JP7491550B2 - ユーザデータ処理装置、ネットワークインタフェース、及び方法 - Google Patents
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Description
本開示は、ユーザデータ処理装置、ネットワークインタフェース、及び方法に関する。
３ＧＰＰ（3rd Generation Partnership Project）は、５Ｇ（5th generation）の標準化を行っている。５Ｇシステムは、非特許文献１にも記載されるように、５Ｇアクセスネットワーク（ＡＮ：Access Network）、５Ｇコアネットワーク（ＣＮ：Core Network）、及びユーザ端末（ＵＥ：User Equipment）を含む。
５Ｇでは、代表的な利用シナリオとして、ｍＩＯＴ（massive Internet of things）、ｅＭＢＢ（enhanced Mobile Broadband）、及びＵＲＬＬＣ（Ultra Reliable Low Latency Communications）などの通信が議論されている。これらの通信は、トラヒック特性が相互に異なっており、全ての通信においてトラヒック要件を同時に満たすことは困難である。例えば、大容量が求められるｅＭＢＢでは、バルク処理によるパケット転送が最適である。しかしながら、バルク処理は、ジッタに揺らぎが発生しやすい。このため、バルク処理によるパケット転送は、ＵＲＬＬＣに求められる低遅延かつ高品質を満たすことが難しい。このように異なるトラヒック要求に対して、５Ｇでは、ネットワークスライスという形で通信を分けて実施することが議論されている。
５Ｇシステムにおいて、異なるトラヒック要件を持つネットワークスライスはネットワークスライスインスタンス（ＮＳＩ：Network Slice Instance）として分けられる。更に、ＮＳＩの特定部分（例えばアクセスネットワークやコアネットワークなど）は、ネットワークスライスサブネットインスタンス（ＮＳＳＩ：Network Slice Sub- nets Instance）と定義されている。特に、コアネットワークのＮＳＳＩについては、異なるＮＳＩと共有されず、個別に配備される。
コアネットワークのネットワークスライスは、ＵＥ、ＡＮ、及びＣＮ間でやり取りされるＳ－ＮＳＳＡＩ（S-NSSAI：Single-Network Slice Selection Assistance Information）をもとにコアネットワークのＮＦ（Network Function）を構成する。ＮＦの構成は、事業者やベンダに依存する。しかしながら、どの構成においても、ＳＭＦ（Session Management Function）及びＵＰＦ（User Plane Function）はネットワークスライスごとに配備されるＮＦとされている。
上記ＵＰＦは、Ｕ－Ｐｌａｎｅ（User-Plane）制御（ユーザパケット制御）を担う。ＵＰＦは、Ｓ－ＮＳＳＡＩを受け取ったＡＭＦ（Access and Mobility Management Function）やＮＳＳＦ（Network Slice Selection Function）などのＣ－Ｐｌａｎｅ（Control-Plane）によって個別に配備され、アクセスネットワークと接続する。ＵＰＦが個別に配備されることで、それぞれのネットワークスライスにおいて、ユーザパケットのＱｏＳ（Quality of Service）が実現される。
3GPP TS 23.501 V16.3.0, "System architecture for the 5G System (5GS)", 2019/12
上記したように、ＵＰＦは、ネットワークスライスごとに配備される。この場合、ＣＰＵ（Central Processing Unit）、電源容量、及び物理空間などのハードウェア／ソフトウェアリソースの分割損が発生し、管理運用コストが増加する。そのようなコストを抑えるために、１つのＵＰＦに、複数のネットワークスライスのＵ－Ｐｌａｎｅ通信を収容することが考えられる。その場合、各ネットワークスライスにおけるＱｏＳをどのように実現するかという課題がある。
本開示は、上記事情に鑑み、１つの装置に複数のネットワークスライスの通信を収容することを可能にしつつ、各ネットワークスライスにおけるＱｏＳ制御を効率的に実施可能なユーザデータ処理装置、ネットワークインタフェース、及び方法を提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示は、複数のネットワークスライスに対応し、それぞれが対応するネットワークスライスにおいてＱｏＳに応じたパケット転送処理を行う複数のデータ転送手段と、物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及び前記ＱｏＳにおけるクラスを識別する識別手段と、前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、前記複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分ける振分手段とを備え、前記複数のデータ転送手段のそれぞれは、対応するキューグループの各クラスに対応するキューから前記受信パケットを取得し、該取得した受信パケットに対して前記ＱｏＳに応じたパケット転送処理を実施する、ユーザデータ処理装置を提供する。
本開示は、物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及びＱｏＳにおけるクラスを識別する識別手段と、前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分ける振分手段とを備えるネットワークインタフェースを提供する。
