エッジコンピューティングにより、クラウドゲームは5G時代のキラーアプリになる

ラボガイド

テクノロジー、アーキテクチャ、ビジネス モデルの急速な発展と改善により、エッジ コンピューティングは成熟したコンピューティング パラダイムとして広く使用されるようになりました。エッジ コンピューティングは、ネットワークのエッジでアプリケーション開発者やサービス プロバイダーにクラウド サービスと IT 環境サービスを提供します。 「エッジ」とは、データ ソースまたはユーザーに可能な限り近い管理ドメインのエッジを指します。その目標は、データ入力やユーザーの近くにコンピューティング、ストレージ、ネットワーク帯域幅を提供することです。クラウド ゲームは近年登場し、「キラー」エッジ コンピューティング アプリケーションと見なされています。クラウド ゲームの本質は、クラウド コンピューティング能力の再分配であり、クラウドのスケーラビリティ、安定性、柔軟性、集中管理という特徴を備えています。クラウドゲームは「エンド」から「クラウド」および「エッジ」に移行し、ユーザー側端末の制限を解放することで、中央コンピューティング能力に対する需要が大幅に増加し、コンピューティング能力の効率的かつ合理的な使用と割り当ての実現に役立ちます。 5G 時代の到来により、ユーザーの需要やゲーム市場の見通しのいずれの面でも、クラウド ゲームは 5G 時代のキラー アプリケーション、および 5G エッジ コンピューティング製品になるでしょう。

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著者紹介

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王超

中国モバイルクラウド機能センターのSaaS製品部門の技術推進グループのメンバーであり、エッジアプリケーション製品グループのクラウドゲームR＆Dマネージャーです。現在、クラウドゲームサービスプラットフォームの研究開発を担当。彼はクラウド ゲーム アプリケーションのアーキテクチャ設計方法とソリューションに精通しており、エッジ アプリケーションの設計に関する詳細な研究と実践経験を持っています。

1. エッジコンピューティング

1.1 エッジコンピューティングとは

エッジ コンピューティングが登場してからまだそれほど時間が経っておらず、この概念は多くの人々によってさまざまな範囲の定義や説明とともにまとめられてきましたが、その一部は重複したり矛盾したりしています。個人的には、OpenStack コミュニティ (NASA と Rackspace が共同で開発および開始し、Apache ライセンスの下でライセンスされているフリー ソフトウェアおよびオープン ソース プロジェクト) の定義を好みます。エッジ コンピューティングは、ネットワークのエッジでアプリケーション開発者とサービス プロバイダーにクラウド サービスと IT 環境サービスを提供します。目標は、データ入力やユーザーの近くにコンピューティング、ストレージ、ネットワーク帯域幅を提供することです。

簡単に言えば、エッジ コンピューティングは本質的にはクラウド コンピューティングやビッグ データ サービスに似たサービスですが、このサービスはユーザーに非常に近いものです。なぜそんなに近いの？目的は、ユーザーがあらゆるコンテンツを非常に迅速に閲覧できると感じさせることです。

エッジ コンピューティングが解決することを目指している重要な問題は、従来のクラウド コンピューティング (または中央コンピューティング) モデルに存在する高レイテンシ、ネットワークの不安定性、低帯域幅の問題です。実際の例を挙げると、ほぼすべての人がモバイル アプリで 404 エラーに遭遇したことがあるでしょう。このようなエラーは、ネットワークの状態やクラウド サーバーの帯域幅の制限に関連しています。リソースの制約により、クラウド コンピューティング サービスは必然的に高いレイテンシとネットワークの不安定性の影響を受けます。ただし、エッジ コンピューティングでは、処理プログラムの一部またはすべてをユーザーまたはデータ収集ポイントの近くに移行することで、クラウド センター モデル サイトのアプリケーションへの影響を大幅に軽減できます。

