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ネットワーク仮想化プロジェクトの成果と今後の展開
中尾彰宏2016/1/20
新世代ネットワーク推進フォーラム総会
1
NICTネットワーク仮想化委託研究(2011-2014)
（出典：NICT課題149委託研究 公募資料）
サービスA向け仮想ネットワーク
課題ア：統合管理型ネットワーク仮想化基盤技術の研究開発
課題ウ：新世代ネットワークアプリケーションの研究開発
ネットワーク内にある各種リソースを利⽤し、これまでのインターネットでは実現困難であった新世代ネットワーク時代に出現する代表的なネットワークアプリケーションを開発
サービスB向け仮想ネットワーク
サービスC向け仮想ネットワーク
ネットワークサービス管理
新世代センサーネットワークアプリケーション
新世代コンテンツ配信アプリケーション
新世代トラスタブルネットワークアプリケーション
超低消費電⼒指向ネットワークアプリケーション
新世代付加価値提供アプリケーション
課題イ：サービス合成可能なネットワークプラットフォームの研究開発
ネットワークサービス仮想統合管理
サービスコンポーネント管理・実⾏
サービスプログラミング
データ複製
認証 放送モニタリング キャッ
シュ 圧縮 暗号化 位置情報
統計 QoS
仮想化GWネットワークサービス管理仮想化ノード 仮想化GW サーバ
電気パケットネットワーク
電気パケットネットワーク
光パスネットワーク
光パスネットワーク
計算機資源
ストレージ資源
ストレージ資源
計算機資源
仮想化GW
クラウド
仮想化GW 端末
ネットワーク仮想化基盤
仮想化ノード
仮想化ノード 仮想化ノード
サービスごとにカスタマイズされた複数⽅式のネットワークを同時に提供し、安全性・信頼性・柔軟性等を⼤幅に⾼めつつ、⾼機能化、⼤容量化、及び超低消費電⼒化を実現する新世代のネットワーク仮想化基盤を開発
ネットワーク仮想化基盤が提供するサービス部品を組み合わせて利活⽤することで、様々なアプリケーションを開発・実⾏できるようにするサービスプラットフォームを開発
ネットワークプラットフォーム
■ 課題ア・イ・ウの位置づけ
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仮想化ノード（VNode/FLARE）のシステム全体図
光インフラ網
仮想化ノード管理装置
クラウド
NWスライス収容
アクセスゲートウェイ（AGW）
アクセスポイント仮想化
エッジ端末仮想化（NEC）・仮想化ノードスライスのエッジエリア（無線ＮＷ及び無線端末）への延伸・複数無線ＮＷ上でのスライス構築
仮想化ノード（プログラマ＋リダイレクタ）
エッジNW仮想化（FLARE）
光インフラ管理装置
アクセスゲートウェイ（富⼠通）・プログラマとゲートウェイの⼀体提供・ネットワークエッジでのプログラマビリティ活⽤の検討・ゲートウェイのスケ―ラビリティ
エッジNW仮想化（東⼤）・仮想マシンクラスター・エッジ端末エミュレーション・仮想マシンのスライス多重・分離技術・無線アクセスポイントのネットワーク仮想化 仮想化ノード
プログラマ（NEC）・⾼いI/Oパフォーマンスとプログラマビリティの両⽴・プロトコルに依存しない実験環境の提供リダイレクタ（⽇⽴）・NWリソースアイソレーション・インフラのプログラマビリティ
NW仮想化基盤管理（NTT）・既存インフラ（トランスポート）と仮想NWとの連携管理・スライス計測によるスライス状態のフィードバック・仮想NWのオペレーション、運⽤ノウハウ・ベンチマーク開発
全体アーキテクチャ（東⼤）・コア/エッジ統合ネットワーク仮想化・軽量化エッジネットワーク仮想化ノード〜FLAREの開発・Deeply Programmabilityの追求
異なる機能や構成を持つ複数のネットワークを独⽴に同時に⼀つの物理ネットワーク上に構築するネットワーク分離(Isolation）と、コンポーネントを⾃在に組み合わせて利⽤できるプログラム性(Programmability) の機能を有する、仮想ネットワークの実⾏基盤の実現を⽬指す
課題ア
3
NICT委託研究149 ：「新世代ネットワークを⽀えるネットワーク仮想化基盤技術の研究開発」
課題ア 課題ウ
NTT
東京⼤学
⽇⽴
NEC
富⼠通
KDDI研
東京⼤学
NEC
⽇⽴
課題アSteering Committee (SC)
課題ア推進WG
⽬的：課題アの研究開発推進に関わる調整、 仕様整理、課題整理メンバ： 参加企業
⽬的：⽅針決定、調停メンバ： 参加者の実施責任者、アドバイザ
⽬的：仮想化基盤に関わる研究課題を議論、 各課題へのフィードバック
四半期＋アドホック
隔週
他の課題との議論の場としても活⽤
NW仮想化研究WG 毎週
課題ア・イ連携会議
課題ア・イ・ウ委託推進会議
毎⽉＋アドホック
四半期
課題イ
<実施回数> H23年度：13回 H24年度：19回 H25年度：20回 H26年度：11回
<実施回数> H23年度：18回 H24年度：35回 H25年度：39回 H26年度：35回
<実施回数> H23年度：3回 H24年度：1回
<実施回数> H24年度：9回 H25年度：4回 H26年度：4回
■ 開発体制と課題間連携会議の構成
NICTネットワーク仮想化委託研究研究開発体制
4
（参考）委託研究課題ア 打ち合わせ実施回数
研究WG2011年18回2012年35回2013年39回2014年35回
推進WG2011年13回2012年19回2013年20回2014年11回