本開示は、物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及びＱｏＳにおけるクラスを識別し、前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分け、各ネットワークスライスにおいて、対応するキューグループの各クラスに対応するキューから前記受信パケットを取得し、該取得した受信パケットに対して前記ＱｏＳに応じたパケット転送処理を実施するユーザデータ処理方法を提供する。
本開示に係るユーザデータ処理装置、ネットワークインタフェース、及び方法は、１つの装置に複数のネットワークスライスの通信を収容することを可能にしつつ、各ネットワークスライスにおけるＱｏＳ制御を効率的に実施することができる。
本開示の説明に先立って、本発明者らが検討した事項を説明する。前述のように、ＵＰＦはネットワークスライスごとに個別に配備される場合、それぞれのネットワークスライスに閉じたユーザパケットのＱｏＳが実現できる。関連技術において、１つのＵＰＦにおいて複数のネットワークスライスのＱｏＳを実現することは想定されていない。１つの物理サーバに配備されたＵＰＦが異なるネットワークスライスのユーザパケットを単一のＮＩＣ（Network Interface Card）で受信した場合、通常、ＮＩＣは、ネットワークスライスを識別できない。このため、ＵＰＦは、全てのパケットに対して同一のＱｏＳ処理を適用する。この場合、ネットワークスライスごとに異なるＱｏＳを実現できないという問題がある。
ネットワークスライスのユースケースには、５ＱＩ（5G QoS Identifier）が設けられている（非特許文献１を参照）。ＩＥＴＦ（Internet Engineering Task Force）では、５ＱＩについて、ＩＰ（Internet Protocol）ヘッダが持つＤＳＣＰ（Differentiated Services Code Point）値とのマッピングが議論されている。例えば、ユーザパケットのＬ３（Layer 3） ＩＰヘッダに含まれるＤＳＣＰ値が、ＱｏＳを表す値の１つとして使用される。例えば、ネットワークスライスＡのパケットのＤＳＣＰ値が、緊急用の最優先処理パケットを示す「ＥＦ」であり、別のネットワークスライスＢのパケットのＤＳＣＰ値も「ＥＦ」であったとする。この場合、２つのパケットの優先度は同じであるため、どちらが先にＵＰＦで処理されるかを保証することができない。
また、１つのＵＰＦに複数のネットワークスライスの通信を収容する構成として、ＳＲ－ＩＯＶ（Single Root I/O Virtualization）に対応したＮＩＣを搭載する物理サーバを用い、その物理サーバにおいて複数のネットワークスライスのＱｏＳを実現する構成が考えられる。その物理サーバには、複数のネットワークスライスのそれぞれに必要な転送機能が実装された複数の仮想サーバが配置される。ＮＩＣは、ＳＲ－ＩＯＶ技術を用いて、１つの物理ポートの配下に複数の仮想ポートを配置する。各仮想ポートは、各仮想サーバに対応する。ＮＩＣは、物理ポートにおいて受信したパケットを、仮想サーバが持つインタフェースのＶＬＡＮ（Virtual LAN (Local Area Network）値とＩＰアドレス値とに基づいてルーティングし、仮想サーバの仮想ポートにパケットを転送する。このようにすることで、各ネットワークスライスにおけるＱｏＳが実現できる。
しかしながら、上記構成では、パケットのＱｏＳに関連する値は、仮想サーバのカーネルまで到達してからでなければ識別することができない。このため、パケット受信から仮想サーバまでの途中の区間において、個々のネットワークスライスに閉じたＱｏＳを実現できない。また、ＳＲ－ＩＯＶ技術を用いたパケット転送は、仮想サーバが持つインタフェースのＶＬＡＮ値とＩＰアドレス値に基づいてルーティングされるのみである。このＳＲ－ＩＯＶ区間では、Ｌ３ ＩＰヘッダの特定情報や、ＧＴＰ－Ｕ（GPRS (General Packet Radio Service) Tunneling Protocol for User Plane）extension情報などは参照されない。つまり、ＳＲ－ＩＯＶ区間では、ネットワークスライスの識別や、ＱｏＳ制御に用いられる値は参照されないという問題がある。
本開示は、上記した問題を解消可能なユーザデータ処理装置、ネットワークインタフェース、及び方法を提供することを、目的の一部とする。図１は、本開示に係るユーザデータ処理装置の概略的な構成を示す。ユーザデータ処理装置１０は、複数のデータ転送手段１１、キュー群１２、識別手段１５、及び振分手段１６を有する。
複数のデータ転送手段１１は、複数のネットワークスライスに対応する。各データ転送手段１１は、対応するネットワークスライスにおいてＱｏＳに応じたパケット転送処理を行う。識別手段１５は、物理ポートを介して受信パケットを受信する。識別手段１５は、受信パケットを解析し、受信パケットが属するネットワークスライス、及びＱｏＳにおけるクラスを識別する。
キュー群１２は、複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループ１３を有する。各キューグループ１３は、ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキュー１４を有する。振分手段１６は、識別手段１５での受信パケットの識別結果に従って、受信パケットをキュー群１２内のキューに振り分ける。各データ転送手段１１は、対応するキューグループ１３の各クラスに対応したキュー１４から受信パケットを取得する。各データ転送手段１１は、取得した受信パケットに対してＱｏＳに応じたパケット転送処理を実施する。
本開示では、識別手段１５は、受信パケットの解析結果に基づいて、ネットワークスライス及びＱｏＳにおけるクラスを識別する。振分手段１６は、識別したネットワークスライスに応じて、複数のキューグループ１３のうち、どのキューグループ１３にパケットを振り分けるかを決定する。また、振分手段１６は、識別したクラスに応じて、キューグループ１３の複数のキュー１４に受信パケットを振り分ける。各データ転送手段１１は、対応するキューグループ１３のキュー１４から受信パケットを取得し、ＱｏＳに応じたパケット転送処理を実施する。このようにすることで、ユーザデータ処理装置１０は、１つの装置に複数のネットワークスライスの通信を収容することを可能にしつつ、各ネットワークスライスにおけるＱｏＳ制御を効率的に実施することができる。