下の図は、デバイスとクラウド間の重要な中間リンクであるエッジ コンピューティング ネットワークの概念図です。

1.2 エッジコンピューティングの価値

集中的に展開されたクラウド コンピューティングと比較して、エッジ コンピューティングは、長いレイテンシや過剰な集中トラフィックなどの問題を解決するだけでなく、リアルタイムで帯域幅を大量に消費するビジネスに対してより優れたサポートを提供します。要約すると、次のような利点があります。

より高いセキュリティ

エッジ コンピューティングのデータは、ソース データ デバイスとエッジ デバイス間でのみ交換され、クラウド コンピューティング プラットフォームにはアップロードされなくなるため、データ漏洩のリスクが防止されます。

低遅延

事業者の試算によれば、アクセスポイントに配備された MEC によってサービスが処理され転送される場合、遅延は 1 ミリ秒以内に制御されると予想されます。サービスがアクセス ネットワークの中央処理ネットワーク要素で処理および転送される場合、遅延は約 2 ～ 5 ミリ秒です。エッジデータセンターのMECで処理する場合でも、レイテンシを10ms以内に抑えることができます。自動運転など、レイテンシ要件が高いシナリオでは、エッジ コンピューティングはデータ ソースに近く、データを迅速に処理し、リアルタイムで判断し、乗客の安全を完全に確保できます。

帯域幅コストを削減

エッジ コンピューティングはローカル データ処理をサポートし、高トラフィック サービスのローカル オフロードによりバックホールの負荷を軽減し、コストを効果的に削減できます。たとえば、接続されたセンサー (カメラやエンジン内で動作する集約センサーなど) は大量のデータを生成します。このような場合、このすべての情報をクラウド コンピューティング センターに送信すると、時間がかかり、コストもかかりすぎます。エッジコンピューティングを処理に使用すれば、帯域幅のコストが大幅に削減されます。

このことから、5G は社会を人と人のつながりの時代からモノのインターネットの時代へと推進していることがわかります。接続数の大幅な増加とエッジコンピューティング自体の利点が相まって、5G 時代には欠かせない要素となるでしょう。同時に、エッジ コンピューティングによってもたらされるコンピューティング能力の需要は、5G 時代における重要な増加要素となるでしょう。

2. クラウドゲーム

2.1 クラウドゲームの基本原則

クラウド ゲームでは、従来のゲームのストレージ、コンピューティング、レンダリングがクラウドに移行され、リアルタイムのゲーム画像が端末にストリーミングされて表示され、最終的にユーザーに提供されます。クラウド ゲームは、GaaS (Game as a Service) とも呼ばれます。ゲーム体験をサービス化し、多数のユーザーに提供します。これにより、ユーザーが端末を頻繁に購入またはアップグレードするという問題が解決され、ゲームコンテンツの頻繁なダウンロードと更新が回避され、コスト、時間、コンテンツ、メンテナンスなどの面でゲーム体験が向上します。

ローカルゲームと比較すると、クラウドゲームでは、画面キャプチャ、エンコード、ネットワーク転送、デコードなどの主要なプロセスが追加され、これがストリーミングプロセスになります。 PC ゲーム、ウェブ ゲーム、モバイル ゲーム、コンソール ゲームとは異なり、クラウド ゲームのゲーム リソース、操作、レンダリングはすべてクラウド内で完了するため、ユーザーはクラウドでゲームをプレイするのと同じです。

クライアント ゲームでは、まずゲームの公式 Web サイトからゲーム クライアントをダウンロードし、ローカル ハード ディスク上で実行する必要があります。すべてのゲームシーン、キャラクター、アニメーション、画像、オーディオ、その他のリソースはローカルに読み込まれ、ゲームのさまざまな論理計算とレンダリングはローカルで実行されます。ゲームの実行速度と画質は、ローカル コンピューターのハードウェア構成によって異なります。

ウェブゲームやミニゲームではクライアントのダウンロードやインストールは不要のように見えますが、実際にはウェブページを開いたときにゲームリソースとロジックをローカルに読み込む必要があるため、ゲームもローカルで実行されます。

