エッジコンピューティングの次の革命: 1+1>2?

将来、ストリーミング ビデオが都市部の緊急対応の重要なツールになると考えたことがありますか?

医師や看護師は、患者が救急治療室に到着する前に、高解像度のビデオを通じて患者の状態を予備的に診断することができます。警察はこのようなリアルタイムのストリームを通じて緊急事態を評価し、それに応じて法執行官を派遣することができます。交通管制システムは、信号灯を自動的に調整し、交通ルートを再配置して緊急車両の速度を上げることができます…

これは、ノースカロライナ州ケアリー市の CIO である Nicole Raimundo 氏のビジョンであり、現在、同氏はケアリー市の「スマート シティ」プロジェクトにそのような機能を実装しています。

理論的には、これらのソリューションをサポートするテクノロジーはすでに導入されていますが、既存のワイヤレス ネットワークでは、依然としてぼやけ、フリーズ、通話の切断などの問題が残っています。

しかし、2020 年には 3 つのワイヤレス テクノロジーがワイヤレス ネットワークを再定義し、企業がアプリケーションを構築し、データを管理し、コンピューティング リソースを割り当てる方法も変化する可能性があります。

エッジコンピューティングの流行が広がる

IDC は、2025 年までに世界で毎年生成されるデータが 163 ZB に達すると予測しています。これは 2016 年の約 10 倍に相当します。この調査会社はまた、このデータの 4 分の 1 がリアルタイムで生成され、その 95% を「モノのインターネット」デバイスが占めると予測しています。エッジコンピューティングを実現するためのインフラが、ちょうど良いタイミングで整いつつあります。

もちろん、このような大量のデータを集中型のクラウドやデータセンターで処理して保存するのは現実的ではありません。つまり、センサー、カメラ、レジ、水分計、その他データを生成する数百のデバイスの近くに、より多くのエッジ コンピューティング プラットフォームが必要になるということです。そのため、分散型インテリジェンスの実現を促進するために、5G、Wi-Fi 6、市民ブロードバンド無線サービス (CBRS) という 3 つの新しい無線プロトコルが登場しました。

しかし、新しいエッジ モデルが登場する前に、複雑さ、セキュリティ、管理の問題に対処できるでしょうか?

このような背景から、クラウドコンピューティングプロバイダーから従来のネットワークプロバイダー、通信大手に至るまで、テクノロジー業界の多くの分野が大きなリスクに直面しています。

エッジ コンピューティングの分散型の性質は、Amazon や Microsoft などのクラウド コンピューティングの大手が成功裏に実現してきた集中型処理モデルに反するものですが、各社は迅速に行動を起こしました。同時に、シスコやジュニパーなどのネットワークプロバイダーも、インフラストラクチャ市場の拡大を実感しています。ワイヤレス オペレータとマネージド サービス プロバイダも、企業が新しいエッジ「ファブリック」を構築するのを支援する機会を探しています。 VMware や IBM などの仮想化および管理システムベンダーや、多数のスタートアップ企業もエッジコンピューティングと合併するでしょう。

エッジ コンピューティングが企業の IT インフラストラクチャの大規模な変革を引き起こすことは誰もが予測しているため、1 月のバルセロナでの Cisco Live、2 月の Mobile World Congress、4 月のカリフォルニア州サンノゼでの Internet of Things World Congress など、業界カンファレンスはエッジ コンピューティングのトピックを中心に展開されています。 「私たちは、集中化と分散化の両極端に向かう力による大規模な混乱の真っ只中にいる」と、カリフォルニア大学サンディエゴ校の最高情報責任者、ヴィンス・ケレン氏は語った。クラウドは依然として好ましい選択肢ですが、ネットワークがどのようにしてデータをクラウドに届けるかは誰にもわかりません。

回線速度を追求する無線技術「5G」

デジタル携帯電話ネットワークを介した通信の新しい国際標準である 5G については、ほとんどの人が聞いたことがあると思いますが、なぜそれがそれほど重要なのか理解している人はほとんどいません。プロトコルには、低帯域、中帯域、高帯域の 3 つの異なるバージョンがあり、相互に互換性はありません。低帯域ネットワークは4Gよりも速度が向上しただけだが、一般消費者向け携帯電話に導入されるのはこれが初めてだ。

