5G はエッジ コンピューティングに何をもたらすのでしょうか?

人気の5Gとエッジコンピューティングの関係とは？それらの収束点はどこにあるのでしょうか?インターネットのIT領域と通信ネットワークのCT領域をどのように統合するか?クラウドネットワーク統合とは何ですか?アリババDAMOアカデミーXG実験室のシニアテクニカルエキスパートであるナン・シュー氏と、エッジコンピューティングチームのシニアテクニカルエキスパートであるイピン氏が、5Gにおけるエッジコンピューティングのさらなる可能性について語りました。

1. 5Gの中核機能はモバイルエッジコンピューティングの最大の原動力となる

5G が重視する 3 つの主要な特徴は、低遅延、高帯域幅、大規模接続という 5G の中核機能でもあります。

低遅延

5G が約束する低遅延は 1 ミリ秒ですが、ここでの 1 ミリ秒は無線インターフェースの遅延のみであることを強調しておく必要があります。エンドユーザーにとっては、エンドツーエンドの遅延の方が懸念されるかもしれません。エンドツーエンドの遅延の最も単純な計算ロジックは距離です。距離によって生じる遅延は、基本的に光ファイバーの伝送遅延であり、100キロメートルあたり約1ミリ秒です。したがって、5G時代におけるエンドツーエンドの遅延の本質は、距離によって生じる光伝送遅延です。

この考え方を使って、以前の 2/3/4G の状況を比較してみましょう。 OpenSignal のテスト レポートによると、2G 時代では、光ファイバー伝送遅延はエンドツーエンドの遅延全体に占める割合がごくわずかで、エア インターフェース遅延が大部分を占めていたことも意味します。

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5G時代では、この割合は60％にも達します。光ファイバー伝送、つまり地理的な場所は、エンドツーエンドの遅延に大きく影響し、ユーザーエクスペリエンスにも影響します。したがって、5G の低遅延特性をより有効に活用するには、より緊密なビジネス展開を通じて、全体の遅延に占める伝送の割合を減らすことが必要です。 IT 分野のエッジ コンピューティング テクノロジーは、このようなニーズに十分対応でき、モバイル エッジ コンピューティングの発展の原動力の 1 つになります。

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高帯域幅

5G のもう一つの特徴は、高帯域幅です。 5Gの最大10Gのピークレートにより、ユーザーはより鮮明な動画を視聴し、臨場感あふれるビジネス体験を楽しむことができますが、その一方で、ビジネス側の従来の集中型クラウド展開方法ではトラフィックコストが数倍に増加する可能性があり、もちろん、オペレーターの全体的なネットワーク帯域幅の構築にも課題をもたらします。これには、ネットワーク アーキテクチャを再検討し、集中型クラウドからエッジ クラウドへのトラフィックのオフロードを検討する必要があります。ここで、5G とエッジ コンピューティングの交差点が再び見つかりました。エッジにサービスを展開することで、バックホール リンクの帯域幅消費を削減し、コストと遅延を削減できます。

ビッグコネクション

標準的な IoT シナリオでは、膨大な量のデータが生成される可能性があります。これらすべてのデータをクラウドに集中させて処理すると、リソースが無駄になる可能性があります。途中でデータの前処理を実行すると、一方ではダウンリンク フィードバックを可能な限り迅速に実行して IoT のシステム閉ループを形成し、他方ではアップリンク データを集約して IoT の集合知を形成できます。

このような中間的な位置がエッジコンピューティングの展開ポイントです。したがって、上記の 5G 特性、つまり 5G コア機能の分析と組み合わせると、5G コア機能がモバイル エッジ コンピューティングの発展の最大の原動力になるという結論を導き出すことができます。

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エッジコンピューティングはネットワーク遅延を大幅に削減できる