127回 63回5
H23年度 H24年度 H25年度 H26年度
⽬標
• 全体アーキテクチャの確⽴
• リソースアイソレーションの基本構成
• プログラム性と性能を両⽴するプログラマ構成法
• アクセスゲートウェイの⾼速化
• トランスポートNWと仮想NWとの連携管理
• エッジNW向け軽量化仮想化ノードの実現
• アクセスゲートウェイへのプログラマビリティ導⼊
• スライス測定技術の確⽴
• エッジ端末でのNW仮想化制御技術の確⽴
• アクセスゲートウェイのスケーラビリティ
• スライス計測結果からのリソースの動的変更
• 海外連携したテストベットの相互利⽤
• 外部情報発信・ユーザサポート
• 研究成果のJGN-X展開• JGN-Xでの統合実験• 多数ノードを⽤いた性
能検証• 複数の他仮想化⽅式と
の相互接続、ベンチマーク評価
達成点
• プログラマ・リダイレクタ分離ノードアーキテクチャ
• 緻密なリソースアイソレーション
• アクセスゲートウェイの収容多様化、⾼速化（10G化）
• トランスポートネットワーク制御との連携管理
• FLAREの開発・実証• プログラマ⾼速化
（10G化）• プログラマとゲート
ウェイの⼀体提供検討• ⾼精度スライス測定シ
ステムの開発• ⽶国仮想化テストベッ
ドGENIとの相互接続検討
• 研究開発成果のJGN-X展開（β版）
• 動的リソース変更• AGW-VNode開発• エッジ端末NW仮想化
制御の設計• 標準化（ITU-T），
Whitepaper公開• GENIとの相互接続実
験
• 研究成果のJGN-X展開• JGN-Xでの統合実験• 多数ノードを⽤いた性
能検証• 複数の他仮想化⽅式と
の相互接続、ベンチマーク評価
• GENIとの相互接続実験
これまで得られた成果（特許出願や論⽂発表等） 国内出願 外国出願 研究論⽂ その他研究発表 標準化提案 プレスリリース
報道 展⽰会 受賞・表彰
新世代ネットワークを⽀えるネットワーク仮想化基盤技術の研究開発
30 11 7 119 7 14 46 1
NICTネットワーク仮想化委託研究 成果
6
BestPaperAward
7
日米ネットワーク仮想化研究時系列
2008仮想化ノード共同研究（NICT/Utokyo/NTT/NEC/Hitachi/Fujitsu）
2011仮想化ノード委託研究(Utokyo/NTT/NEC/Hitachi/Fujitsu/KDDI)
2014仮想化ノード委託研究最終年度
2008GENIKickOff($12M29insWtuWons)
2009GEC4(Mar)GEC5(Jul)GEC6(Nov)
2010GEC7(Mar)GEC8(Jul)GEC9(Nov)
2011GEC10(Mar)GEC11(Jul)GEC12(Nov)
2012GEC13(Mar)GEC14(Jul)GEC15(Nov)
2013GEC16(Mar)GEC17(Jul)GEC18(Nov)
plenary
plenary
2014GEC19(Mar)GEC20(Jul)GEC21(Nov)
2015GEC22(Mar)GEC23(Jul)GEC24(Nov)
plenary
BestDemo
NFVSDN
Japan US Worldwide
2002-PlanetLab
8
国際連携⽶国GENIだけでなく欧州のネットワーク仮想化プロジェクトとも連携し、世界的なネットワーク仮想化テストベッドの相互接続を推進⇒ 国際接続実験プロジェクト（Slice Around the World）の推進⇒ 相互接続⽅式検討（International Federation）：テレコンによる議論の実施
⽇本（VNode） ⽶国（GENI）欧州（Federica, OFELIA,
OpenLab, Fed4FIRE, OneLab)
Partitioning GRE Tunnel VLAN VLAN(Federica)
Programmability L2以上のDeep Programmability
L3以上のDeep Programmability
Control Plane(Openflowベース)(OFELIA)
Federation Architecture
Slice Exchange Points ProtoGENI AM API SFA API(OneLab)
その他の特徴
Resource Isolationをサポート仮想ノードとしてNetwork Processorも利⽤可能
後発のGENI RackはVNodeを参考にしたと思われる
いろいろなテストベッドを結合(Openlab)
各国の仮想化テストベッドの特徴
9
10
VNode (JGN-X)
GK
SEP
GW
Trans Pacific VLANs
Fed4FIRE
Control Servers
VNode API
NS
NS
NS
NS
Link Sliver GRE
Europe AM
AM API
GRE
SEP core
GK19
GK Utah AM
NS
NS
NS
NS
Link Sliver
AM API
GK
NS
NS
NS
NS
Link Sliver
University of Utah
VLAN
Japan
Europe
Cross-domain Data Plane
Developer (Experimenter)
Common API
Common API
Common APIProtoGENI
USA