以下、本開示の実施の形態を詳細に説明する。図２は、本開示の第１実施形態に係るユーザデータ処理装置を含むネットワークシステムを示す。ネットワークシステム１００は、ユーザデータ処理装置（ＵＰＦ）１０１、ＵＥ２００、ＡＮ２０１、ＡＭＦ２０２、ＳＭＦ２０３、及びＤＮ（Data Network）２０４を有する。ＵＰＦ１０１は、図１のユーザデータ処理装置１０に対応する。
ＵＥ２００は、携帯電話機、スマートホン、タブレット、ＰＣ（Personal Computer）、及びＩｏＴデバイスなどのユーザ機器を含む。ＵＥ２００上では、ＤＮ２０４と通信する複数のアプリケーションが動作し得る。ＡＮ２０１は、基地局などを含み、ＵＥ２００と５Ｇコアネットワークとを接続する。ＡＭＦ２０２は、モビリティ管理を行う。ＡＭＦ２０２は、端末レベルの処理、例えば加入者認証や端末の位置管理を行う。
ＵＰＦ１０１は、５Ｇコアネットワークの一部を構成する。ＵＰＦ１０１は、インタネットなどの外部ネットワークであるＤＮ２０４とＵＥ２００との間のユーザデータ通信を行う。ＳＭＦ２０３は、セッション管理を行う。ＳＭＦ２０３及びＵＰＦ１０１は、ネットワークスライスごとにＤＮ２０４向けのセッションを確立する。ＵＥ２００上で動作する複数のアプリケーションは、それぞれのトラヒック要件にあったネットワークスライスに接続する。
図３は、本実施形態におけるＵＰＦ１０１の構成例を示す。ＵＰＦ１０１は、ＣＰＵ１０２、及びネットワークインタフェース（スマートＮＩＣ）１０３を有する。ＣＰＵ１０２は、複数のネットワークスライスに対応したＵＰＦ機能部を有する。ＵＰＦ１０１は、例えばスマートＮＩＣ１０３が搭載された物理サーバとして構成される。ＵＰＦ１０１において、複数のＵＰＦ機能部の機能は、例えばサーバ仮想技術を用いて実現される。
ＣＰＵ１０２は、図３の例では、３つのネットワークスライスに対応して、３つのＵＰＦ機能部１２１－１～１２１－３を有する。ＵＰＦ機能部１２１－１はネットワークスライス１に対応し、ＵＰＦ機能部１２１－２はネットワークスライス２に対応し、ＵＰＦ機能部１２１－３はネットワークスライス３に対応する。例えば、ＵＰＦ機能部１２１－１はＵＲＬＬＣに対応したＵＰＦ機能部であり、ＵＰＦ機能部１２１－２はｅＭＢＢに対応したＵＰＦ機能部であり、ＵＰＦ機能部１２１－３はｍＩｏＴに対応したＵＰＦ機能部であるとする。ネットワークスライス、及びＵＰＦ機能部の数は、特に３つには限定されない。
ＵＰＦ機能部１２１－１は、コントローラ１２２－１、及び転送機能部１２３－１を有する。ＵＰＦ機能部１２１－２は、コントローラ１２２－２、及び転送機能部１２３－２を有する。ＵＰＦ機能部１２１－３は、コントローラ１２２－３、及び転送機能部１２３－３を有する。なお、ＵＰＦ機能部１２１－１～１２１－３、コントローラ１２２－１～１２２－３、及び転送機能部１２３－１～１２３－３は、特に区別が必要ない場合は、ＵＰＦ機能部１２１、コントローラ１２２、及び転送機能部１２３とも呼ばれ得る。
コントローラ１２２は、ＳＭＦ２０３（図２を参照）から送信される信号に基づいて転送機能部１２３を制御する。転送機能部１２３は、対応するネットワークスライスにおいて、ＱｏＳに応じたパケット転送処理を行う。転送機能部１２３は、スマートＮＩＣ１０３からパケットを取得する受信部（Ｒｘ）と、パケット転送先などを決定する機能部と、スマートＮＩＣ１０３を通じてＡＮ２０１又はＤＮ２０４にパケットを送信する送信部（Ｔｘ）とを有する。各転送機能部１２３は、対応するネットワークスライスに要求されるトラヒック要件を満たすパケット転送機能を提供する。転送機能部１２３は、図１のデータ転送手段１１に対応する。
スマートＮＩＣ１０３は、ポート１３１、解析部１３２、振分部１３３、複数のキューグループ１３４－１～１３４－３を有する。スマートＮＩＣ１０３は、例えばＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）を用いて構成される。スマートＮＩＣ１０３は、他のデバイス、例えばプロセッサとメモリとを含む半導体デバイスを用いて構成されていてもよい。その場合、解析部１３２及び振分部１３３の機能は、プロセッサがメモリから読み出したプログラムに従って動作することで実現され得る。
ポート１３１は、ＡＮ２０１及びＤＮ２０４からパケットを受信する。また、ポート１３１は、ＡＮ２０１及びＤＮ２０４にパケットを出力する。ポート１３１は、受信したパケット（受信パケット）を解析部１３２に出力する。解析部１３２は、受信パケットをパースし、受信パケットが属するネットワークスライス、及びＱｏＳにおけるクラスを識別する。解析部１３２は、例えば、受信パケットのうちの特定範囲を参照し、ネットワークスライスを識別する。解析部１３２は、受信パケットのＬ２ （Layer 2） Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）フレームに含まれるＣｏＳ（Class of Service）値に基づいて、ＱｏＳにおけるクラスを識別する。解析部１３２は、図１の識別手段１５に対応する。
図４は、ＧＴＰ－Ｕパケットの構成を示す。ＧＴＰ－Ｕパケットは、Ｐａｙｌｏａｄ、Ｉｎｎｅｒ ＩＰ、ＧＴＰ－Ｕ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎ、ＧＴＰ－Ｕ、ＵＤＰ（User Datagram Protocol）、Ｏｕｔｅｒ ＩＰ、Ｌ２、及びＬ１（Layer 1）を有する。解析部１３２は、受信パケットがＧＴＰ－Ｕパケットの場合、Ｌ２ ＥｔｈｅｒｎｅｔフレームからＧＴＰ－Ｕ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎまでの範囲を特定範囲として参照し、ネットワークスライスを識別することができる。
