cisco connect€¦ · gsm / umts sgsn, ggsn lte mme, sgw, pgw/lma, ... compute network storage...

CiscoConnectМосква, 2017

Цифровизация: здесь и сейчас

Виртуализация в опорной сети мобильного оператора

Евгений Митрушин

Системный инженер

© 2017 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.

Содержание

• Общие сведения о технологии и предпосылки рынка

• Обзор возможностей Cisco StarOS в опорной сети

• Ultra Service Platform – виртуализированная экосистема для операторов

• Ultra – M – виртуализация из коробки

• Ultra-готовность к новым вызовам

Cisco Connect 2017 © 2017 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved. 03

Общие сведения о технологии и предпосылки рынка


Что есть виртуализация


Виртуализация – запуск приложения или операционной системы целиком в некотором изолированном пространстве. Окружение гостевого приложения может частично или полностью скрывать аппаратные и программные ресурсы, осуществлять управление и контроль над такими сущностями.

Основные подходы:

• Изоляция

• Контейнеры

• Гипервизоры

Виртуализация сетевой функции – подход, позволяющий запускать специфические сетевые приложения – маршрутизаторы, балансировщики, специфические функции мобильной сети и др. – на обычных серверах, применяемых в IT дата центрах.

Предпосылки к виртуализации сетевых функций


1. Постоянное умощнение x86 серверов с одновременным падением их стоимости. Производительности процессоров стало хватать, чтобы запустить практически любую функцию в гипервизоре.

2. Развитие программных продуктов – операционных систем, гипервизоров, систем автоматизации – привело к тому, что управление виртуализированнымисущностями переходит из разряда «только для гиков» в разряд «нажми на кнопку – получишь результат».

3. Операторы сталкиваются с огромной проблемой, которую все труднее решить специализированным оборудованием – рост числа клиентов с очень специфичными требованиями к сервису, трафику, качеству.

4. Быстрое развертывание функций на x86 оборудовании сокращает время готовности сервиса.

Применимость виртуализации в мобильном операторе


Абоненты, их услуги и политики

Обработка сессий и

мобильностиСервисные

цепочки

Транспортная сеть

Обработка трафика

Приложения

(IMS, OTT, WEB, Portals,

M2M AS…)

vRAN

Трудности на пути к виртуализации


1. Большое количество сетевых функций – большой труд по развертыванию, контролю и удалению. Как контролировать жизненный цикл функции?

2. Как эффективно и быстро организовать сетевые подключения между функциями?

3. Как масштабировать элементы, желательно в зависимости от текущих условий?

4. Как контролировать жизненный цикл сервиса, который строится на нескольких функциях?

Вывод – для того, чтобы виртуализацию можно было использовать в сетях мобильного оператора, необходима дополнительная инфраструктура, обеспечивающая жизненный цикл элементов/функций и сервисов в целом.

ETSI NFV MANO – ключ к дверям в мир виртуализации для операторов


Оркестрация сервисов и функций

Жизненный цикл функций

Развертывание функций и сетевых подключений

Обзор возможностей Cisco StarOS в опорной сети


Возможности StarOS


19.04.2017 © 2015 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.

11

Аппаратные Платформы

Встроенные (In-line) сервисы

Packet Inspection – SPI/DPI

Content Filtering –Integrated or ICAP based

Integrated Policy and Charging Enforcement (PCEF)

Network Address Translation (NAT)

Enhanced Charging (Multiple Charging Records)

Application Detection and Control (P2P)

HTTP Header Enrichment and Encryption

Tethering Detection

Statefull Firewall (SFW)

