JP2022506447A - クラウドインフラストラクチャ上のコアセルラネットワーキングスタックの実装 - Google Patents
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Abstract
Description
- ユーザ機器(UE:User Equipment)。セルラネットワークに接続されるデバイス。例えば、ユーザ機器は、携帯電話又はセルラ通信能力を有する他のコンピューティングデバイスを含むことができる。
- 発展型ノードB(eNodeB:Evolved Node B)。このコンポーネントは、ユーザ機器が無線通信接続(例えば、セルラ無線)を介して接続するセルラネットワークベースステーションを指す。
- モバイル管理エンティティ(MME:Mobile Management Entity)。このコンポーネントは、ユーザ機器によるセルラネットワークへのアクセスを制御する。
- サービスゲートウェイ/パケットゲートウェイ(SPGW)。SPGWを通じたユーザ機器フローへのネットワークパケット及びユーザ機器からのネットワークパケット。SPGWは、ユーザ機器がどこに移動しても(例えば、ユーザ機器がセルタワーからセルタワーに移動するときに)、ユーザ機器にパケットを中継するために使用し得る単一のアンカーポイント(anchor point)を提供する。
本明細書に記載する技術において、セルラネットワークのコンポーネントは、クラウドコンピューティング環境(例えば、パブリッククラウド環境及び/又はプライベートクラウド環境)内で実装されることができる。例えば、クラウド環境の標準的なロードバランサを利用して、仮想化されたパケットゲートウェイ(例えば、SPGW-U)の集積(collection)(例えば、クラスタ)間でセルラネットワークトラフィック(例えば、データプレーンネットワークパケット)を分配することができる。外部キーバリューストアは、セルラネットワーク内の現在のネットワークフローについてのベアラ詳細を格納することができる。新しい仮想化されたパケットゲートウェイが、ロードバランサが新しい仮想化されたパケットゲートウェイに送信する任意のネットワークフローを処理する準備ができているように、仮想化されたパケットゲートウェイからのスケーリングは、外部キーバリューストアの全コンテンツを新しい仮想化されたパケットゲートウェイのローカルキャッシュにコピーすることによって実行されることができる。これらの技術は、(例えば、仮想化されたパケットゲートウェイが更新されたベアラ詳細を受信して適用するために)ベアラが更新されること及び(例えば、ベアラが仮想化されたパケットゲートウェイ間で移動させられるために)ベアラが移動させられことも可能にする。ベアラは、それらがアクティブである間に、ベアラを閉じて新しいベアラを設定することを必要とせずに、移動及び/又は更新されることができる。
- PGW-u(GTP_based):ダウンリンク:IPからGTP TEID、アップリンク:GTP TEIDからIP
- SGW-u(GTP_based):ダウンリンク:GTP TEIDからGTP TEID、アップリンク:GTP TEIDからGTP TEID
- PGW-u(PMIPv6ベース):ダウンリンク:IPから汎用ルーティングカプセル化(GRE)トンネル、アップリンク:GREトンネルからIPトンネル
- SGW-u(PMIPv6ベース):ダウンリンク:GREトンネルからGTP TEID、アップリンク:GTP TEIDからGREトンネル
1.アップリンクパケット(uplink packet)がユーザプレーン上に到着する、すなわち、UEからのパケットがPDNに向かう。
2.ダウンリンクパケット(downlink packet)がユーザープレー上に到着する、すなわち、PDNからUEに到着する。
3.ベアラ更新パケット(bearer update packet)がコントロールプレーンに到着し、MME又はKVSからであることがある。
4.ベアラ不明パケット(bear unknown packet)がKVSからコントロールプレーン上に到着する。
5.ベアラ削除パケット(bear delete packet)がMMEからコントロールプレーン上に到着する。