図５は、ＩＰパケットの構成を示す。ＩＰパケットは、Ｐａｙｌｏａｄ、Ｌ２、及びＬ１を有する。解析部１３２は、受信パケットがＩＰパケットの場合、Ｌ２ ＥｔｈｅｒｎｅｔフレームからＬ３ ＩＰヘッダまでの範囲を特定範囲として参照し、ネットワークスライスを識別することができる。
図６は、ネットワークスライスの識別に用いられるテーブルの一例を示す。テーブルは、ネットワークスライスに対応したグループの番号と、振分キーとを対応付けて記憶する。解析部１３２は、テーブルを参照し、受信パケットが振分キーとして指定された値又は種別を含む場合、その振分キーに対応するネットワークスライスを、受信パケットが属するネットワークスライスとして識別する。例えば、解析部１３２は、受信パケットにおいて、Ｌ３ ＩＰヘッダに含まれるＤＳＣＰ値が「ＥＦ」である場合、受信パケットはネットワークスライス１のパケットであると識別する。
図７は、ネットワークスライスの識別に用いられるテーブルの別の例を示す。この例では、振分キーとして、Ｌ２ Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレームに含まれるＶＬＡＮ値（ＶＬＡＮ ＩＤ（Identifier））と、Ｌ３ ＩＰヘッダに含まれるＤＳＣＰ値とが指定されている。この場合、解析部１３２は、ＶＬＡＮ値とＤＳＣＰ値との組み合わせに基づいて、ネットワークスライスを識別する。例えば、解析部１３２は、受信パケットにおいて、ＶＬＡＮ ＩＤ＝５であり、かつＤＳＣＰ＝ＣＳ６であった場合、受信パケットはネットワークスライス１のパケットであると識別する。この例のように、振分キーは、受信パケットにおける複数のフィールドの値又は種別を含んでいてもよい。
図３に戻り、スマートＮＩＣ１０３において、複数のキューグループ１３４－１～１３４－３は、複数のネットワークスライスに対応する。キューグループ１３４－１は、ネットワークスライス１に対応したグループ１のキューグループである。キューグループ１３４－１は、複数のキュー１３５－０～１３５－７を有する。図３に示されるキュー１３５－０～１３５－７は、例えば、ネットワークスライス１のＱｏＳ制御におけるクラス０～７に対応する。なお、以下の説明において、キューグループ１３４－１～１３４－３、及びキュー１３５－０～１３５－７は、特に区別が必要ない場合は、キューグループ１３４、及びキュー１３５とも呼ばれ得る。
キューグループ１３４－２は、ネットワークスライス２に対応したグループ２のキューグループである。キューグループ１３４－３は、ネットワークスライス３に対応したグループ３のキューグループである。図３では図示を省略しているが、キューグループ１３４－２及び１３４－３も、同様に、対応するネットワークスライスのＱｏＳに制御における複数のクラスに対応したキュー１３５を有する。各キューグループ１３４において、各キューの長さは可変であってもよい。キューグループ１３４は、図１のキューグループ１３に対応する。キュー１３５は、図１のキュー１４に対応する。
振分部１３３は、解析部１３２における受信パケットの解析結果に従って、受信パケットを、複数のキューグループ１３４内のキュー１３５に振り分ける。振分部１３３は、例えば、識別されたネットワークスライスに対応するキューグループ１３４に含まれる、識別したクラスに対応するキュー１３５に、受信パケットを格納する。例えば、受信パケットが属するネットワークスライスがネットワークスライス１であると識別され、かつ、Ｌ２ Ｅｔｈｅｒｎｅｔフレームに含まれるＣｏＳの値が「１」であったとする。その場合、振分部１３３は、キューグループ１３４－１において、クラス１に対応するキュー１３５－１に受信パケットを格納する。振分部１３３は、図１の振分手段１６に対応する。
各ネットワークスライスに対応した転送機能部１２３は、対応するキューグループ１３４の各クラスに対応するキューから受信パケットを取得する。例えば、ネットワークスライス１に対応した転送機能部１２３－１は、キューグループ１３４－１に含まれるキュー１３５－０～１３５－７から所定のルールに従って受信パケットを取得する。転送機能部１２３は、取得した受信パケットに対して、ＱｏＳに応じたパケット転送処理を実施する。転送機能部１２３は、スマートＮＩＣ１０３を通じて、転送先のＡＮ２０１又はＤＮ２０４に、パケットを送信する。
次いで、動作手順を説明する。図８は、ＵＰＦ１０１における動作手順（ユーザデータ処理方法）を示す。ポート１３１は、ＡＮ２０１又はＤＮ２０４から受信パケットを受信する（ステップＳ１）。解析部１３２は、受信パケットをパースする。解析部１３２は、受信パケットが属するネットワークスライスを識別する（ステップＳ２）。解析部１３２は、ステップＳ２では、例えば図６に示されるテーブル、又は図７に示されるテーブルを使用して、ネットワークスライスを識別する。また、解析部１３２は、受信パケットのサービスのクラスを識別する（ステップＳ３）。
振分部１３３は、識別されたネットワークスライスに対応するキューグループ１３４の、識別されたクラスに対応するキュー１３５に受信パケットを格納する（ステップＳ４）。振分部１３３は、例えばネットワークスライスが「１」で、かつクラスが「０」の場合、キューグループ１３４－１のキュー１３５－０に、受信パケットを格納する。ステップＳ１からＳ４までの処理は、スマートＮＩＣ１０３において実施される、ネットワークインタフェースにおける方法に対応する。
各ネットワークスライスに対応するＵＰＦ機能部１２１の転送機能部１２３は、対応するキューグループ１３４のキュー１３５から受信パケットを取得する。転送機能部１２３は、受信パケットに対し、ＱｏＳに応じたパケット転送処理を実施する（ステップＳ５）。ステップＳ５において、ネットワークスライス１に対応する転送機能部１２３－１は、キューグループ１３４－１のキュー１３５から受信パケットを取得する。ネットワークスライス２に対応する転送機能部１２３－２は、キューグループ１３４－２のキュー１３５から受信パケットを取得する。ネットワークスライス３に対応する転送機能部１２３－３は、キューグループ１３４－３のキュー１３５から受信パケットを取得する。このようにすることで、各ネットワークスライスにおいて、独立にＱｏＳ制御が実施できる。