モバイル ゲームとコンソール ゲームの原理は、PC ゲームの原理と似ています。両者の違いはターミナルプラットフォームにあります。

クラウド ゲームは、本質的にはクラウド コンピューティングに基づくリモート テクノロジ アプリケーションです。ゲームを保存して実行するために、クラウド サーバーにダウンロードするだけで済みます。ゲームによってレンダリングされたビデオの各フレームは、ネットワークを介して指定された端末に送信され、デコードされて出力されます。クラウド ゲーム、クラウド デスクトップ、リモート コントロールはすべて、同様の技術原理を持つリモート テクノロジのアプリケーションですが、3 つの重点は異なります。リモートコントロール（Teamviewerなど）の場合、制御対象は必ずしもクラウド内にある必要はなく、自宅や会社のコンピュータでも構いません。クラウド ゲームとクラウド デスクトップのコンピューティングとストレージのエンティティはすべてクラウド内にありますが、クラウド デスクトップには通常 GPU がありません。リモート コントロールとクラウド デスクトップ機能はゲーム用に設計されていないため、ゲームのプレイには適していません。クラウド ゲームはゲーム機能が高度に最適化されているため、高品質のゲーム体験を提供できます。

クラウドゲームの観点から見ると、端末は単純なデコード出力とプレーヤーの操作指示のアップロードのみを実行する必要があります。ここでの端末は、PC、ラップトップ、タブレット、携帯電話、TV ボックスなどのデバイスに限定されません。したがって、クラウド ゲームでは端末のパフォーマンス要件が大幅に軽減され、一定レベルのデコード機能のみが必要になります。これによるメリットは、ゲーム端末の敷居が下がり、端末間やプラットフォーム間でもゲーム体験がより簡単かつ便利に得られるようになることです。

2.2 クラウドゲームの分類

市場で知られているクラウド ゲームの原理は基本的に同じですが、コンピューティング プラットフォーム、ストリーミング方法、リソース形式などの点でクラウド ゲーム間には違いがあります。

2.2.1 コンピューティングプラットフォーム別: x86アーキテクチャとARMアーキテクチャ

主流のゲーム市場は、PC ゲーム、コンソール ゲーム、モバイル ゲームの 3 つです。コンピューティング プラットフォームに応じて、クラウド ゲームは x86 アーキテクチャと ARM アーキテクチャの 2 つのカテゴリに分けられます (ここでの x86 アーキテクチャと ARM アーキテクチャは、端末アーキテクチャではなく、実際にゲームを実行するクラウド プラットフォームのアーキテクチャを指します)。 x86 アーキテクチャ クラウド プラットフォームは主に PC ゲームやコンソール ゲームのクラウド化を目的としており、ARM アーキテクチャ クラウド プラットフォームは主にモバイル ゲームのクラウド化を目的としています。 PC ゲームやコンソール ゲームでは端末のパフォーマンスに対する要件が高く、クラウド コンピューティングの需要はさらに高まっています。

2.2.2 ストリーミング方式別: ゲームウィンドウストリーミングとデスクトップストリーミング

クラウド ゲームには、ゲーム ウィンドウ ストリーミングとデスクトップ ストリーミングという 2 つの主な製品形式があります。前者の特徴は、クラウドがゲームウィンドウの画面のみをローカルコンピュータにストリーミングし、ゲーム目的にのみ使用できることです。一方、後者はデスクトップ全体をローカルコンピュータにストリーミングし、通常、さまざまな人気オンラインゲーム（LOL、DOTA2、PUBGなど）と主流のゲームプラットフォーム（WeGame、Steam、Originなど）がプリインストールされているため、ユーザーはインターネットカフェのコンピュータを実際のコンピュータと同じように使用できます。

2.2.3 リソース形式別: 仮想マシン スクールと物理マシン スクール

現在、市場には仮想マシン スクールと物理マシン スクールという 2 つの主流のリソース形式があります。仮想マシン スクールでは、一般的に、サーバーやプロフェッショナル グラフィック カードなどのクラウド リソースを組み合わせて使用​​し、より柔軟な仮想化方式でリソースを割り当てます。物理マシン派のクラウド リソースは PC の形で存在し、グラフィック カードはゲーム ドライバーに適した家庭用ゲーム用グラフィック カードです。

