前記スイッチの構成を修正するステップと、
をさらに含む、請求項1の方法。 - 前記GTPトンネルに従った前記加入者セッションのパケットの転送を終了させるために、前記制御プレーンプロトコルを介して、前記GTPトンネルの前記ルート内の前記少なくとも1つのスイッチの構成を除去するステップ、をさらに含む、請求項4の方法。
- 前記制御プレーンプロトコルを介して、前記GTPトンネルの新たなルート内のスイッチを、前記GTPトンネルに従って前記加入者セッションのパケットを転送するように構成するステップ、をさらに含む、請求項5の方法。
- 前記コントローラにより、前記加入者セッションのための前記3Gネットワークの前記PC内の前記SGSNとGGSNとの間の前記GTPトンネルを削除するためのリクエストを受信するステップと、
前記加入者セッションのパケットのカプセル化及び非カプセル化を終了させ、並びに前記第1のGTPトンネルエンドポイントを除去するために、前記制御プレーンプロトコルを介して、前記SGSNの前記データプレーンを実装する前記スイッチの構成を除去するステップと、
前記加入者セッションの前記パケットのカプセル化及び非カプセル化を終了させ、並びに前記第2のGTPトンネルエンドポイントを除去するために、前記制御プレーンプロトコルを介して、前記GGSNの前記データプレーンを実装する前記スイッチの構成を除去するステップと、
をさらに含む、請求項1の方法。 - スプリットアーキテクチャを有する第3世代(3G)ネットワークのパケットコア(PC)内のGPRS(general packet radio service)トンネルプロトコル(GTP)の実装を管理するためのクラウドコンピューティングシステムであって、前記3Gネットワークの前記PCの制御プレーンは、前記クラウドコンピューティングシステム内にあり、前記制御プレーンは、制御プレーンプロトコルを通じて前記PCのデータプレーンと通信し、前記データプレーンは、前記3Gネットワークの複数のネットワークエレメント内に実装され、
前記クラウドコンピューティングシステムは、前記PCの前記データプレーンを実装する前記複数のネットワークエレメントと通信し、及び互いに通信する複数のサーバ、を備え、
前記複数のサーバは、
前記PCの前記制御プレーンを実装する複数の制御プレーンモジュールを実行するように構成されるコントローラと、
前記コントローラへ通信可能に結合され、前記PCの前記複数の制御プレーンモジュールの実行を管理するように構成されるクラウドマネージャと、
を実行し、
各制御プレーンモジュールは、前記データプレーンを管理するための制御プレーン機能のセットを提供し、
前記コントローラは、加入者セッションのための前記3Gネットワークの前記PC内のSGSN(serving GPRS support node)とGGSN(gateway GPRS support node)との間のGTPトンネルを生成するためのリクエストを前記SGSN又は前記GGSNの制御プレーンコンポーネントから受信するように構成され、
前記コントローラは、前記制御プレーンプロトコルを介して、前記SGSNのデータプレーンを実装するスイッチを、前記加入者セッションのパケットをカプセル化し及び非カプセル化し、並びに第1のGTPトンネルエンドポイントを確立するように構成する、ように構成され、
前記コントローラは、前記制御プレーンプロトコルを介して、前記GTPトンネルのルート内の少なくとも1つのスイッチを、前記GTPトンネルに従って前記加入者セッションのパケットを転送するように構成する、ように構成され、
前記コントローラは、前記制御プレーンプロトコルを介して、前記GGSNのデータプレーンを実装するスイッチを、前記加入者セッションの前記パケットをカプセル化し及び非カプセル化し、並びに第2のGTPトンネルエンドポイントを確立するように構成する、ように構成される、
クラウドコンピューティングシステム。 - 前記コントローラは、GTPトンネルを生成するための前記リクエストを、前記SGSNの前記制御プレーンコンポーネントからのPDP(protocol data packet)コンテキスト生成リクエストとして受信する、請求項8のクラウドコンピューティングシステム。
- 前記コントローラは、GTPトンネルを生成するための前記リクエストを、前記GGSNの前記制御プレーンコンポーネントからのGTPルーティング更新リクエストとして受信する、請求項8のクラウドコンピューティングシステム。
- 前記コントローラは、前記加入者セッションのための前記3Gネットワークの前記PC内の前記SGSNとGGSNとの間の前記GTPトンネルを修正するためのリクエストを受信する、ように構成され
前記コントローラは、前記制御プレーンプロトコルを介して、前記加入者セッションのパケットをカプセル化し及び非カプセル化し、並びに前記第1のGTPトンネルエンドポイントを修正するように、前記SGSNの前記データプレーンを実装する前記スイッチの構成を修正する、ように構成され
前記コントローラは、前記制御プレーンプロトコルを介して、前記加入者セッションの前記パケットをカプセル化し及び非カプセル化し、並びに前記第2のGTPトンネルエンドポイントを修正するように、前記GGSNの前記データプレーンを実装する前記スイッチの構成を修正する、ように構成される、
請求項8のクラウドコンピューティングシステム。 - 前記コントローラは、前記GTPトンネルに従った前記加入者セッションのパケットの転送を終了させるために、前記制御プレーンプロトコルを介して、前記GTPトンネルの前記ルート内の前記少なくとも1つのスイッチの構成を除去する、ように構成される、請求項11のクラウドコンピューティングシステム。
- 前記コントローラは、前記制御プレーンプロトコルを介して、前記GTPトンネルの新たなルート内のスイッチを、前記GTPトンネルに従って前記加入者セッションのパケットを転送するように構成する、ように構成される、請求項12のクラウドコンピューティングシステム。
- 前記コントローラは、前記加入者セッションのための前記3Gネットワークの前記PC内の前記SGSNとGGSNとの間の前記GTPトンネルを削除するためのリクエストを受信する、ように適合され
前記コントローラは、前記加入者セッションのパケットのカプセル化及び非カプセル化を終了させ、並びに前記第1のGTPトンネルエンドポイントを除去するために、前記制御プレーンプロトコルを介して、前記SGSNの前記データプレーンを実装する前記スイッチの構成を除去する、ように構成され、
前記コントローラは、前記加入者セッションの前記パケットのカプセル化及び非カプセル化を終了させ、並びに前記第2のGTPトンネルエンドポイントを除去するために、前記制御プレーンプロトコルを介して、前記GGSNの前記データプレーンを実装する前記スイッチの構成を除去する、ように構成される、
請求項8のクラウドコンピューティングシステム。
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