6.所有者追加承認パケット(owner add acknowledgement packet)がKVSからコントロールプレーン上に到着する。
7.所有者削除承認パケット(owner delete acknowledgement packet)がKVSからコントロールプレーン上に到着しする。
状態1:この状態は、ベアラが不明であり、ローカルキャッシュにはそれについてのエントリがないことを示す。
状態2、3、4及び5:これらは、全て、ユーザプレーンを処理するように正しく構成されるようになる間に通過させられる中間状態である。
状態6:ローカルキャッシュからベアラの知識を除去する間の中間状態。
状態7:ユーザプレーンデータを処理するように正しく構成される間に我々が留まる定常状態。
本明細書中の例のいずれにおいても、クラウドコンピューティング環境内で仮想セルラネットワークを作動させる方法を提供することができる。例えば、仮想化されたパケットゲートウェイ(例えば、サービス及び/又はパケットゲートウェイ)は、クラウドコンピューティング環境内で動作する仮想マシン上で実装されることができ、セルラネットワークのためのデータプレーンネットワークパケットを処理することができる。
このセクションは、本明細書に記載する技術を使用するLTEセルラネットワークの特定の実装において、ベアラがどのように設定されるかを例示している。相違を例示するために、ベアラセットアップシーケンスは、従来的なLTEシステムについて先ず記載され、次に、本明細書に記載する技術に関して記載される。
- UE/eNodeBは、MMEベアラ設定要求(コントロールプレーンメッセージ)を送信する。
- MMEは、ベアラ設定要求をSPGWに送信する。
- SPGWは、設定要求からのベアラ詳細を格納する。
- SPGWは、MMEに応答して、ベアラ設定完了を告げる。
- 次に、アップリンクデータが最初であるならば、
- SPGWは、eNodeBからユーザプレーンパケットを受信する。
- SPGWは、ユーザプレーンパケットを非カプセル化し、ターゲットパブリックデータネットワーク(PDN)に転送する。
- SPGWは、PDNからユーザプレーンパケットを受信する。
- SPGWは、宛先IPアドレスを検索し、それが上記で格納されたベアラ詳細からのUE IPアドレスと一致することを見出す。パケットがベアラ詳細からのトラフィックフローテンプレート(TFT)と一致するならば、ベアラ詳細からのeNodeB TEIDを使してパケットをカプセル化する。
- SPGWは、カプセル化されたパケットをeNodeBに転送する。
- 或いは、ダウンリンクデータが最初であるならば、
- SPGWは、ターゲットPDNからユーザプレーンパケットを受信する。
- SPGWは、宛先IPアドレスを検索し、アップリンクの場合と同様に一致を見出して進む。
- eNodeBは、MMEベアラ設定要求(コントロールプレーンメッセージ)を送信する。
- MMEは、ベアラ設定要求をSPGW-Cロードバランサに送信する。
- ロードバランサは、例えば、要求をSPGW-C1に転送する(インスタンス1)。
- SPGW-C1は、UE IPアドレス、TEID(SPGW及びeNodeBの両方の値)並びにeNodeBのIPを共有キーバリューストアに格納する。
- SPGW-C1は、MMEに応答し、ベアラ設定完了を告げる。
- eNodeBは、SPGW-Uロードバランサにユーザプレーンパケットを送信する。
- ロードバランサは、例えば、ユーザプレーンパケットをSPGW-U2に転送する(インスタンス2)。
- 次に、アップリンクデータが最初であれば、
- SPGW-U2は、eNodeBからユーザプレーンパケットを受信する。
- SPGW-U2は、共有キーバリューストア内のパケットからTEIDを検索する。応答して、eNodeBのTEIDを取得する。
- SPGW-U2は、共有キーバリューストアに、そのIPアドレスを、このネットワークフローの「キャッシュ所有者(cash owner)」として書き込む。
- SPGW-U2は、UE IPアドレス、TEID(SPGW及びeNodeBの両方の値)並びにeNodeBのIPをローカルキャッシュに書き込む。