2. IT+CT統合による5Gエッジコンピューティング

5G におけるエッジ コンピューティングをより近いリソースの観点からのみ考えるのは単純すぎるでしょう。本質的に、エッジコンピューティングはインターネットIT領域に属する概念であり、5Gは通信ネットワークCT（Communication Technology）領域に属する概念です。 5Gにおけるエッジコンピューティングを有効活用するためには、単純な1+1ではなく、ITとCTを統合する必要があります。ここでの統合は、アーキテクチャ統合、デプロイメント統合、およびスケジューリング統合に分かれています。

アーキテクチャのコンバージェンス: 独立した標準設計からコンバージェンスアーキテクチャ設計へ

アーキテクチャ統合の面では、エッジコンピューティングの機能ネットワーク要素とシステムをサポートするUPF（ユーザープレーン機能）コアネットワークを含む5Gのアーキテクチャ計画は国際組織3GPP（第3世代パートナーシッププロジェクト）に配置され、エッジコンピューティングの全体的なアーキテクチャはETSI（欧州電気通信標準化機構）に属しています。各組織はそれぞれ独自の方向に独立して進化しているため、最初に統合されるのは、統合され収束したアーキテクチャ設計を形成するアーキテクチャです。

展開の収束: デュアルレーンの独立展開が統合展開へ移行

デプロイメント フュージョンの焦点は、UPF ノードと MEC (マルチアクセス エッジ コンピューティング) ノードのデプロイメントです。 UPF はモバイル ネットワークのネットワーク要素として、通信事業者が独自の計画に従って展開しますが、MEC ノードはインターネット企業に属し、独自のアプリケーション シナリオと対象者に基づいて展開されます。これら 2 つは異なるレーンに属しているため、展開に不一致が生じる可能性があり、エッジ コンピューティングの利点が大幅に減少します。したがって、2 つのレーンの独立した展開から統合された展開に移行する必要があります。これは、スケジュール統合である 3 番目の統合にも関連しています。

スケジューリングの融合: 相互認識のないドメイン内スケジューリングはグローバルスケジューリングへと移行している

UPF ノードと MEC ノードは異なるユーザーにサービスを提供するため、トラフィック モデルは大きく異なり、サービスを伝送するために必要なネットワーク インジケーターも異なります。パフォーマンス、容量、コスト、サービス品質などの要素を考慮するために、両者はそれぞれのシステムに独自の独立したスケジューリング システムを導入します。このようなシステムが互いを認識できない場合、互いのトラフィックの方向に不一致が生じます。その結果、スケジュール効果が大幅に低下するだけでなく、望んでいることとは逆の結果になる可能性もあります。したがって、どちらのドメインも他のドメインを認識しないドメイン内スケジューリングからグローバル スケジューリングに移行する必要があります。

まとめると、5G 時代のエッジ コンピューティングで最初に考慮すべきことは統合です。

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3つの統合された強化サービスを備えた5Gエッジコンピューティング

通常の意味では、エッジ コンピューティングは IP トラフィック スケジューリングと単純に同等とみなされます。 5G 時代では、誰もが UPF を、IP データ ストリームをプルして対象のトラフィックを引き渡す MEC ノードと単純に比較するでしょう。しかし実際には、5G によるエッジ コンピューティングではさらに多くのことが可能になります。

トラフィック指向からサービス指向への進化

1つ目は、トラフィック重視からサービス重視へと業務を強化できることです。私たちが引き寄せるのは、単なるトラフィックではなく、トラフィックによってもたらされるサービスです。サービスによりトラフィックにさらなる意味が与えられます。したがって、スケジュールを設定する際には、単純なデータ フローではなく、トラフィックによって実行されるサービスの要件をより考慮する必要があります。したがって、5G におけるエッジ コンピューティングは、トラフィック指向からサービス指向へと進化する必要があります。

サービス指向の観点から見ると、5G エッジ コンピューティングが単にユーザーに近いサービス展開として位置付けられるだけでは、5G エッジ コンピューティングの価値は低下します。近接性によってもたらされる低遅延という明らかな利点に加えて、サービスの強化にさらに重点を置き、実装する必要があります。