2.3 クラウドゲームの全体的なアーキテクチャ

クラウド ゲームの全体的なアーキテクチャは、次の図に示すように、コンテンツ層、プラットフォーム層、ネットワーク層、端末層によって連携して構築されます。

コンテンツ レイヤーは主にゲーム プロバイダーによって提供されるゲーム コンテンツのソースを担当します。技術的な観点から言えば、あらゆる PC ゲーム、コンソール ゲーム、モバイル ゲームを同じ動作環境でクラウド プラットフォームに移植できます。

プラットフォーム層には、主にビジネス管理システムとクラウド レンダリング ノードが含まれます。ビジネス管理システムは、コンテンツ、ユーザー、リソースの管理を担当し、クラウド ゲーム サービスのリソースのスケジュールと割り当てを提供します。クラウド レンダリング ノードは、クラウド ゲームのコア コンポーネントの 1 つです。端末の操作指示に応答し、論理演算、リアルタイムレンダリング、ストリーミングエンコード、ストリーミングなどの機能を実現する役割を担います。一般的に、ビジネス管理システムは複数のクラウド レンダリング ノードを管理できます。クラウド レンダリング ノードは通常、ユーザーの近くに展開する必要があります。

ネットワーク層には、図 5 に示すように、主にバックボーン ネットワーク、メトロポリタン エリア ネットワーク、アクセス ネットワーク、ホーム ネットワークが含まれます。また、図 6 に示すように、モバイル ベアラ モードを使用して 5G ネットワークでクラウド ゲーム サービスを伝送することもできます。ネットワーク層は、クラウド プラットフォームと端末を接続する役割を担います。クラウド上でレンダリングされた映像をリアルタイムかつ安定的にユーザーの端末に送信する機能です。ネットワーク品質はクラウド ゲーム体験に密接に関係しています。帯域幅、遅延、ジッター、パケット損失などがエクスペリエンスに影響します。

端末層は主に表示装置とゲーム操作装置から構成されます。表示デバイスには、主に PC (デスクトップまたはラップトップ)、セットトップ ボックス、テレビ、携帯電話、PAD などが含まれます。操作デバイスには、キーボード、マウス、ゲーム コントローラーなどが含まれます。端末層は、ユーザーがクラウド ゲームにアクセスするための入り口です。主にクラウドプラットフォームからビデオストリームを受信して​​デコードし、表示します。同時に操作入力モジュールに接続し、操作入力指示をクラウドプラットフォームにアップロードします。

3. クラウドゲーム製品におけるエッジコンピューティングの応用と実践

3.1 モバイルクラウドゲームサービスプラットフォーム

3.1.1 製品紹介

モバイル クラウド ゲーム サービス プラットフォームは、China Mobile の「5G + Cloud + Edge」機能に基づいて開始されたゲーム機能プラットフォームであり、エッジ ノード リソースのアクティブ化、ゲーム リソースの割り当て、ゲームのクラウド化、ビデオ ストリームのエンコードとデコード、ゲーム ポータルの生成などの機能を統合しています。クラウド ゲームを開発するパートナーは、クラウド ゲーム サービス プラットフォームの PaaS および SaaS 機能を使用することで、専用のクラウド ゲーム バックエンドとクライアントを迅速に構築し、顧客機会を獲得し、クラウド ゲーム事業を自ら運営し、基盤となるプラットフォームの開発や保守を行わずにプレイヤーを管理できます。

3.1.2 製品の特徴

包括的な適応

携帯電話やコンソールゲームと完全に互換性があり、720P、1080P、4k の解像度、30 フレームと 60 フレームのゲームリフレッシュレートを提供し、適応型ビットストリーム伝送技術を採用しています。プレイヤーはどんな環境でもスムーズなゲーム操作を楽しむことができます。