- SPGW-U2は、ユーザプレーンパケットを非カプセル化し、ターゲットPDNに転送する。
- SPGW-U2は、PDNからユーザプレーンパケットを受信する。
- SPGW-U2は、そのローカルキャッシュ内で宛先IPアドレスを探し、それが上記で格納されたベアラ詳細からのUE IPアドレスと一致することを見出す。パケットがベアラ詳細からのTFTと一致するならば、ベアラ詳細からのeNodeB TEIDを使用してパケットをカプセル化する。
- SPGW-U2は、カプセル化されたパケットをeNodeBに転送する。
- 或いは、ダウンリンクデータが最初であるならば、
- SPGW-Uロードバランサは、ターゲットPDNからユーザプレーンパケットを受信する。
- ロードバランサは、SPGW-U2に転送する。
- SPGW-U2は、そのローカルキャッシュ内でベアラ詳細を探す。一致を見出さない。
- SPGW-U2は、共有キーバリューストア内でUE IPアドレスを検索する。応答して、ベアラ詳細を取得する。ローカルキャッシュに書き込む。
- SPGW-U2は、共有キーバリューストアに、そのIPアドレスを、このフローの「キャッシュ所有者」として書き込む。
- SPGW-U2は、カプセル化されたパケットをeNodeBに転送する。
- SPGW-U2は、eNodeBからユーザプレーンパケットを受信し、非カプセル化し、ターゲットPDNに転送する。
図6は、記載する技術が実装されることがある適切なコンピューティングシステム600の一般化された例を示している。コンピューティングシステム600は、使用範囲又は機能性に関する何らの制限も示唆することを意図していない。何故ならば、技術は、多様な汎用又は特殊目的のコンピューティングシステムに実装されることがあるからである。
図7は、702で概ね示す、様々な任意的なハードウェア及びソフトウェアコンポーネントを含む例示的なモバイルデバイス700を示す、システム図である。図示の容易さのために、全ての接続が示されているわけではないが、モバイルデバイス内の任意のコンポーネント702は、任意の他のコンポーネントと通信することができる。モバイルデバイスは、様々なコンピューティングデバイス(例えば、携帯電話、スマートフォン、ハンドヘルドコンピュータ、携帯情報端末(PDA)など)のいずれかであることができ、セルラ、衛星、又は他のネットワークのような、1つ以上のモバイル通信ネットワーク704とのワイヤレス双方向通信を可能にすることができる。
図8は、記載する実施形態、技法、及び技術が実装されることがある適切なクラウドサポート環境800の一般化された例を図示している。例示的な環境800では、様々なタイプのサービス(例えば、コンピューティングサービス)がクラウド810によって提供される。例えば、クラウド810は、インターネットのようなネットワークを介して接続された様々なタイプのユーザ及びデバイスにクラウドベースのサービスを提供する、中央配置されてよい或いは分散されてよいコンピューティングデバイスの集積を含むことができる。実装環境800は、コンピューティングタスクを達成するために異なる方法で使用されることができる。例えば、幾つかのタスク(例えば、ユーザ入力を処理すること及びユーザインタフェースを提示すること)は、ローカルコンピューティングデバイス(例えば、接続されたデバイス830、840、850)上で実行されることができる一方で、他のタスク(例えば、後続の処理で使用されるべきデータの格納)は、クラウド810内で実行されることができる。
開示する方法の一部の方法の動作が便利な提示のために特定の順次式の順序で記載されるが、特定の順序が以下に記載する特定の言語によって要求されない限り、この記述の方法は再配列(rearrangement)を包含することが理解されるべきである。例えば、順次式に記載される動作は、幾つかの場合には、再配列されてよく、或いは同時に実行されてよい。更に、簡略化のために、添付の図面は、開示の方法を他の方法と組み合わせて使用することができる様々な方法を示さないことがある。
Claims (15)
- プロセッサと、
メモリとを含む、
1つ以上のコンピューティングデバイスであって、