本実施形態では、解析部１３２は、受信パケットが属するネットワークスライス、及びＱｏＳにおけるクラスを識別する。振分部１３３は、識別されたネットワークスライスに対応するキューグループ１３４の、識別されたクラスに対応するキュー１３５に受信パケットを振り分ける。各ネットワークスライスにおいて、転送機能部１２３は、対応するキューグループ１３４のキュー１３５から受信パケットを取得し、ＱｏＳに応じたパケット転送処理を実施する。このようにすることで、１つのＵＰＦに、ネットワークスライスごとのＱｏＳを実現したＵ－Ｐｌａｎｅ通信を収容することができる。
本実施形態では、スマートＮＩＣ１０３を用いて、受信パケットが各ネットワークスライス及びＱｏＳにおけるクラスに対応したキュー１３５に振り分けられる。仮に、ＱｏＳにおけるクラスがＮＩＣにおいて識別されず、全てのクラスの受信パケットがネットワークスライスごとに単一のキューに到着順に格納されたとする。その場合、あるネットワークスライスにおいて、低優先のクラスの受信パケットでキューが埋まり、後に受信された優先度が高いクラスの受信パケットが転送機能部１２３に取得されるまでに時間がかかる可能性がある。本実施形態では、受信パケットが転送機能部１２３に到達する前に、受信パケットをネットワークスライス及びＱｏＳにおけるクラスごとに分離できる。このため、転送機能部１２３は、低優先のクラスの受信パケットがキュー１３５に格納されている場合でも、優先度が高いクラスの受信パケットを取得することができ、優先度が高いクラスの受信パケットに対して優先的にパケット転送処理を実行できる。
続いて、本開示の第２実施形態を説明する。図９は、本開示の第２実施形態に係るＵＰＦを示す。本実施形態に係るＵＰＦ１０１ａは、ＣＰＵ１０２ａとスマートＮＩＣ１０３ａとを有する。本実施形態において、複数の転送機能部の一部はスマートＮＩＣ１０３ａに配置され、残りの転送機能部は物理サーバ（ＣＰＵ１０２ａ）に配置される。スマートＮＩＣ１０３ａに配置される転送機能部は、トラヒック要件において最も低遅延が要求されるネットワークスライスに対応する転送機能部を含んでいてもよい。他の構成は、第１実施形態における構成と同様でよい。
ＣＰＵ１０２ａにおいて、例えばＵＲＬＬＣに対応したネットワークスライス１のＵＰＦ機能部１２１－１ａは、図３に示される第１実施形態におけるＵＰＦ機能部１２１－１の構成から転送機能部１２３－１が省かれた構成を有する。スマートＮＩＣ１０３ａは、図３に示される第１実施形態におけるスマートＮＩＣ１０３の構成に加えて、転送機能部１３６－１を有する。転送機能部１３６－１は、キューグループ１３４－１内のキュー１３５から受信パケットを取得し、パケット転送処理を実施する。ネットワークスライス１におけるパケット転送処理は、パケット転送処理がスマートＮＩＣ１０３ａにおいて実施される点を除けば、第１実施形態において転送機能部１２３－１が実施するパケット転送処理と同じでよい。
本実施形態では、転送機能部の一部がスマートＮＩＣ１０３ａに配置される。その場合、特定のネットワークスライスについては、パケットの転送をスマートＮＩＣ１０３ａ内で行うことができる。このため、ＣＰＵ１０２ａにおいてパケット転送処理を行う場合に比べて、パケット転送の遅延を低減できる。他の効果は、第１実施形態における効果と同様である。
上記各実施形態において、スマートＮＩＣ１０３内の各機能を実現させるためのプログラムは、様々なタイプの非一時的なコンピュータ可読媒体を用いて格納され、スマートＮＩＣ（例えばＦＰＧＡ）に供給することができる。非一時的なコンピュータ可読媒体は、様々なタイプの実体のある記憶媒体を含む。非一時的なコンピュータ可読媒体の例は、例えばフレキシブルディスク、磁気テープ、又はハードディスクなどの磁気記録媒体、例えば光磁気ディスクなどの光磁気記録媒体、ＣＤ（compact disc）、又はＤＶＤ（digital versatile disk）などの光ディスク媒体、及び、マスクＲＯＭ（Read Only Memory）、ＰＲＯＭ（programmable ROM）、ＥＰＲＯＭ（erasable PROM）、フラッシュＲＯＭ、又はＲＡＭ（Random Access Memory）などの半導体メモリを含む。また、プログラムは、様々なタイプの一時的なコンピュータ可読媒体を用いてスマートＮＩＣに供給されてもよい。一時的なコンピュータ可読媒体の例は、電気信号、光信号、及び電磁波を含む。一時的なコンピュータ可読媒体は、電線及び光ファイバなどの有線通信路、又は無線通信路を介して、プログラムをスマートＮＩＣに供給できる。
以上、本開示の実施形態を詳細に説明したが、本開示は、上記した実施形態に限定されるものではなく、本開示の趣旨を逸脱しない範囲で上記実施形態に対して変更や修正を加えたものも、本開示に含まれる。
例えば、上記の実施形態の一部又は全部は、以下の付記のようにも記載され得るが、以下には限られない。
［付記１］
複数のネットワークスライスに対応し、それぞれが対応するネットワークスライスにおいてＱｏＳ（Quality of Service）に応じたパケット転送処理を行う複数のデータ転送手段と、
物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及び前記ＱｏＳにおけるクラスを識別する識別手段と、
前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、前記複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分ける振分手段とを備え、
前記複数のデータ転送手段のそれぞれは、対応するキューグループの各クラスに対応するキューから前記受信パケットを取得し、該取得した受信パケットに対して前記ＱｏＳに応じたパケット転送処理を実施する、ユーザデータ処理装置。