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注目を集めているのは、消費者向け携帯電話ではこれまで使われたことのない周波数帯である20GHzから100GHzのスペクトルを使用するハイバンド5Gだ。 5G の高周波帯域は、驚異的な速度を実現するだけでなく、同じ物理ネットワーク インフラストラクチャ上で実行される複数の仮想化された独立した論理ネットワークに信号を分割することも可能にします。

また、各スライスは異なる特性を持つことができ、特定の目的や組織に使用できるため、パフォーマンスが保証され、レイテンシが極めて低くなります。これにより、帯域幅の共有によってセルラー ネットワークのパフォーマンスが不安定になる問題が解決されます。

ベアメタルクラウドプラットフォームの開発会社、パケットホスト社のCEO、ザック・スミス氏は、5Gネットワ​​ークでは、無線の近くにいる限り、遅延ゼロ、無制限の帯域幅でアプリケーションを実行でき、スペクトルが共有されないことが保証されると述べた。

また、接続速度は最大 10Gbit/秒と非常に高速です。 5G はイーサネット ケーブルを置き換え、何百万台ものコンピューターを配線の制約から解放する可能性があります。

しかし、高帯域の 5G 信号は遠くまで届かず、壁や木々によって簡単に遮られてしまいます。速度と低遅延を実現するには、マイクロセル サイトを 500 フィート以内に配置する必要がありますが、これではネットワークの拡張に時間がかかり、コストもかかります。当面の間、公衆セルラーデータネットワークは、ユースケースに応じて、5G の 3 つの帯域すべてと、その前身である 4G および 3G 帯域を組み合わせて使用​​します。

通信サービスプロバイダーとメーカーの業界団体である5G Americasのクリス・ピアソン会長は、5Gネットワ​​ークの商用展開は昨年始まり、現在約50のネットワークが稼働していると述べた。 「しかし、2020年には大幅な成長が見込まれ、年末までに世界全体で10億の接続を超えると予想しています。」

Wi-Fi

Wi-Fi 6 はワイヤレス プロトコルの最新バージョンであり、通常は地理的に制限された建物や共有スペースで使用されます。この規格に準拠したデバイスは数か月前から販売されており、今後1年間で価格が大幅に下がると予想されています。

パフォーマンスの向上に加えて、Wi-Fi 6 にはいくつかの新機能もあります。 5G と同様に、Wi-Fi 6 は独自の形式のネットワーク スライシングを実装し、信号を特定のエンドポイント専用にすることができます。帯域幅の共有のため、速度と信頼性が重要な状況では Wi-Fi を使用できません。これは長年ネットワーク設計者を悩ませてきた問題です。パケットのスミス氏は「アクセスとパフォーマンスの保証が必要なアプリケーションでは、Wi-Fi は現時点ではまったく使えない」と語った。

新しい規格では、Wi-Fi アクセス ポイントが同時に処理できるデバイスの数のしきい値も引き上げられています。帯域幅スライスと組み合わせると、信頼性が大幅に向上します。 「Wi-Fi 6は以前のバージョンよりも人口密集地域でより効果的です」とエンタープライズ・ストラテジー・グループのアナリスト、ボブ・ラリベール氏は語った。

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Edgeworxのホプキンス氏は、Wi-Fi 6が新しいクラスのIoTデバイスの先駆けとなると考えている。

さらに、新しい機能である Wake on Wireless LAN により、ネットワーク上のデバイスを常に接続された状態ではなく、必要なときに起動することができるため、センサーやその他のエンドポイント デバイスのバッテリ寿命が大幅に向上します。現在、エンドポイントは、更新がたまにしか必要ない場合でも、ネットワーク全体にその存在を常にブロードキャストする必要があります。 「Wi-Fi 6は、バッテリー寿命の観点から見ると画期的な技術です」と、エッジコンピューティングソフトウェア企業EdgeworxのCEO、キルトン・ホプキンス氏は語る。

CBRS

3 番目に重要な新しいワイヤレス標準である Citizens Broadband Radio Service (CBRS) も、あまり知られていません。 CBRS は、もともと米国国防総省によって開発され、昨年秋に商用利用が承認された無認可帯域をカバーしています。 Wi-Fi と同様に、CBRS は大学のキャンパスやスポーツスタジアムなど、地理的に限定されたエリアに適しています。