SEP(Slice Excnange Point)を介した北⽶（ProtoGENI）、欧州（Fed4FIRE）、⽇本（VNode）の３ドメイン相互接続実験
GEC22 ⽇⽶欧相互接続実験（課題ア、イ 連携）
世界を牽引するテレコムオペレータにより、2012年11月 に設立されたネットワーク機能の仮想化を議論する団体
ETSI ISG NFV
• 37 の通信事業者を含む 230 を超えるテレコム企業及びＩＴ企業が参加し標準仕様の議論
• ２０１６年３月にインタフェースの標準仕様が発行される予定
設立提案メンバ
2013 2014 2015 2016
Phase 1○オペレータの要求条件の集約○提供可能な標準のビジョン作り
○オープンなエコシステムを作る技術要件の開拓
Phase 2○相互接続を可能にする
標準仕様の策定
▲(10/2013) 基本勧告の発行
▲(01/2015) Phase 1全勧告の発行
▲(11/2012) 設立
2015/9 電子情報通信学会総合大会 BT-3 仮想化技術の本格導入を見据えた運用管理の自動化技術 （NTT 清水氏資料）
Network Functions Virtualisation
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Sliceable Software Defined Data Planes
Control-Plane Elements
Network Applications
Programmable Data-Plane Elements
Applications
Control Plane
Data Plane
North-Bound Interface (NBI)
Publish API
Programmable Data-Plane Elements Programmable Data-Plane Elements Programmable Data-Plane Elements
Slices
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国内研究開発の連携・相乗による進化
DataPlaneProgrammabilityInNodeComplexProcessing
(VNode)
ControlPlaneProgrammabilityObjectBase(O3Project)
DataPlaneProgrammabilityInNetworkComplexProcessing
(FLARE)
ControlPlaneProgrammabilityProcedureBase
(SDN)
ControlPlaneProgrammabilityMachineBase(OpenFlow)
5G/IoTonSDN/NFV
5GMF(NetworkSo_warizaWon)
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NetworkSo_warizaWonに関わる国内技術開発関係マップ
DeepDataPlaneProgrammability
ForIoT
ExtremeEdgeNFVforIoT NFV
SDN
O3ProjectODENOSLagopus
5GMFNetworkSoIwarizaKon(IoT,M2M,Content,ICN/CCN)
VNodeProject
FLAREProject
ControlPlaneProgrammability
ICNProject(s)
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ネットワーク仮想化プロジェクトの成果まとめ
• 早期よりネットワーク仮想化の重要性を提唱– GENIと同時期・一部技術は我が国が先行
• SDNとNFVを組み合わせた柔軟なプログラマブル通信基盤を早期(2008年)に提唱し研究開発・運用まで遂行
• 代表的なプロジェクトの国際的なVisibilityを確立– VNode– FLARE
• 海外（米国・欧州）との密な連携• 標準化勧告 • 研究開発から事業化へ
– （株）FLARENETWORKSの設立
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FLARE成果まとめ• Performanceと EasyProgrammabilityとLowCostを実現
– ToyBlockNetworking– OSSを簡単に取り込みBlockとして表現可能– IA上64Bショートパケットで80Gbps超スイッチング処理実現
• DeepProgrammabilityの実現– L2以上のCleanSlateDeepProgrammingをbaremetalで実現– POF,P4に2年以上先行し研究開発
• ネットワークノードの仮想化（Slice）による独立の複数ロジックを実現
• 商用化
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P4:PatBosshart,DanDaly,MarWnIzzard,NickMcKeown,JenniferRexford,ColeSchlesinger,DanTalayco,AminVahdat,GeorgeVarghese,DavidWalker,“ProgrammingProtocol-IndependentPacketProcessors”,hgp://arxiv.org/abs/1312.1719FLAREFLARE:Nakao,Akihiro."So_ware-defineddataplaneenhancingSDNandNFV."IEICETransacWonsonCommunicaWons98.1(2015):12-19.POF:HaoyuSong,“Protocol-obliviousforwarding:unleashthepowerofSDNthroughafuture-proofforwardingplane,”HotSDN’13,pp.127-132,Aug.2013