複数のネットワークスライスに対応し、それぞれが対応するネットワークスライスにおいてＱｏＳ（Quality of Service）に応じたパケット転送処理を行う複数のデータ転送手段と、
物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及び前記ＱｏＳにおけるクラスを識別する識別手段と、
前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、前記複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分ける振分手段とを備え、
前記複数のデータ転送手段のそれぞれは、対応するキューグループの各クラスに対応するキューから前記受信パケットを取得し、該取得した受信パケットに対して前記ＱｏＳに応じたパケット転送処理を実施する、ユーザデータ処理装置。
［付記２］
前記識別手段は、前記受信パケットのうちの特定範囲を参照し、前記ネットワークスライスを識別する付記１に記載のユーザデータ処理装置。
前記識別手段は、前記受信パケットのうちの特定範囲を参照し、前記ネットワークスライスを識別する付記１に記載のユーザデータ処理装置。
［付記３］
前記識別手段は、前記受信パケットがＧＴＰ－Ｕ（GPRS (General Packet Radio Service) Tunneling Protocol for User Plane）パケットの場合、Ｌ２（Layer 2） ＥｔｈｅｒｎｅｔフレームからＧＴＰ－Ｕ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎまでの範囲を前記特定範囲として参照する付記２に記載のユーザデータ処理装置。
前記識別手段は、前記受信パケットがＧＴＰ－Ｕ（GPRS (General Packet Radio Service) Tunneling Protocol for User Plane）パケットの場合、Ｌ２（Layer 2） ＥｔｈｅｒｎｅｔフレームからＧＴＰ－Ｕ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎまでの範囲を前記特定範囲として参照する付記２に記載のユーザデータ処理装置。
［付記４］
前記識別手段は、前記受信パケットがＩＰ（Internet Protocol）パケットの場合、Ｌ２ ＥｔｈｅｒｎｅｔフレームからＬ３（Layer 3） ＩＰヘッダまでの範囲を前記特定範囲として参照する付記２又は３に記載のユーザデータ処理装置。
前記識別手段は、前記受信パケットがＩＰ（Internet Protocol）パケットの場合、Ｌ２ ＥｔｈｅｒｎｅｔフレームからＬ３（Layer 3） ＩＰヘッダまでの範囲を前記特定範囲として参照する付記２又は３に記載のユーザデータ処理装置。
［付記５］
前記識別手段は、前記ネットワークスライスと、振分キーとを対応付けて記憶するテーブルを参照し、前記受信パケットが前記振分キーとして指定された値又は種別を含む場合、該振分キーに対応するネットワークスライスを、前記受信パケットが属するネットワークスライスとして識別する付記１から４何れか１つに記載のユーザデータ処理装置。
前記識別手段は、前記ネットワークスライスと、振分キーとを対応付けて記憶するテーブルを参照し、前記受信パケットが前記振分キーとして指定された値又は種別を含む場合、該振分キーに対応するネットワークスライスを、前記受信パケットが属するネットワークスライスとして識別する付記１から４何れか１つに記載のユーザデータ処理装置。
［付記６］
前記振分キーは、前記受信パケットにおける複数のフィールドの値又は種別を含む付記５に記載のユーザデータ処理装置。
前記振分キーは、前記受信パケットにおける複数のフィールドの値又は種別を含む付記５に記載のユーザデータ処理装置。
［付記７］
前記識別手段及び前記振分手段は、物理サーバに搭載されるネットワークインタフェースに配置される付記１から６何れか１つに記載のユーザデータ処理装置。
前記識別手段及び前記振分手段は、物理サーバに搭載されるネットワークインタフェースに配置される付記１から６何れか１つに記載のユーザデータ処理装置。
［付記８］
前記複数のデータ転送手段は前記物理サーバに配置される付記７に記載のユーザデータ処理装置。
前記複数のデータ転送手段は前記物理サーバに配置される付記７に記載のユーザデータ処理装置。
［付記９］
前記複数のデータ転送手段の一部は前記ネットワークインタフェースに配置され、前記複数のデータ転送手段の残りは前記物理サーバに配置される付記７に記載のユーザデータ処理装置。
前記複数のデータ転送手段の一部は前記ネットワークインタフェースに配置され、前記複数のデータ転送手段の残りは前記物理サーバに配置される付記７に記載のユーザデータ処理装置。
［付記１０］
前記ネットワークインタフェースに配置されるデータ転送手段は、トラヒック要件において最も低遅延が要求されるネットワークスライスに対応するデータ転送手段を含む付記９に記載のユーザデータ処理装置。
前記ネットワークインタフェースに配置されるデータ転送手段は、トラヒック要件において最も低遅延が要求されるネットワークスライスに対応するデータ転送手段を含む付記９に記載のユーザデータ処理装置。
［付記１１］
前記識別手段は、前記受信パケットに含まれるＣｏＳ（Class of Service）値に基づいて、前記クラスを識別する付記１から１０何れか１つに記載のユーザデータ処理装置。
前記識別手段は、前記受信パケットに含まれるＣｏＳ（Class of Service）値に基づいて、前記クラスを識別する付記１から１０何れか１つに記載のユーザデータ処理装置。
［付記１２］
前記振分手段は、前記識別されたネットワークスライスに対応するキューグループに含まれる、前記識別されたクラスに対応するキューに、前記受信パケットを振り分ける付記１から１１何れか１つに記載のユーザデータ処理装置。
前記振分手段は、前記識別されたネットワークスライスに対応するキューグループに含まれる、前記識別されたクラスに対応するキューに、前記受信パケットを振り分ける付記１から１１何れか１つに記載のユーザデータ処理装置。