クイックアクセス

ゲーム開発者、ゲーム運営者、ビデオ ウェブサイトはすべて、China Mobile のクラウド ゲーム PaaS および SaaS 機能を使用して、クラウド ゲーム運用を迅速に開始するために多額の研究開発、ハードウェア、ネットワークなどのリソースを投資することなく、独自のクラウド ゲーム プラットフォームを迅速に構築できます。

マルチターミナル適応

Android、PC、H5 バージョンの SDK が提供されます。携帯電話、ブラウザ、セットトップボックスなどのデバイスは、簡単な統合によりクラウドゲームに素早くアクセスでき、端末ハードウェアの制限がなくなり、待たずにプレイできるようになります。

5G+エッジアクセラレーション

全国のエッジ コンピューティング ノードは、ローカル ゲームの転換、レンダリング、コンピューターのオーディオとビデオのエンコードとデコードに使用されます。 5G スライシング機能が導入され、専用のゲーム ネットワークが提供され、広い帯域幅と低遅延が確保され、ゲーム操作の QoS 保証が提供されます。

3.1.3 製品アーキテクチャ

R&D 機能を備えたゲームメーカーは、PaaS プラットフォームを通じて、ゲーム ストリーミング、クラウド アプリケーション管理、ビジネス サポート、ゲーム アプリケーションの適応という 4 つのコア機能を取得できます。機能は SDK および API の形式で出力されます。開発したゲームをクラウド ゲーム形式に変換したり、以下の機能に基づいてクラウド ゲームを開発したりすることもできます。

• ゲームストリーミング: 主にパッケージのクラウド化、適応、インスタンスのスケジュール設定、その他の管理を担当します。
• アプリケーション管理: パッケージ本体、ゲーム、その他のメタデータの保存。
• ビジネスサポート: ビジネス指標の監視やキューの監視などのビジネスサポート分析を実施します。
• ゲームの適応: 実行モード、制御方法などに基づいた手動の適応。

SaaS プラットフォームは、ユーザー管理、製品管理、構成管理機能を提供します。

• 製品管理: 主に製品メタデータのインポートとステータス管理を担当します。
• ユーザー管理: 主に、ユーザー情報、オンライン ユーザー、注文状況などのオンライン クエリのサポートを担当します。
• 構成管理：主にログイン認証、データ分析、権限管理、システム設定を担当します。

3.2 主な技術的能力

5G コア ネットワーク UPF 転送プレーンをベースとして、接続機能を提供し、エッジ ノードを展開し、ARM/X86+GPU サーバーを提供して、クラウド ゲーム サービスにコンピューティング パワーを提供します。 5G + MEC ソリューションを採用することで、ユーザーに近いエッジ接続、コンピューティング能力、ストレージなどのリソースを提供し、クラウド ゲーミング エッジ コンピューティング ネットワークを構築し、エンドユーザーが近くでスムーズで遅延のないクラウド ゲーミング サービスの体験を得られるようにしています。

3.3 エッジコンピューティング機能

5G MEC ノードは、ネットワークのエッジに豊富な基本リソースを展開し、ユーザー エクスペリエンスを向上させ、エンド ユーザーのニーズをより適切に満たすことができます。 MEC はネットワークの自然な拡張であり、サービスの収束ポイントです。多様化したビジネスデータと大規模な端末アクセスを基盤として、5Gアプリケーションイノベーションの拠点となっています。

3.4 クラウドネットワーク機能

China Mobile は、ネットワーク転送機能、コンピューター ルーム、エッジ クラウド、ネットワーク スライシング、クラウド ゲーム プラットフォームなどのリソースを統合し、クラウド ゲーム機能 SDK を外部に提供します。ゲーム会社は、大規模なエッジコンピューティングと動的スライシング機能を組み合わせたクラウドネットワーク統合サービスに直接移行して使用できます。