当該1つ以上のコンピューティングデバイスは、コンピュータ実行可能な命令を介して、クラウドコンピューティング環境において仮想化されたパケットゲートウェイを作動させるための動作を実行して、セルラネットワークのためのデータプレーンネットワークパケットを処理するように構成され、前記動作は、
外部キーバリューストアの全コピーを受信することであって、外部キーバリューストアは、前記セルラネットワークの全ての現在のベアラについてのベアラ詳細を含み、該ベアラ詳細は、前記セルラネットワークを使用するユーザ機器に関連するネットワークフローを画定する、外部キーバリューストアの全コピーを受信することと、
前記外部キーバリューストアの前記全コピーをローカルキャッシュ内に保存することと、
ロードバランサからデータプレーンネットワークパケットを受信することと、
前記仮想化されたパケットゲートウェイによって、前記データプレーンネットワークパケットを処理することであって、前記ローカルキャッシュ内で前記データプレーンネットワークパケットに関連するベアラを同定することを含む、前記データプレーンネットワークパケットを処理することとを含む、
1つ以上のコンピューティングデバイス。 - 前記動作は、前記仮想化されたパケットゲートウェイが前記クラウドコンピューティング環境内でインスタンス化されるスケールアウトイベントの間に実行される、請求項1に記載の1つ以上のコンピューティングデバイス。
- 前記仮想化されたパケットゲートウェイは、前記クラウドコンピューティング環境内で稼動している仮想マシン上で作動するデータプレーンネットワークパケットのためのサービスゲートウェイ/パケットゲートウェイ(SPGW-U)である、請求項1に記載の1つ以上のコンピューティングデバイス。
- 前記SPGW-Uは、テレコムプロバイダのためのロングタームエボリューション(LTE)セルラネットワークの一部として作動する、請求項3に記載の1つ以上のコンピューティングデバイス。
- 前記動作は、更に、
前記ロードバランサから、前記ローカルキャッシュ内に存在しない新しいベアラに関連する新しいデータプレーンネットワークパケットを受信することと、
該新しいデータプレーンネットワークパケットを受信することに応答して、
前記外部キーバリューストアから前記新しいベアラについてのベアラ詳細を取得することと、
前記新しいベアラについての前記ベアラ詳細を前記ローカルキャッシュ内に格納することと、
少なくとも部分的に前記新しいベアラについての前記ベアラ詳細に基づいて前記新しいデータプレーンネットワークパケットを処理することとを含む、
請求項1に記載の1つ以上のコンピューティングデバイス。 - 前記動作は、更に、
前記新しいデータプレーンネットワークパケットを受信することに応答して、
前記仮想化されたパケットゲートウェイを前記外部キーバリューストア内に前記新しいベアラの所有者として登録することを含む、
請求項5に記載の1つ以上のコンピューティングデバイス。 - 前記ロードバランサは、インターネットプロトコル(IP)ヘッダ及びユーザデータグラムプロトコル(UDP)又は転送制御プロトコル(TCP)ポート番号に基づいて、カプセル化されたパケット情報に基づかないで、ネットワークパケットを方向付ける、請求項1に記載の1つ以上のコンピューティングデバイス。
- 前記動作は、更に、
前記ローカルキャッシュ内の1つ以上のベアラの各々について、
前記ローカルキャッシュ内の前記ベアラを、データプレーンネットワークパケットが前記ベアラのために最後に処理されたときの表示でマーキングすることを含む、
請求項1に記載の1つ以上のコンピューティングデバイス。 - 前記動作は、更に、
データプレーンネットワークパケットが最後に処理されたときの前記表示に基づいて前記ローカルキャッシュからベアラをパージすることを含む、
請求項8に記載の1つ以上のコンピューティングデバイス。 - クラウドコンピューティング環境において仮想化されたパケットゲートウェイを作動させてセルラネットワークのためのデータプレーンネットワークパケットを処理するためにコンピューティングデバイスによって実装される方法であって、