［付記１３］
前記キューグループにおいて、前記複数のキューの長さは可変である付記１から１２何れか１つに記載のユーザデータ処理装置。
前記キューグループにおいて、前記複数のキューの長さは可変である付記１から１２何れか１つに記載のユーザデータ処理装置。
［付記１４］
前記複数のデータ転送手段のそれぞれは、対応するネットワークスライスに要求されるトラヒック要件を満たすパケット転送機能を提供する付記１から１３何れか１つに記載のユーザデータ処理装置。
前記複数のデータ転送手段のそれぞれは、対応するネットワークスライスに要求されるトラヒック要件を満たすパケット転送機能を提供する付記１から１３何れか１つに記載のユーザデータ処理装置。
［付記１５］
物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及びＱｏＳ（Quality of Service）におけるクラスを識別する識別手段と、
前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分ける振分手段とを備えるネットワークインタフェース。
物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及びＱｏＳ（Quality of Service）におけるクラスを識別する識別手段と、
前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分ける振分手段とを備えるネットワークインタフェース。
［付記１６］
前記識別手段は、前記受信パケットのうちの特定範囲を参照し、前記ネットワークスライスを識別する付記１５に記載のネットワークインタフェース。
前記識別手段は、前記受信パケットのうちの特定範囲を参照し、前記ネットワークスライスを識別する付記１５に記載のネットワークインタフェース。
［付記１７］
前記識別手段は、前記受信パケットに含まれるＣｏＳ（Class of Service）値に基づいて、前記クラスを識別する付記１５又は１６に記載のネットワークインタフェース。
前記識別手段は、前記受信パケットに含まれるＣｏＳ（Class of Service）値に基づいて、前記クラスを識別する付記１５又は１６に記載のネットワークインタフェース。
［付記１８］
前記振分手段は、前記識別されたネットワークスライスに対応するキューグループに含まれる、前記識別されたクラスに対応するキューに、前記受信パケットを振り分ける付記１５から１７何れか１つに記載のネットワークインタフェース。
前記振分手段は、前記識別されたネットワークスライスに対応するキューグループに含まれる、前記識別されたクラスに対応するキューに、前記受信パケットを振り分ける付記１５から１７何れか１つに記載のネットワークインタフェース。
［付記１９］
物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及びＱｏＳ（Quality of Service）におけるクラスを識別し、
前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分け、
各ネットワークスライスにおいて、対応するキューグループの各クラスに対応するキューから前記受信パケットを取得し、該取得した受信パケットに対して前記ＱｏＳに応じたパケット転送処理を実施するユーザデータ処理方法。
物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及びＱｏＳ（Quality of Service）におけるクラスを識別し、
前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分け、
各ネットワークスライスにおいて、対応するキューグループの各クラスに対応するキューから前記受信パケットを取得し、該取得した受信パケットに対して前記ＱｏＳに応じたパケット転送処理を実施するユーザデータ処理方法。
［付記２０］
物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及びＱｏＳ（Quality of Service）におけるクラスを識別し、
前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分けるネットワークインタフェースにおける方法。
物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及びＱｏＳ（Quality of Service）におけるクラスを識別し、
前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分けるネットワークインタフェースにおける方法。
［付記２１］
物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及びＱｏＳ（Quality of Service）におけるクラスを識別し、
前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分ける処理をネットワークインタフェースに実行させるためのプログラム。
物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及びＱｏＳ（Quality of Service）におけるクラスを識別し、
前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分ける処理をネットワークインタフェースに実行させるためのプログラム。
１０：ユーザデータ処理装置
１１：データ転送手段
１２：キュー群
１３：キューグループ
１４：キュー
１５：識別手段
１６：振分手段
１００：ネットワークシステム
１０１：ＵＰＦ
１０２：ＣＰＵ
１０３：スマートＮＩＣ
１２１：ＵＰＦ機能部
１２２：コントローラ
１２３：転送機能部
１３１：ポート
１３２：解析部
１３３：振分部