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Toy-Block Networking GUI
500+ Network Functions
Drag & Drop & Connect
Data Plane Slice (LXC on NPU)
Lagopus element
（参考）FLARENode商用網における実証実験
1.A社• 実証実験期間 :2014/11/20より現在まで• 端末数 :アンドロイド端末 59台• エンドユーザー :本学学生・教職員• 可用性(Availability):99.8%(2015/8/30大学• における予定停電と 2015/10/20MNOにおける設定変更に起因するもので障害
ではない）• トラフィック量 :約 1.7テラバイト (平均約 4.2GB/日)2.B社• 実証実験期間 :2015/9/18より現在まで• 端末数 :IoTゲートウェイ 262台• エンドユーザー :公共交通機関• 可用性(Availability):100%(現在まで）• トラフィック量平均約 6GB/日 3.C,D社は現在準備中
MVNOでの利用
（2016/3電子情報通信学会 総合大会で発表予定） 29
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End-to-End Programmable Network
スマホ
モバイル網
TheInternet
MNO網
インターネット
ゲートウェイ
MVNO網
仮想移動体通信事業者（かそういどうたいつうしんじぎょうしゃ、Mobile Virtual Network Operator, MVNO）は、携帯電話やPHSなどの物理的な移動体回線網を自社では持たないで、実際に保有する他の事業者から借りて（再販を受けて）、自社ブランドで通信サービスを行う事業者のこと。 自社網をMVNO事業者に提供する側を、移動体通信事業者（MNO）と呼ぶ。
http://ja.wikipedia.org/wiki/仮想移動体通信事業者
スマホ
モバイル網
PacketMarking
TheInternetFLARE（東大開発プログラマブルネットワーク機器)
ヘッダー ペイロード
アプリ・デバイスの情報を (最初の)パケットのトレイラｰに付加
トレイラｰ
この部分に情報を付加
スマートフォン（ウェアラブル・M2M機器にも適用可）
ヘッダー ペイロード
トライラーを取り出しヘッダーとアプリ・デバイス情報をマッピング 同じ通信は同一ヘッダーを持つのでヘッダーを元に通信制御実施
FLARE（プログラマブルノード）
Header Payload
ヘッダーに基づく通信制御を実施
制御装置
従来技術の問題 通常パケット自体からは、どのアプリからからパケットが 発せられたかは「正確には」把握できない。 （通信の秘密の制限, 暗号化などにより情報取得が困難） 新規技術 プライバシーは保護しながらスマホからアプリの情報を提供し ネットワーク機器上でそれを検出・通信制御に役立てる
LTE キャリア網 (NTT Docomo)
Software Defined Data Plane
制御装置(So_ware-DefinedNetworkController)
インターネット
ゲートウェイ
MVNO網（東大実験網）
パケット
トレイラｰ除去
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AWG-18, Kyoto, Japan
RRH
エンド・ツー・エンド通信の遅延モデル
User Equipment
BBU S-GW P-GW
Control (MME, PCRF, etc)
MFH MBH Transport
Mobile Network Server
Radio IF
Platform
Application (Incl. Sensors)
Network IF
Platform
Application
UpwardsDownwards
MFH (Mobile FrontHaul) MBH (Mobile BackHaul) MME (Mobility Management Entity) PCRF (Policy and Charging Rule Function)
RRH (Remote Radio Head) BBU (Base Band Unit) S-GW (Serving Gateway) P-GW (Packet Data Network Gateway)
Inter-Domain NetworkRadio IF
①
②
③
④
⑤
⑥
⑦
⑧
⑨
⑩
⑪
One way latency defined in 5G: ②＋③＋④＋⑤
SDN
NFV IoT
5GMachineLearning“ThinkingNetwork”
今後の方向性
Apps
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