前記仮想化されたパケットゲートウェイが前記クラウドコンピューティング環境内でインスタンス化されるスケールアウトイベントの間に、前記仮想化されたパケットゲートウェイによって、
外部キーバリューストアの全コピーを受信することであって、外部キーバリューストアは、前記セルラネットワークの全ての現在のベアラについてのベアラ詳細を含み、該ベアラ詳細は、前記セルラネットワークを使用するユーザ機器に関連するネットワークフローを画定する、外部キーバリューストアの全コピーを受信することと、
前記外部キーバリューストアの前記全コピーをローカルキャッシュ内に保存することと、
ロードバランサからデータプレーンネットワークパケットを受信することと、
前記仮想化されたパケットゲートウェイによって、前記データプレーンネットワークパケットを処理することであって、前記ローカルキャッシュ内の前記データプレーンネットワークパケットに関連するベアラを同定することを含む、前記データプレーンネットワークパケットを処理することとを含む、
方法。 - 前記ロードバランサから、前記ローカルキャッシュ内に存在しない新しいベアラに関連する新しいデータプレーンネットワークパケットを受信することと、
該新しいデータプレーンネットワークパケットを受信することに応答して、
前記外部キーバリューストアから前記新しいベアラについてのベアラ詳細を取得することと、
前記新しいベアラについての前記ベアラ詳細を前記ローカルキャッシュ内に格納することと、
少なくとも部分的に前記新しいベアラについての前記ベアラ詳細に基づいて前記新しいデータプレーンネットワークパケットを処理することとを更に含む、
請求項10に記載の方法。 - 前記新しいデータプレーンネットワークパケットを受信することに応答して、
前記仮想化されたパケットゲートウェイを前記外部キーバリューストア内に前記新しいベアラの所有者として登録することを更に含む、
請求項11に記載の方法。 - 前記仮想化されたパケットゲートウェイは、前記クラウドコンピューティング環境内で稼動している仮想マシン上で作動するデータプレーンネットワークパケットのためのサービスゲートウェイ/パケットゲートウェイ(SPGW-U)であり、前記ロードバランサは、インターネットプロトコル(IP)ヘッダ情報に基づいて、カプセル化されたパケット情報に基づかないで、ネットワークパケットを方向付ける、請求項10に記載の方法。
- クラウドコンピューティング環境において仮想化されたパケットゲートウェイを作動させてセルラネットワークのためのデータプレーンネットワークパケットを処理するためにコンピューティングデバイスによって実装される方法であって、
前記仮想化されたパケットゲートウェイによって、
第1のベアラに関連する第1のデータプレーンネットワークパケットを受信することと、
前記第1のベアラがローカルキャッシュ内に存在しないことを決定した後に、外部キーバリューストアから前記第1のベアラについてのベアラ詳細を取り出して、前記第1のベアラについての前記取り出したベアラ詳細を前記ローカルキャッシュ内に格納することと、
少なくとも部分的に前記ローカルキャッシュ内に格納される前記第1のベアラについての前記ベアラ詳細に基づいて前記第1のデータプレーンネットワークパケットを処理することと、
前記第1のベアラが更新されたことを示すネットワーク通信を受信することと、
前記ネットワーク通信を受信することに応答して、前記外部キーバリューストアから前記第1のベアラについての更新されたベアラ詳細を取り出して、該取り出した更新されたベアラ詳細を前記ローカルキャッシュ内に格納することと、
前記第1のベアラに関連する第2のデータプレーンネットワークパケットを受信することと、
少なくとも部分的に前記ローカルキャッシュ内に格納された前記第1のベアラについての前記更新されたベアラ詳細に基づいて前記第2のデータプレーンネットワークパケットを処理することとを含む、
方法。 - 前記仮想化されたパケットゲートウェイを前記外部キーバリューストアにおいて前記第1のベアラについての所有者として登録することを更に含む、請求項14に記載の方法。
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