１３４：キューグループ
１３５：キュー
１３６：転送機能部
２００：ＵＥ
２０１：ＡＮ
２０２：ＡＭＦ
２０３：ＳＭＦ
２０４：ＤＮ
１１：データ転送手段
１２：キュー群
１３：キューグループ
１４：キュー
１５：識別手段
１６：振分手段
１００：ネットワークシステム
１０１：ＵＰＦ
１０２：ＣＰＵ
１０３：スマートＮＩＣ
１２１：ＵＰＦ機能部
１２２：コントローラ
１２３：転送機能部
１３１：ポート
１３２：解析部
１３３：振分部
１３４：キューグループ
１３５：キュー
１３６：転送機能部
２００：ＵＥ
２０１：ＡＮ
２０２：ＡＭＦ
２０３：ＳＭＦ
２０４：ＤＮ
Claims (8)
- 複数のネットワークスライスに対応し、それぞれが対応するネットワークスライスにおいてＱｏＳ（Quality of Service）に応じたパケット転送処理を行う複数のデータ転送手段と、
物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及び前記ＱｏＳにおけるクラスを識別する識別手段と、
前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、前記複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分ける振分手段とを備え、
前記複数のデータ転送手段のそれぞれは、対応するキューグループの各クラスに対応するキューから前記受信パケットを取得し、該取得した受信パケットに対して前記ＱｏＳに応じたパケット転送処理を実施し、
前記識別手段は、前記受信パケットのうちの特定範囲を参照し、前記ネットワークスライスを識別し、前記受信パケットがＧＴＰ－Ｕ（GPRS (General Packet Radio Service) Tunneling Protocol for User Plane）パケットの場合、Ｌ２（Layer 2） ＥｔｈｅｒｎｅｔフレームからＧＴＰ－Ｕ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎまでの範囲を前記特定範囲として参照する、ユーザデータ処理装置。 - 前記識別手段は、前記受信パケットがＩＰ（Internet Protocol）パケットの場合、Ｌ２ ＥｔｈｅｒｎｅｔフレームからＬ３（Layer 3） ＩＰヘッダまでの範囲を前記特定範囲として参照する請求項１に記載のユーザデータ処理装置。
- 前記識別手段は、前記ネットワークスライスと、振分キーとを対応付けて記憶するテーブルを参照し、前記受信パケットが前記振分キーとして指定された値又は種別を含む場合、該振分キーに対応するネットワークスライスを、前記受信パケットが属するネットワークスライスとして識別する請求項１又は２に記載のユーザデータ処理装置。
- 前記識別手段及び前記振分手段は、物理サーバに搭載されるネットワークインタフェースに配置され、
前記複数のデータ転送手段の一部は前記ネットワークインタフェースに配置され、前記複数のデータ転送手段の残りは前記物理サーバに配置される請求項１から３何れか１項に記載のユーザデータ処理装置。 - 前記識別手段は、前記受信パケットに含まれるＣｏＳ（Class of Service）値に基づいて、前記クラスを識別する請求項１から４何れか１項に記載のユーザデータ処理装置。
- 前記振分手段は、前記識別されたネットワークスライスに対応するキューグループに含まれる、前記識別されたクラスに対応するキューに、前記受信パケットを振り分ける請求項１から５何れか１項に記載のユーザデータ処理装置。
- 物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及びＱｏＳ（Quality of Service）におけるクラスを識別する識別手段と、
前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分ける振分手段とを備え、
前記識別手段は、前記受信パケットのうちの特定範囲を参照し、前記ネットワークスライスを識別し、前記受信パケットがＧＴＰ－Ｕ（GPRS (General Packet Radio Service) Tunneling Protocol for User Plane）パケットの場合、Ｌ２（Layer 2） ＥｔｈｅｒｎｅｔフレームからＧＴＰ－Ｕ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎまでの範囲を前記特定範囲として参照するネットワークインタフェース。 - 物理ポートを介して受信された受信パケットを解析し、該受信パケットが属するネットワークスライス、及びＱｏＳ（Quality of Service）におけるクラスを識別し、
前記受信パケットの解析結果に従って、該受信パケットを、複数のネットワークスライスに対応する複数のキューグループを有し、かつ各キューグループが前記ＱｏＳにおける複数のクラスに対応する複数のキューを含むキュー群に振り分け、
各ネットワークスライスにおいて、対応するキューグループの各クラスに対応するキューから前記受信パケットを取得し、該取得した受信パケットに対して前記ＱｏＳに応じたパケット転送処理を実施することを有し、
前記ネットワークスライスを識別することは、記受信パケットのうちの特定範囲を参照し、前記ネットワークスライスを識別することを含み、前記受信パケットがＧＴＰ－Ｕ（GPRS (General Packet Radio Service) Tunneling Protocol for User Plane）パケットの場合、Ｌ２（Layer 2） ＥｔｈｅｒｎｅｔフレームからＧＴＰ－Ｕ Ｅｘｔｅｎｓｉｏｎまでの範囲を前記特定範囲として参照する、ユーザデータ処理方法。
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| JP2021170729A (ja) | 2021-10-28 |
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