より緊密なサービスからより強力なサービスへ

モバイル ネットワーク自体のアーキテクチャ特性により、従来の固定ネットワーク アーキテクチャと比較して、モバイル ネットワークは、ユーザー プレーン トラフィックとコントロール プレーン管理の 2 本柱モデルを採用しています。エッジ コンピューティングはユーザー プレーン トラフィックを促進しますが、モバイル ネットワークと対話することで、SINR、セル負荷、その他のデータなど、より多くのコントロール プレーン情報を取得することもできます。これらのコントロール プレーンからのデータにより、より多くの機能の組み合わせを備えたサービスを提供し、エッジ コンピューティングの外部サービス機能をさらに強化し、新しいビジネス シナリオを切り開くことさえできます。たとえば、トラフィックをプルしている間、コントロール プレーンは全体的なセル負荷や信号強度などのデータも伝送します。これらのデータはサーバーで輻輳をより適切に制御するために使用され、上位層サービスが対応するワイヤレス環境に適応できるようになり、ユーザー エクスペリエンスがさらに向上します。

一般サービスから5Gエッジサービスへの進化

最後に、エッジ コンピューティングの存在により、インターネットの本来の「クライアント/サーバー」アーキテクチャは、「クライアント/エッジ/サーバー」アーキテクチャになります。そのため、リンク全体におけるエッジの役割と、5G によってもたらされる強化されたサービスを考慮する必要があります。 5G 時代において、エッジ展開サービスは、単にクラウド サービスを近くに展開するだけではありません。一般的なサービスから 5G エッジ サービスへと進化する必要があります。この方法でのみ、5G エッジ コンピューティングを真に活用することができます。

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4. エッジからセンターまでのクラウドネットワーク統合

まず第一に、エッジ コンピューティングは分離されてはならないという前提を強調します。私たちはエッジ コンピューティングをクラウド コンピューティングの拡張であり、クラウドの境界を拡大するものと考えています。エッジは、端末とクラウド センター間のデータ リンクとして、統合された「クラウド エッジ エンド」コンピューティング モデルを形成する上で非常に重要です。

クラウド コンピューティングの最大の利点は、大規模な集中コンピューティングであり、コスト削減と効率性の向上に大きなメリットをもたらすことができます。しかし、すべてのコンピューティングを 1 か所に集中させることは明らかに非現実的です。コンピューティング コストに加えて、コンピューティングの分散に影響を与えるもう 1 つの重要な要素は、データ転送コストです。統合された「クラウド エッジ エンド」コンピューティング共同形式は、実際には、ネットワーク内のデータ転送コストとコンピューティング集約型の利点との間の動的なバランスです。この形で、私たちはネットワーク インフラストラクチャと技術能力の継続的な革新を通じて、コンピューティング集約度の分散状態に影響を与えます。

世界中に分散された数十の中央クラウド領域は、クラウド コンピューティングの中核を成し、大規模な集中コンピューティング リソースに基づいて、超強力で効率的なコンピューティング パワーを提供します。リソースの集中により、計算能力の単位あたりのコストも大幅に削減されました。同時に、端末への平均データ伝送コストは比較的高くなります。

クラウド センターから外側に広がるのは、何百ものオペレータ データ センターを接続するオペレータ ネットワークです。これはエッジコンピューティング分散ノードの最初の層でもあり、省レベルをカバーするローカルコンピューティングとトラフィックスケジューリングのための小規模および中規模の集中コンピューティングパワーを提供します。同時に、このエッジ コンピューティング ノードの層では、広範囲に分散された多数のデータ センターに基づいて SD-WAN (ソフトウェア定義広域ネットワーク) ネットワークが構築されます。これは、バックツークラウドの高速化とエッジツーエッジの高速化を担当し、「クラウドエッジ」と「エッジエッジ」の連携機能を提供し、インターネット伝送による中央クラウドとエッジクラウド間のネットワーク変動がビジネス層のデータ伝送に与える影響を遮断します。中央クラウドと比較すると、この層のコンピューティング ノードでは、コンピューティングの集中によってもたらされるメリットは比較的小さくなりますが、端末間のデータ転送コストも大幅に削減されます。