URL Blacklisting

Mobile Video Gateway

DNS Snooping

IMSP-CSCF, I-CSCF, S-CSCF,

E-CSCF, A-BG

Применение политик и правил тарификации (PCEF) на

внешней платформе – IPSG

Сетевое УправлениеАварии, статистика,

мониторинг

Специализированные платформы

ASR 5500Cisco UCS / COTS HW

Cisco Ultra Service Platform

GSM / UMTSSGSN, GGSN

LTEMME, SGW, PGW/LMA,

SAEGW

Small Cell GatewayH(e)NBGW, SaMOG GW, ePDG

CDMA, WiMAXPDSN, HA, HSGW,

ASNGW

Сетевые Функции

StarOS в опорной сети 4G

StarOS в опорной сети 2G/3G


На пути к виртуализации. VPC-DI


На основе кода StarOS Cisco создала продукты с возможностью масштабирования, готовые к запуску на x86 серверах. Решение, которое концептуально повторяет архитектуру ASR 5x00 и способно масштабироваться за пределы сервера, назвали VPC Distributed Instance. Оно легло в основу следующих продуктов:

• ASR 5700 – фиксированная конфигурация на серверах Cisco UCS B Series, без инструментов виртуализации, предназначенная для замены ASR 5000.

• Ultra Services Platform (USP) – набор NFV и средств управления, удовлетворяющий концепции ETSI MANO. Готов к развертыванию на NFVIразличных производителей.

• Ultra-M – компромиссный вариант, удовлетворяющий MANO, но использующий NFVI Cisco для снижения расходов и рисков заказчика.

Основные блоки VPC-DI


PSC SF

SMC CF

“…служит основным контроллером всей системы, отвечает за ее инициализацию и загрузку образа ПО и конфигурации в остальные платы шасси…”

“…выполняют обработку пакетов сессий и их коммутацию…”

Control Function

Serving Function

На пути к виртуализации. VPC-SI


Несколько лет назад Cisco имела в портфеле очень специфический коммерческий продукт XT2. По сути это немасштабируемый экземпляр StarOS, который устанавливался и выполнялся на x86 платформе – обычный рековый сервер – в качестве основной операционной системы.

Очевидно, что поддерживать линейку билдов ОС для серверов, даже и ограниченной номенклатуры, представлялось чрезвычайно трудным: невозможно было гарантировать параметры сетевой функции, если заменят, например, модуль памяти или даже процессор на более мощный. С другой стороны, аппаратная начинка такого сервера устаревала еще до того, как сервер попадал на сайт. На фоне чрезвычайного успеха платформы ASR 5000 и бурного роста рынка серверов, проект XT2 был «положен на полку».

Но тут появились стабильные, надежные, недорогие в обслуживании, понятные гипервизоры. XT2 стали устанавливать разработчики на серверы или даже рабочие лептопы для тестирования функций StarOS, которые потом имплементировались на ASR 5000 особо не заботясь об аппаратной конфигурации.

Через некоторое время Cisco Systems приняла решение выпустить эту конструкцию на рынок под названием VPC Single Instance

VPC-DI


1+1 CF VM

N активных SF VM для обслуживания сессий

1 SF VM для выполнения функции “демультиплексирования”

1 SF VM в режиме ожидания для сохранения сессий при выходе из строя любой активной SF VM (session recovery)

VPC-SI


Одна виртуальная машина – одна StarOS

Устойчивость сессий обеспечивается как внутри VM, так и с помощью механизмов ICSR

Предназначен для быстрого развертывания специфических малопредсказуемых сервисов, например отдельный PGW может быть закреплен за конкретным заказчиком M2M

Подходит для любого массового сервиса, если абонентов пока мало, но перспективы пока до конца не ясны. Пример – VoLTE или VoWi-Fi

Ultra Service Platform – виртуализированнаяэкосистема для мобильных операторов


ULTRA SERVICES PLATFORM


USP (Ultra Services Platform) – программная экосистема, готовая для имплементации как широкого спектра сетевых приложений/функций 3GPP, так и целых сервисов в дата центрах оператора в рамках концепции ETSI MANO.

Другими словами, представляет собой набор NFV и VNFM со средствами управления, которые могут быть развернуты на NFVI как производства Cisco, так и других производителей.

