5G にエッジ コンピューティング (MEC) が必要な理由は何ですか?

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この記事はWeChatの公開アカウント「Wireless Deep Sea」から転載したもので、著者はFei Caicaiです。この記事の転載についてはWireless Deep Sea公式アカウントまでご連絡ください。

エッジ コンピューティングは 4G 時代から初期段階にあります。 5G時代では、ネットワークインフラに完全に統合され、絶対的な標準となり、ビジネス拡大のための強力なツールにもなります。

では、エッジ コンピューティングとは一体何でしょうか?この記事ではこの質問について検討します。

1. エッジ コンピューティングが必要な理由

「marginal」という言葉の意味は「central」の反対で、「低レベル」「重要でない」「脇に置かれた」という意味になります。この場合、「中央コンピューティング」に集中するだけで済むのに、なぜ「エッジ コンピューティング」を研究する必要があるのでしょうか?

実際、情報ネットワークにおける「中心」と「周辺」という地位は、私たちの直感的な認識とは相反するものです。中央政府の存在価値は、周辺地域により良いサービスを提供することです。

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上図からわかるように、ネットワークの中心ノードは、アクセス、ベアリング、スイッチング、各種サーバーなどの複雑なアーキテクチャで構成されたクラウドです。その価値は、個人通信、ゲーム エンターテイメント、スマート ホーム、産業用制御など、ネットワークのエッジにあるさまざまな端末のさまざまなニーズを満たすことにあります。

テクノロジーの発展は、こうした人間の拡大し続けるニーズによって推進されています。

5G の 3 つの主要なアプリケーション シナリオは、これらのニーズをまとめたものです。拡張モバイル ブロードバンド (eMBB) は、高解像度ビデオなどの一連のアプリケーションを対象としており、大規模マシン タイプ通信 (mMTC) はスマート シティなどの大規模 IoT アプリケーションを対象としており、超高信頼性低遅延通信 (uRLLC) は、産業制御や遠隔運転などの専門分野のアプリケーションを対象としています。

これらのアプリケーションには、大きな帯域幅、低レイテンシ、高い計算能力が必要であり、それぞれを実装するのは簡単ではありません。

最も効果的な方法の 1 つは、データ伝送距離を短縮し、サービス ノードをネットワークの中心からユーザーに近いエッジに移動することです。この方法であれば、帯域幅、レイテンシ、計算能力のいずれの問題であっても、解決がはるかに容易になります。

このようなソリューションは「エッジ コンピューティング」と呼ばれます。

エッジ コンピューティングの最も一般的な比喩は、タコの神経系です。脳は中心ノードとして、情報の 40% のみを処理し、主に全体の調整を担っています。残りの 60% の情報は、近くの 8 つの触手 (エッジ ノードに相当) によって処理されます。

つまり、タコは「足」を使ってその場で考え、問題を解決できるのです！この柔軟かつ効率的な情報処理方法により、この無脊椎動物は知能の頂点に立つようになりました。

エッジコンピューティングは、5G時代のあらゆるものがつながるという夢を担っていると言えます。

2. MECとは何ですか?

私たちが日常生活で使っている4Gや5Gはモバイル通信に属します。モバイル ネットワークにおけるエッジ コンピューティングは、当然のことながら「モバイル エッジ コンピューティング」と呼ばれ、略して MEC と呼ばれます。

MEC の概念は、2009 年にカーネギーメロン大学が開発した Cloudlet と呼ばれるコンピューティング プラットフォームに由来しています。このプラットフォームは、帯域幅と遅延を削減するためにクラウド サーバーからエッジ サーバーに機能を委任し、「スモール クラウド」とも呼ばれています。

2014 年、欧州電気通信標準化機構 (ETSI) は、MEC の基本概念を正式に定義し、関連する標準化作業を開始するための MEC 仕様ワーキング グループを設立しました。

2016 年、ETSI は MEC の概念をマルチアクセス エッジ コンピューティングに拡張し、モバイル セルラー ネットワークのエッジ コンピューティング アプリケーションを Wi-Fi などの他の無線アクセス方法に推進しました。

ETSI の推進により、3GPP やその他の標準化団体も MEC の標準研究に相次いで投資を行ってきました。現在、MECは5Gモバイル通信システムの重要な技術の一つに進化しています。

MEC を理解するには、まず MEC に関係する 4 つの基本概念、クラウド、エッジ、ネットワーク、エンドを理解する必要があります。

△ クラウド、エッジ、ネットワーク、エンドが有機的に連携して全体を形成

クラウド: クラウド コンピューティングと、クラウド コンピューティングをサポートするために使用されるインフラストラクチャとリソース (クラウドとも呼ばれます) は、サービスを提供する中心的なノードです。

エッジ: エッジはエッジ コンピューティング ノードとも呼ばれ、この記事の主役であり、端末に最も近いサービス ノードです。

ネットワーク: クラウドとエッジ間、エッジとユーザー間のネットワーク。目立たないが非常に重要な基盤となるワーカーです。

エンド: 端末とも呼ばれ、携帯電話、タブレット、テレビ、インターネットに接続できるその他すべてのデバイスを含む、クラウド、エッジ、ネットワーク サービスの対象です。ネットワークの最外縁に位置し、さまざまなデータを消費します。コンテンツ（短編動画、ライブ放送など）の制作にも携わるようになりました。