5G により、エッジ コンピューティングは都市や郡内の通信事業者のメトロポリタン エリア ネットワークに浸透し、拡張し続けることができます。将来的には、第2層エッジコンピューティングの分散ノードであるMECノードを数万個接続する予定です。これらは、都市レベルでのローカルコンピューティングと交通スケジュールのための小規模で集中したコンピューティングパワーを提供します。 MEC ノードは端末に一歩近づくため、レイテンシとコストが低くなり、本来は端末でしか実行できなかった計算をエッジに移動できるようになり、計算能力が集中して、最終的にコスト面でのメリットがもたらされます。さらに、5G では端末とエッジ間のネットワーク伝送品質制御機能がさらに強化され、シナリオに基づいて「エンドエッジ」ネットワーク サービス品質を最適化できるため、ユーザー エクスペリエンスを低下させることなくコストを削減できます。

要約すると、クラウドからエッジ、そしてエンドに至る全体的なネットワーク システムを通じて、クラウドとネットワークの統合機能を形成し、さまざまなビジネス シナリオで、このような統合形式で最適なコンピューティング分散形式を見つけることができるようになります。

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5. ビジネスシナリオに基づいたフルリンク統合QoS制御

クラウド ネットワーク統合の機能の中で、コストに加えて、ビジネス シナリオで最も重要な懸念事項は、ネットワーク QoS (サービス品質) です。 「クラウド-エッジ-エンド」のような長いリンクでは、異なるセグメントで採用される QoS 戦略も異なります。

以下に 3 つの異なるデータ転送シナリオを示します。

1. ローカルMECのターミナル間
2. ターミナルとクラウドセンター間
3. 地域間/キャリア間端末

リンク全体の QoS セグメンテーションは、次の 3 つのセグメントに分けられます。

1. 5Gコアネットワークでは
2. MEC からデータセンターへ、および異なる地域/オペレータ間のデータセンター間
3. データセンターからクラウドセンターへ

5G コア ネットワーク/MEC の範囲内では、オペレータの 5G 機能ドッキングに基づいて QoS ポリシーの管理と制御を実装する必要があります。この QoS 保証により、このセクションの端末アクセスのネットワーク品質が大幅に向上します。

MECからデータセンターまでの区間が事業者のインターネットの範囲となります。ネットワークのこのセクションでは、広範囲に分散されたデータセンター リソースに基づいてオーバーレイ SD-WAN ネットワークを構築し、インターネットの変動を遮断し、ビジネス トラフィックを制御およびスケジュールします。

データセンターとクラウドセンター間では、オペレータのインターネットをベースとして、オペレータの専用回線を使用することで、クラウドへの伝送リンクのネットワーク品質をさらに向上させます。

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異なるシナリオでは異なるリンクQoSポリシーの組み合わせが必要となる

最終的には、これら 3 つのネットワーク セグメントの QoS 制御およびスケジューリング機能が統合され、上位層のビジネス アプリケーションに対してエンドツーエンドのフルリンク統合 QoS 保証機能が提供され、ビジネス アプリケーション レベルでの運用と保守の複雑さが大幅に軽減されます。

VI.結論

エッジコンピューティングはコンピューティングの形態の変化を促し、より多くのビジネスシナリオの実装を可能にしましたが、同時に、コンピューティングの形態と分布の多様性により、テクノロジーの複雑さも大幅に増加しました。 5G はエッジ コンピューティングをより近づけるだけではありません。 Alibaba Cloud のエッジ コンピューティングは、複雑なコンピューティング分散とデータ コラボレーションから企業を保護し、より多くのビジネス シナリオを「クラウド エッジ エンド」統合コンピューティング モデルで実装し、メリットとコストを最大化することを目指しています。

【この記事は51CTOコラムニスト「アリババオフィシャルテクノロジー」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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