Компоненты USP




StarOS

Функции 3GPP пакетной опорной сети

CPS

PCRF, правила тарификации, политики пользователей,

определения сервисов

StarOS

Оболочка для плагинов сервисных цепочек

Применимость виртуализации в мобильном операторе


Абоненты, их услуги и политики

Обработка сессий и

мобильностиСервисные

цепочки


Обработка трафика



M2M AS…)

vRAN

Место USP


UPP

UPC Control plane

USF


UPC User Plane



M2M AS…)

vRAN

Интеграция в стек ETSI MANO


VIMVirtualization

Compute Network Storage

NFV-OOSS/BSS

Ultra Automation Services

Ultra

WebUIUltra Element Manager

Staging

Server

USFUPC UPP

Virtual Compute

Virtual Network

Virtual Storage

VNFM

USP комплектуется всем необходимым, чтобы было возможно развертывание как внутри стека MANO, так и без него вообще, используя только инфраструктуру с Open Stack. Центральным элементом обеспечения экосистемы является UEM.

Element Manager


• USP EM – основной элемент для развертывания и контроля над USP

• Создается по схеме 1+1

• Содержит все основные компоненты для взаимодействия с BSS и окружением ETSI MANO

• Ответственен за непосредственную конфигурацию компонент USP

Lifecycle Manager


Функция для абстрагирования и стандартизации взаимоденяствиямежду VNF и VNFM:

• Поддержка VNFM разных вендоров как плагинов в LCM

Реализация интерфейса ETSI MANO (Ve-vnfm-em) для контроля цикла жизни VNF:

• Настройка VM как описано вVNFD

• Прикрепление VM к внутренней сети

• Запуск сервисов и их мониторинг

• Обработка событий Scale in/out

• Обработка KPI для контроля SLA

Service Configuration Manger


Northbound Interface (NBI) для интеграции с системами OSS/BSS для конфигурации Day-1/N

• Индивидуальные Yang-модели для всех VNFС

• Общая Yang-модель для всего VNF

• Интерфейс в сторону LCM для обработки событий на основании которых может быть произведена переконфигурация VNF

SLA Manager и масштабирование


SLA менеджер собирает KPI, уведомления от сервисов и инфраструктуры

Основываясь на установленных политиках, SLA менеджер заставляет LCM обновить VNFD

LCM просит VNFM о следующем:

• Создать больше VM с корректной конфигурацией

• Опционально - удалить ”ненужную” VM и ее конфигурацию

Автоматизация развертывания USP




StarOS

Функции 3GPP пакетной опорной сети

CPS

PCRF, правила тарификации, политики пользователей,

определения сервисов

StarOS

Оболочка для плагинов сервисных цепочек

Ultra Packet CoreУлучшение производительности


Ultra Policy Platform


Сервер состоянийРепозиторий объектов и их состояний

(Session Cache, Subscriber Profiles and Balances)

Политики устройствAccess Network Selection ANDSF

IoT device management SCEFEntitlement Server for Apple ES

Сетевые политики абонентов - PCRFОснованный на микросервисах, адаптированный для

размещения ы облаке, для любого типа доступа(wireline, mobile, IoT)

Политики сигнализацииDiameter signaling router DRA/DSCNetwork Service Load Balancer NSLBMobile Orchestration Gateway MOGCisco Policy Platform

Decision Logic Engine

High Availability, State and

Persistence

Protocols and Interfaces

Общая оркестрация сервисов

Общая оркестрация функций

Ultra Services Framework


DPI

OPT

FW

VTF/ OVS / OVS-DPDK / vRouter

DPI

OPT

FW


DPI

OPT

FW


DPI

OPT

FW


AF

AF

AF

AF

Element Group 1

Element Group 2

Element Group n

Element Group 1(Standby)

Ultra/MANO Management

Пакетная опорная сеть

К сетям PDN

Ultra-M – виртуализация из коробки


ULTRA-M


Так как развертывание USP на NFVI/MANO произвольного поставщика сопряжено с большими затратами и высокими рисками для оператора, Cisco Systems предлагает использовать версию USP на хорошо зарекомендовавшем себя проверенном и протестированном серверном оборудовании собственного производства.

Такое виртуализированное решение «из коробки» – компромиссный вариант для операторов, у которых, например, пока нет развитого окружения NFVI/MANO в собственном датацентре.

При желании, ULTRA-M можно соединить с имеющимся у оператора MANO стеком или дополнить стеком Cisco.

ULTRA-M


Что под капотом?