ただし、Wi-Fi よりも容量、速度、範囲が優れています。しかし、さらに重要なのは、CBRS は 5G のキャリア メディアとして使用できるため、企業は商用スペクトルのライセンスを取得せずに独自の 5G ネットワークを運用できるということです。これは以前は不可能でした。

これらを総合すると、新しい標準により、組織は基地局や信号共有に伴うボトルネックに対処することなく、マイクロネットワークを構築できるようになるはずです。これらの組織は、ほと​​んどのサービスをローカルで処理し、中央のクラウドにデータを選択的に送信できるマイクロクラウド プロバイダーになります。

パブリッククラウドに代表される従来の集中型クラウドコンピューティングモデルは、技術の進歩を促進しながら、多くの富を蓄積してきました。しかし、エッジ コンピューティングに代表される分散クラウド モデルは、前者に対して大きな課題をもたらします。

1 + 1 = 3

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エッジコンピューティングソフトウェア企業Edgeworx Inc.のCEO、キルトン・ホプキンス氏は、これらの技術を組み合わせることで得られる可能性は非常に大きいと述べた。例えば、Wi-Fi 6の「ワイヤレスLANでのウェイクアップ」は消費電力を大幅に削減し、センサーやリモートデバイスにさらに多くのインテリジェンスを保存できるようになり、その結果、より多くのアプリケーションロジックをそれらのデバイスに委任できるようになる。

同様に、5G ネットワークの速度と帯域幅により、多くのコンピューターがハードワイヤリングの制約から解放されます。こうした技術を推進する企業は「Wi-Fiを置き換えるのではなく、ケーブル配線を置き換える準備をしている」と、5Gをベースにした企業向けアプリケーションを開発するセローナ社のマーケティング担当副社長オゼル・ドンドゥルマチョグル氏は語る。

帯域幅の分割や予約帯域幅などの機能も、何十年にもわたってネットワーク アーキテクチャの課題となってきました。 「数年前は、すべてがハブ・アンド・スポーク・モデルに基づいて構築されていました」と、エンタープライズ・テクノロジーおよびサプライチェーン・サービス・プロバイダーであるワールド・ワイド・テクノロジー社のグローバル・サービス・プロバイダー部門のCTO、ジョー・ウォジタル氏は語る。 「パブリッククラウドとエッジコンピューティングの普及により、これらのネットワークは事実上境界がなくなりました。」

「3Gおよび4Gネットワ​​ークでは、アプリケーションとモバイルデバイス間のサービス品質は合格レベルにとどまっていた」とITコンサルティング会社Global ElmeastのCEO、ケン・チャン氏は語った。 「現在、企業はわずか10～20の基地局で、特定の地理的エリア内に独自のプライベート5Gネットワ​​ークを構築できます。」

この新しいインフラストラクチャの上位には、ソフトウェア定義ネットワーク (SDN) があります。これは、デバイスとサービスを調整する管理層の総称です。 SDN により、管理者は中央管理ポイントからサービスをプロビジョニングおよび管理する柔軟性が得られ、物理的な機器に触れることなくネットワークの設定、変更、セグメント化、シャットダウンを行うことができます。

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アリゾナ州立大学 (ASU) は、SDN、5G、Wi-Fi 6、CBRS を変革し、何千ものデバイスで高速性とパフォーマンスを確保できるようになることを期待しています。

「私たちは、すべての顧客に高性能、低遅延、プライバシー、セキュリティを提供できるよう、複数のドメインにわたる仮想ネットワーク、ソフトウェア定義のオーケストレーション、自動化を検討しています」と、以前はNASAのネットワークを設計したASUのエンタープライズネットワークアーキテクトのジェームズ・マッケイブ氏は語った。

ASU の新しいネットワークにより、大学は中央ハブ、ローカル プロセッサ、さらにはスマート デバイスに負荷を分散できるようになります。 「我々は環境と伝達を感知する能力を持っている」とマッケイブ氏は語った。たとえば、スマートカメラはビデオフィードを解釈して、キャンパスの警察が人混みの中にいる人を検知したり、暑い日に熱中症になった人を特定したりできるようになります。

新しいネットワークにより、大学はクラウド サービス プロバイダーおよび通信事業者になることができます。 ASU はすでに、WhatsApp や Zoom ビデオ会議などのアプリをキャンパス全体に導入しています。使用状況データをマイニングして、アプリがどのように使用されているかをよりよく理解できます。