3.5 PaaSプラットフォーム

PaaS プラットフォーム: R&D 機能を備えたゲーム メーカー向けに、PaaS プラットフォームは、ゲーム ストリーミング、クラウド アプリケーション管理、ビジネス サポート、ゲーム アプリケーションの適応という 4 つのコア機能を提供します。機能は SDK および API の形式で出力されます。開発されたゲームはクラウドゲーム形式に変換することができ、その機能に基づいてクラウドゲームを開発することもできます。

• ゲーム ストリーミング機能: ストリーミング コンテナー、リソース スケジューリング、イメージ取得、エンコードとデコード、その他の基本的なストリーミング機能を提供します。Windows オペレーティング環境と Android オペレーティング環境をサポートします。両方の環境のアプリケーションは、同じクラウド ゲーム PaaS プラットフォーム上で提供できます。アプリケーションは、720p、1080p、4K の解像度での起動をサポートします。出力フレームレートは 25 ～ 60fps まで調整可能です。エンコードビットレートは512Kbpsから100Mbpsまで調整可能です。
• アプリケーション管理機能: クラウドベースのアプリケーション管理、アプリケーション配布、イメージのマウント、ホット変更管理などを担当します。
• ビジネスサポート機能：マルチテナント管理、キュー管理、支払いと請求、ビッグデータ分析と監視などを担当します。
• クラウド ゲーム アプリケーションの適応機能: 主にクラウド ゲームのテストと適応作業が含まれます。

3.6 SaaSプラットフォーム

研究開発能力を持たない中小規模のゲームメーカーやゲームエージェントは、SaaS プラットフォームを通じて独自のクラウド ゲーム バックエンドとクライアントを迅速に構築できます。 PaaS 層の関連機能に加え、さらに重要なのは、クラウド ゲーム運用における製品管理、アプリケーション管理、ユーザー管理、構成管理の 4 つの基本機能を取得し、クラウド ゲーム プラットフォームの開発や保守を必要とせずに、クラウド ゲーム運用ビジネスを独自に実行することです。

• アプリケーション管理: 主にゲームのメタデータ、インポート、ステータス、サービス パッケージの管理を担当します。
• プロダクトマネジメント：事業傘下のプラットフォーム製品の管理を主に担当します。製品の作成と変更をサポートします。製品ステートマシン操作（テスト、事前リリース、リリース、事前オフライン、オフライン、強制オフラインなど）をサポートします。
• ユーザー管理: 主に、ユーザー属性、ユーザー情報、オンライン ユーザー、注文関係、注文ステータス、請求書、その他の情報のオンライン クエリのサポートを担当します。
• 構成管理: 主に、ログイン認証、データ分析、権限管理、システム設定、インテリジェント監視などの機能を担当します。

4. まとめと展望

クラウド ゲームの本質は、クラウド コンピューティング能力の再分配であり、クラウドのスケーラビリティ、安定性、柔軟性、集中管理という特徴を備えています。クラウドゲームは「エンド」から「クラウド」および「エッジ」に移行し、ユーザー側端末の制限を解放することで、中央コンピューティング能力に対する需要が大幅に増加し、コンピューティング能力の効率的かつ合理的な使用と割り当ての実現に役立ちます。

5G 時代の到来により、ユーザーの需要やゲーム市場の見通しのいずれの面でも、クラウド ゲームは 5G 時代のキラー アプリケーション、および 5G エッジ コンピューティング製品になるでしょう。

参考文献

[1] リン・リー、ション・ジンボ、シャオ・ルーリャン、リン・ミンウェイ、チェン・シュウファ。 Gaming@ Edge: エッジ ノードに基づく低遅延のクラウド ゲーム システム。

[2] Wu Tao、5Gエッジコンピューティングに基づくクラウドゲームサービスプラットフォームのシステム設計。

[3] Huawei Technologies Co., Ltd.、Hangzhou Shunwang Technology Co., Ltd.、「クラウドゲームホワイトペーパー」

[この記事は51CTOコラムニスト「Mobile Labs」によるオリジナル記事です。転載については原著者にお問い合わせください。

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