5Gにおけるクラウドネイティブアプリケーションの探究と展望

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5Gは新世代の情報通信技術の先導技術として、企業のデジタル変革とデジタルインフラの総合的な構築の強力な原動力となっている。

近年、5Gは交通、電力、医療、工業製造などと融合し、数多くの優れた事例が生まれています。しかし、異種リソース、広範囲に分散した機器、断片化されたリソースなどの特性により、従来のクラウド コンピューティング ソリューションを 5G ネットワークに適用した場合の限界がますます明らかになっています。業界の顧客向けに、より効率的で、柔軟性、弾力性、俊敏性、堅牢性、インテリジェント性を備えたネットワークを構築する方法は、5G と垂直産業アプリケーションの組み合わせが直面する新たな課題です。

クラウドコンピューティングが成熟段階に入るにつれて、リソースの最適化から効率性の向上への移行が顕著になり、クラウドネイティブは次世代のクラウドコンピューティングの技術的な「中核」になりました。クラウド ネイティブは、ミリ秒レベルの弾力的な応答、高度なサービス自律性と障害自己修復機能、異種リソースの標準化、大規模なレプリケーション機能を備え、5G 業界アプリケーションの促進に大きな価値を発揮しています。

クラウドネイティブ開発の現状と動向

近年、クラウドネイティブ技術は急速な発展期を迎え、より多くの企業やユーザーによってソフトウェア開発に導入されるようになりました。クラウド ネイティブを取り巻く主要なテクノロジーは多様化しており、2 つの側面にまとめることができます。1 つはクラウド ネイティブの基盤テクノロジーで、主にクラウド ネイティブ サーバー、ストレージ、ネットワーク、コンテナー テクノロジーが含まれます。もう 1 つはクラウド ネイティブのオーケストレーションと管理で、主にクラウド ネイティブ メッセージ キュー、サービス メッシュ、サーバーレス アーキテクチャ テクノロジ、クラウド ネイティブ スケジューリング システムが含まれます。

クラウドネイティブ基盤技術

クラウドネイティブ テクノロジーがますます多くの企業に採用されるにつれて、インターネット、データベース、メッセージ キューなどの企業のステートフル コア アプリケーションが、レイテンシ、スループット、安定性の要件を満たすために、徐々にクラウドネイティブ プラットフォームに移行されています。クラウドネイティブ ストレージとは、複数のクラウド ストレージ形式を統合し、Kubernetes 環境のストレージ宣言メカニズムに完全に適合し、ストレージの品質、安定性、セキュリティを向上させ、さまざまなアプリケーション シナリオでのストレージ使用ニーズを満たす新しいストレージ ソリューションを指します。

まず、コンテナクラウドネイティブ技術の急速な発展に伴い、Dockerコンテナとホストマシンがカーネルを共有するという特性により、Dockerコンテナエスケープの問題が深刻化しました。通常のコンテナのカーネルバグによって引き起こされるコンテナエスケープの問題を解決するために、セキュアコンテナは分離レイヤーを追加し、プロセスに独立したオペレーティングシステムカーネルを割り当てることで、コンテナがホストマシンのカーネルを共有することを回避します。

第二に、従来のアプリケーションを FaaS プラットフォームに移行する際に直面する機能分割と移行コストの問題を解決するために、サーバーレス コンテナが登場しました。サーバーレス コンテナーは、常駐プロセスと無制限の実行時間を備えたサービス形式をサポートし、サーバーレスのアプリケーション シナリオを拡張できます。同時に、サーバーレス コンテナは、メンテナンスが不要な純粋なホスティング モデル、実際のリソース使用量に基づく課金、数秒以内の柔軟なスケーリング応答の点で強化されました。

繰り返しになりますが、ベアメタル サーバー上にコンテナ サービスを構築することは、パフォーマンスとインスタンスの分離に対する要件が高い一部のユーザーの選択肢となっています。

最後に、コンテナ負荷のパフォーマンスと安定性をさらに向上させるために、一部の非業務負荷コンポーネントは専用のオフロード ハードウェアによって徐々に処理されるようになり、クラウド ネイティブ サーバー、クラウド ネイティブ ストレージ、クラウド ネイティブ ネットワークの開発も促進されます。

さらに、高性能コンピューティングに対する顧客の強い要求にさらに応えるために、クラウドネイティブ サーバーが誕生しました。物理マシンのパフォーマンス上の利点とクラウド サーバーの管理機能の両方を備えています。

クラウドネイティブのオーケストレーションと管理

クラウド ネイティブ アプリケーションは、自動化と柔軟なスケーリングを可能にするオーケストレーション層と管理層のツールに基づいて自然にスケーラブルになります。その中で、サービス メッシュは、ワークロード インスタンス間の安全な通信を管理、監視、サポートするために使用される管理レイヤーです。サービス メッシュは、サービス ガバナンスをビジネス ロジックから分離し、異種システムの統一されたガバナンスを可能にします。

サービス メッシュには、従来のマイクロサービス フレームワークに比べて多くの利点があります。まず、非常に強力な通信ライン データの観測可能性。 2番目は、「目的地指向」の交通制御機能です。 3 つ目は、マイクロサービス ネットワークのセキュリティ機能が強化されたことです。

サーバーレスはアーキテクチャの概念です。その中心的なアイデアは、サービス リソースを提供するインフラストラクチャをさまざまなサービスに抽象化し、API インターフェイスの形式でオンデマンドでユーザーに提供することで、使用量に基づいたオンデマンドのスケーリングと課金を真に実現することです。