また、ネットワークの専用部分を緊急対応、車両管理、科学実験などに利用することもできます。 「ネットワークを仮想化し、セグメント化可能なソフトウェア プラットフォームを活用したのは今回が初めてです」と CIO の Lev Gonick 氏は述べています。 「これにより運用コストが大幅に削減されます。」

ASU は、近隣のイノベーション地区の企業も含め、ネットワークを拡大しています。 「商用ネットワークの代わりに当社のネットワークを使用すると、町は多額の費用を節約できます」とゴニック氏は語った。

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SDN により、オペレータはアプリケーション プログラミング インターフェイスを通じてネットワーク サービスを公開することも可能になり、これは Cary の CIO である Raimundo にとって特に興味深い点です。 「現在の IoT ソリューションは非常にサイロ化している傾向がありますが、今日私たちは、すべてのデータを 1 か所に集めて総合的に見るという新しいエコシステムに注目しています」と彼女は述べています。

これにより、町内を旅行する訪問者に一貫したサービスを提供し、地域全体の緊急対応に役立ちます。ケーリー市は、近隣のエイペックス市およびノー​​スカロライナ州の州都ローリー市と連携し、洪水が発生した市が下流の近隣住民に備えを警告できるよう、雨水センサーを監視する共同アプローチに取り組んでいる。

目標は、カメラが差し迫った洪水を感知し、影響を受ける道路を自動的に閉鎖して交通を迂回させる警報を発令することです。このネットワークは、API を介してローカル ネットワークを組み合わせることで構築できます。

CPRS、Wi-Fi 6、5G などのテクノロジーを組み合わせたキャンパス ネットワークにより、企業は独自の小規模なクラウド プロバイダーになることができます。たとえば、サッカースタジアムの所有者は、スタンドのファン専用のプライベート 5G ネットワークを構築し、VR リプレイやインタラクティブ ゲームなどの付加価値コンテンツを有料で提供することができます。スタジアムのオーナーは、外部料金を支払うことなく、コンテンツ配信ネットワークを取得し、運営者になることができます。

高度に分散されたネットワークの複雑さを考えると、企業はエッジ コンピューティングの実装においてテクノロジー プロバイダーに大きく依存することになるでしょう。 「私たちの複雑さは多面的であり、管理にかかる経費は膨大です」とクレムソン大学の最高情報責任者、ラッセル・カルロト氏は語った。その結果、同組織は CBRS、5G、Wi-Fi 6 を使用したネットワーク変革を調査しており、ネットワークの簡素化を支援するテクノロジー プロバイダーを求めています。

クライアント/サーバー 2.0

次世代ネットワークの有望性にもかかわらず、多くの CIO は依然として懐疑的です。ウォール・ストリート・ジャーナルがITリーダーを対象に実施した非公式の年末調査では、5Gは昨年最も話題になった技術の1つであると評価された。

エッジワークスのホプキンス氏は、彼らの態度は間違いなくある種の戦闘疲労を反映しているが、人々がこれらの技術を単に既存の技術の高速版としか見ていないためかもしれないと述べた。 「5Gが単なる帯域幅のアップグレードだと考えているのであれば、それは決して革命ではない」と彼は語った。 「これは接続性と消費のまったく新しいモデルであることを理解する必要がある。」

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1990 年代初頭、クライアント/サーバーと呼ばれる概念が業界団体の注目を集め、集中型のメインフレーム コンピューティングをサーバーと PC のネットワークに分割することが期待されました。

しかし、その複雑さは常に問題となってきました。クライアント/サーバーは集中型コンピューティングよりも安価で柔軟性が高いはずでしたが、管理の複雑さとセキュリティの問題が主な原因で、期待に応えることはありませんでした。エッジ コンピューティングは最終的にクライアント/サーバー 2.0 になるのでしょうか?