タコを例えとして使うと、「雲」は脳、「端」は触手、「網」は脳と触手をつなぐ筋肉、「端」はタコが捕まえたい食べ物のようなものです。クラウド、エッジ、ネットワーク、端末の連携により MEC システムの有機体が構成され、情報の流れがより速く、より良くなります。

3. MEC を展開するには?

現在、市場には、5G 時代の MEC プレーヤーとして、インターネット メーカーと通信事業者の 2 つの主要なタイプが存在します。それぞれのリソースが異なるため、導入するエッジ コンピューティング ソリューションも当然異なります。

まず、ETSI が定義する 5G と MEC の統合アーキテクチャを見てみましょう。

△ 5Gコアネットワークの最も重要なネットワーク要素：UPF（ユーザープレーン機能）は、5GコアネットワークとMEC間のリンクであり、データ転送やトラフィック統計などの機能を提供できます。

上図に示すように、左側は 5G ネットワークであり、コア ネットワーク (AMF、SMF、PCF、ユーザー プレーン ネットワーク要素 UPF などの一連の制御プレーン ネットワーク要素を含む)、アクセス ネットワーク (RAN)、および端末 (UE) が含まれます。右側は MEC で、これには MEC プラットフォーム、管理およびオーケストレーション ドメイン、およびサービスを提供する複数のアプリが含まれます。

5Gネットワ​​ークとMECの接続ポイントはUPFです。このネットワーク要素の正式名称は、ユーザー プレーン機能です。名前が示すように、コア ネットワークのユーザー プレーン機能を処理します。すべてのデータは、外部ネットワークに流れる前に UPF によって転送される必要があります。

つまり、エッジコンピューティングを担当する MEC デバイスは、5G コア ネットワークの UPF ネットワーク要素の背後に接続する必要があります。

5G のコア ネットワーク設計は非常に柔軟です。データ伝送の迂回を減らすために、UPF は通常、制御プレーン ネットワーク要素よりも下位に展開されます。これをUPF沈下といいます。

たとえば、China Mobile のコア ネットワークは全国 8 つの地域に分かれており、各地域は複数の省を管理しています。ただし、これらの地域のコンピュータ ルームに展開されるのはコントロール プレーン ネットワーク要素のみであり、UPF は地方のデータ処理を容易にするために、地方の中心部、さらには市、地区、郡にまで展開されます。

このようなアーキテクチャは、ネットワークのエッジ近くに MEC を展開するための条件を提供します。

オペレータにとっては、ネットワーク全体が自分たちのものであるため、MEC を展開する場所は非常に柔軟です。エッジ UPF に基づいて MEC 機能を追加し、エッジ統合型の拡張 UPF を形成するのが最も簡単なソリューションです。

サービスエリアの規模や個別のニーズに応じて、MEC はコアネットワークと同じデータセンターに配置することも (下図の 4)、シンク UPF とともに集約ノードに配置することも (下図の 3)、送信ノードで UPF と統合することも (下図の 2)、さらにはユーザーに近い基地局と統合することもできます (下図の 1)。

1. MEC、UPF、基地局が統合されている

2. MECとダウンリンクUPFは、特定の送信ノードに統合されている

3. MECと沈降UPFは集約ノードに配置される

4. MECとコアネットワークは同じデータセンターに展開されます

インターネットメーカー側もエッジコンピューティングを積極的に推進しているものの、ネットワークを持っていないため、事業者のUPFに接続してMECをサポートすることしかできない。

下図に示すように、インターネットメーカーのエッジコンピューティングプラットフォームは、各オペレータの UPF に接続し、UPF を介して異なるオペレータの基地局に接続して、各ユーザーにサービスを提供する必要があります。

△インターネットメーカーのエッジコンピューティングプラットフォームは、オペレータのネットワークを伝送パイプラインとして使用して、オペレータのUPFに接続する必要がある。

そのため、インターネットメーカーは「クラウド」の能力が強く、「クラウド」から「ネットワーク」へと能力を拡張することで「エッジ」（MEC）をサポートしていると言えます。オペレータは「ネットワーク」を完全に制御できるため、「エッジ」をサポートするのは当然のことですが、「クラウド」の機能を強化する必要があります。

MEC のサポートにより、クラウド コンピューティング能力は下方に転送され、端末コンピューティング能力は上方に転送されるため、レイテンシ、コスト、コンピューティング能力を考慮したエッジ コンピューティング ノードでの収束ポイントが形成されます。これがMECの核となる価値です。

さらに、工業団地ネットワークには、データセキュリティとイントラネットアクセスのニーズもあります。 MEC は、オペレータと企業のイントラネット間のブリッジとして機能し、イントラネット データがパークから出ることなく、ローカル トラフィックがローカルで処理されるようにします。

△MECとUPFを組み合わせることで柔軟なデータ転送が可能です。イントラネット データは直接イントラネット チャネルを通過し、プライベート データはパーク外に持ち出されません。エクストラネット データはインターネットに直接送信され、遅延なく並行して実行されることもできます。

5G時代では、産業アプリケーションを中心とした2Bサービスと強化された2Cサービスにより、ネットワークに対する要求がさらに高まっています。高帯域幅、低レイテンシ、高コンピューティング能力に対する需要が、MEC のより急速な発展を刺激し続けています。

4G時代に芽生えた芽であるMECは、5G時代の3大シナリオで活用されると期待されている。このような有望なシードプレーヤーは、近い将来に必ずや巨大な木に成長し、5G ネットワークを完全に強化するでしょう。

さて、今回の話はこれで終わりです。お役に立てれば幸いです。