5Gにおけるクラウドネイティブアプリケーションの探究

クラウド コンピューティング テクノロジは、OpenStack プラットフォームに基づくネットワーク要素の仮想化と迅速な展開、オープン オーケストレーション標準に基づくリソース オーケストレーションなど、既存の通信ネットワークに適用されてきました。しかし、これらの機能は、分単位のネットワーク機能の展開と変更の要件、クラウド コンピューティングの主流のコンテナ管理プラットフォームである Kubernetes との相互運用性など、5G ネットワークのビジョンを実現するにはまだまだ不十分です。 ETSIやNGMNなどが発表した5Gホワイトペーパーでは、通信事業者や機器メーカーがビジョン実現のため、5Gネットワ​​ークにクラウドネイティブ技術を導入することを提案している。

エッジコンピューティングにおけるクラウドネイティブアプリケーション

エッジコンピューティングは、さまざまな業界での5Gの応用を加速させ、大規模な端末の高コンピューティング能力のニーズを満たすだけでなく、スマートドライビングや産業用インターネットに代表される低遅延アプリケーションシナリオのニーズも満たしています。ただし、クラウド コンピューティングと比較すると、エッジ コンピューティングは、リソースの分散が広く、異種性が高く、フラグメントが複数あるという特徴があり、コンピューティング ネットワーク コラボレーションのリソース管理および制御機能に対する要件が高くなります。従来のクラウド コンピューティング ソリューションでは、エッジ コンピューティングの複雑さ、不確実性、高度なダイナミクスに対応することが困難です。クラウドネイティブ アプリケーションをエッジ コンピューティング プラットフォームに拡張すると、5G が何千もの業界に浸透しやすくなります。

エッジ コンピューティング プラットフォームにコンテナ化テクノロジを導入すると、基盤となる物理コンピューティング リソースの抽象化とソフトウェア化を実現でき、リソース コラボレーション、アプリケーション管理コラボレーション、インテリジェント コラボレーション、データ コラボレーション、軽量エッジ コンピューティングの開発ニーズを満たすことができます。

コンテナ テクノロジーは、統一された標準コンテナ形式とコンテナ リポジトリを使用します。これにより、エッジ コンピューティングに標準化されたアプリケーション配布を提供し、統一されたコンテナ コントロール プレーン インターフェイスを作成して、エッジ コンピューティングの豊富なアプリケーション開発ニーズを満たすことができます。同時に、エッジ コンピューティングは、クラウド ネイティブ テクノロジの助けを借りて、統合された「クラウド エッジ エンド」アプリケーション配信も実現し、大規模なアプリケーションを大量のデバイスに配信するエッジ コンピューティングの機能を満たします。

さらに、エッジ コンピューティングとコンテナ テクノロジを組み合わせることで、より安全なワークロード動作環境も提供され、エッジ コンピューティング プラットフォームのセキュリティを効果的に確保できます。エッジ コンテナ機能を活用することで、ネットワーク信号が弱い場合に効果的な自己回復機能を提供できるだけでなく、エッジ コンピューティング リソース アクセス環境の互換性も大幅に向上し、マルチ異種ネットワーク アクセスのニーズを満たすことができます。

コアネットワークにおけるクラウドネイティブアプリケーション

5Gコアネットワークの展開方法は、さまざまな業界のプライベートネットワークのニーズを満たすための重要な技術となっています。コアネットワークのサービス指向と軽量開発のニーズに適応するために、コアネットワークにおけるクラウドネイティブ技術の応用は、主に2つの側面に反映されています。1つはサービス指向の5Gクラウドネイティブコアネットワークです。もう1つはクラウドネイティブに基づく軽量5GCです。

サービス指向の 5G クラウドネイティブ コア ネットワーク ソリューションには、主にクラウド インフラストラクチャ、NG コア ネットワーク、運用管理システム、仮想化インフラストラクチャ マネージャーの 4 つのコンポーネントが含まれます。クラウドネイティブテクノロジー、コンテナテクノロジー、サービスメッシュ、サーバーレスアーキテクチャテクノロジー、クラウドネイティブスケジューリングシステムを使用して、5Gコアネットワークの大規模なカスタマイズされたパーソナライズされたサービスニーズを実現します。

業界顧客の多様なネットワークニーズを満たすために、軽量 5GC の構築は、通信事業者が積極的に推進する重要なネットワーク技術の 1 つとなっています。クラウド ネイティブは、柔軟なコンテナ テクノロジーとスケジューリング戦略により、5GC コア ネットワーク機能のカスタマイズに適切に対応し、業界の顧客がネットワークとネットワーク要素機能をオンデマンドで柔軟にオーケストレーション、カスタマイズし、迅速に展開できるようにサポートできます。

要約すると、クラウド ネイティブ テクノロジーは、柔軟なネットワーキングとスケジューリング機能により、5G 業界の顧客の開発に貢献しています。しかし、クラウドネイティブテクノロジーの5Gへの応用はまだ初期段階にあります。 5G のニーズに基づいてスケジューリング戦略を策定する方法、5G ワイドリンクの異種ネットワークをより適切に満たす方法、エッジクラウドとセントラルクラウドの統合アプリケーション サービスを構築する方法はすべて、クラウド ネイティブ テクノロジーが直面している課題です。