Путь к виртуализации c ULTRA-M


Опорная сеть на спец

оборудовании

Appliance

Ultra M

Managed Virtualization

Element Manager

Full Virtualization

USP

UPC USF UPP

Au

tom

atio

n Web

UI

CUPS Element Manager

Cisco USP в мобильных операторах


POC

Public Win

Ultra Win

UPC Win

Ultra-готовность к новым вызовам


Опорная сеть должна удовлетворять очень разным требованиям


Массовый пользователь

Высокая производительность,

наращиваемость, надежность и доступность

MVNO

Require centralized control plane integration and distributed user plane connectivity - and cost effective wholesale model

Enterprise

Кастомизированные, безопасные, необщедоступные сетевые услуги с активацией и деактивацией по расписанию

IoT

Очень широкий спектр условий. Одни требуют высокую степень управляемости, малую величину пользовательских данных. Другие IoT сценарии могут быть совершенно противоположны.

Ответ во внедрении слайсинга, распределенной архитектуры сети и масштабируемости. Гибкость сети может быть улучшена внедрением разделенного CP/UP.

Слайсинг


Core Network Operator #1

Общая опорная сеть

MME

HSS

MME

HSS

Спец. опорнаясеть А

Consumers

Спец. опорнаясеть Б

Cellular IoTMME

Core Network Operator #1

Слайсинг: Ultra-IoTIoT-слой в сервисной концепции 5G


Smart metering

Lighting

APIs

Waste mgmt

2G, 3G, LTE, LTE-M1, NB-IoT

Mobile Operator Core Network

Cable

Ultra Packet

Core

C-SGN

Ultra Policy

Platform

eSCEF

Connectivity

Management Platform

IoT Application Server

Analytics

SP IoT Platforms

Cisco Ultra ServicesPlatform for IoT

Scalable Elastic

• Поддерживает 2G, 3G, LTE, LTE-M, NB-IoT, Wi-Fi, LoRa

• Упрощает и автоматизирует процесс IoT соединений

• Логические сетевые слои

• Включает eSCEF с Network Services Capabilities (NSC)

• Все компоненты управляемы в терминах концепции ETSI/MANO

Разделение CP/UP (CUPS)Улучшение производительности и масштабируемости


Gateway Function

MME AAA PCRF OCS

User Plane

Gateway Control

Plane

MME AAA PCRF OCS

GW User Plane

Мобильный Control Plane

Опции для User Plane• Виртуальные машины• Контейнеры• ASR 5500 w/DPC2

CUPS: Поддержка скоростей 5G на UPHybrid CUPS


Мобильный CP в облакеControl Plane

Скорости LTE-A and 5G:• 5Gbps per Session in Q4CY17

ASR 5500UP может обрабатывать сессии с 5G скоростями

Session RateTotal Rate

CUPS: Mobile Edge Computing


Пограничная UP-инфраструктура может быть развернута непосредственно возле сети доступа. Это открывает ранее неведомые возможности. Все необходимые функции мобильной опорной пакетной сети поддерживаются уже сейчас.

Сценарии

Выгрузка неважного интернет трафика

Уменьшение задержек, если контент и сервисы можно разместить на границе сети

Мобильный

User Plane

Приложение на Edge

Compute

Internet

Мобильный

User Plane

МобильныйControl Plane

Latency 1 ms

Почему ULTRA?


• Соответствие с функционалом на спец. оборудовании

• Беспрецедентная производительность: 20M сессий, 2 Tbps

• Поддержка VNF & MANO других вендоров

• Готово к развертыванию в облаке

• Готово к сервисам 5G

• Соответствует требованиям ETSI

Ultra

#CiscoConnectRu#CiscoConnectRu

Спасибо за внимание!Оцените данную сессию в мобильном приложении конференции

© 2017 Cisco and/or its affiliates. All rights reserved.

Контакты:

Тел.: +7 495 9611410www.cisco.com

www.facebook.com/CiscoRu

www.vk.com/cisco

www.instagram.com/ciscoru

www.youtube.com/user/CiscoRussiaMedia

cisco connect€¦ · gsm / umts sgsn, ggsn lte mme, sgw, pgw/lma, ... compute network storage...

Documents