「しかし、こうした製品の規模には一定の価値リスクが伴う」とIBMフェローでIBM WatsonのCTOであるロブ・ハイ氏は言う。 「管理の複雑さに対処し、簡単で安価な価値を提供しなければ、これらの体重計のコストはそれがもたらす価値よりも高くなる可能性があります。」

World Wide Technology の Wojtal 氏も同意します。 「損失を出してビジネスをしたい人は誰もいない」と彼は言った。

また、両者はあまりにも違いすぎるので比較できないと言う人もいます。第一に、クライアント/サーバーは商用インターネットが一貫したトランスポート層を提供する前に考案され、当時はマルチタスクさえできなかった Windows PC に大きく依存していました。対照的に、新しいエッジ アーキテクチャは、コンピューターやその他のデバイスの多様で流動的なネットワーク全体に処理とロジックを分散するように設計されています。

クライアント/サーバーは企業のメインフレームの代替でもあり、クラウド コンピューティングの台頭により、集中処理を批判する人はもういません。代わりに、クラウドはバリューチェーンの重要な部分と見なされ、スマートデバイスがエッジでデータをふるいにかける役割を担うようになります。

「重要な問題は、必要な分析を実行するために最小限のインフラストラクチャをどのように展開し、すべてのデータが集中型のデータレイク、データオーシャン、またはクラウドに送信されるようにするかということです」とESGのラリベルテ氏は述べた。 「企業はこれを1対1の状況としてではなく、これらのテクノロジーがシームレスに連携する方法として捉えるべきです。」

フラットなピアツーピア ネットワークというアイデアは、期待に応えられなかった 1990 年代のテクノロジーであるグリッド コンピューティングの記憶を呼び起こします。グリッドは、多数のコンピューターが並行して動作して複雑な問題を解決する分散処理アーキテクチャです。今日の高性能コンピューティング環境では依然として人気があります。

昨年秋、カリフォルニア大学サンディエゴ校はウィスコンシン大学と提携し、レンタルした 51,000 台以上のグラフィックス処理ユニットを統合してグリッドに配置し、南極の地表下の氷の結晶を分析しました。実験により、グリッド アーキテクチャは、重大な問題に対処するために一時的に計算能力を蓄積できることが示されています。 「現在、グリッド コンピューティングの形態が非常に実現可能になりつつある」と CIO のケレン氏は語った。

競争

クラウド プラットフォーム プロバイダーの主導により、サプライヤー間の市場シェアをめぐる戦いはすでに始まっています。上位 3 社のオペレーターが推進しているローカル クラウド運用スタック (AWS Outposts、Microsoft の Azure Stack、Google の Anthos) はすべて、将来的に顧客のエッジ展開を調整するために使用できるベース ステーションとして使用されます。

AWSは12月、クラウドコンピューティングとストレージリソースを5Gネットワ​​ークのエッジで利用できるようにするWavelengthサービスを発表し、また、多くの通信業界提携の第1弾と称するベライゾン・コミュニケーションズとの提携も結んだ。 AWS は、速度が重要なアプリケーション向けの小規模な衛星データセンターである「Local Zones」の展開も開始しました。

Microsoft は AT&T と提携し、AT&T の 5G ネットワーク エッジ ロケーションから Azure クラウド サービスを提供します。同社は昨年春のBuild開発者会議でエッジコンピューティングに関する一連の計画を発表し、IoTデバイス専用のAzureクラウドのバージョンを展開した。

これまでのところ、Google は自社キャンパスで開発された Kubernetes コンテナ オーケストレーターに戦略を集中しており、これはエッジ デバイス上でクラウド ネイティブ アプリケーションを実行するための重要なテクノロジーとみなされています。

一方、通信事業者は、顧客が独自のマイクロネットワークを構築したり、地域レベルでクラウドコンピューティングやデータサービスを提供したりできるように支援することで利益を得ることができる。 「サービスプロバイダーは、企業顧客と直接接続できるため、パブリッククラウドプロバイダーよりも有利です」と、ワールドワイドテクノロジーズのウォジタル氏は語った。

エッジ コンピューティングは、もともとデータ センターのスペースを借りるという発想から始まった数十年にわたる慣行であるサーバー コロケーションへの関心を再燃させる可能性もあります。現在、コロケーション プロバイダーは、地理的に制約のある 5G ネットワークに接続できる低コストのネットワーク ハブとして、企業において重要な役割を果たしています。

それだけでなく、シスコなどの従来のネットワーク企業は、データセンター、エンタープライズネットワーク、その他のエッジテクノロジーの開発において、引き続き主力の地位を維持したいと考えています。

専門家は、次世代ネットワークの構築には時間がかかり、混乱の中心に立つことを望まない CIO は待つべきだと述べている。 「先に進む前に、主要な設計者とチームメンバーがテクノロジーのトレーニングを受けていることを確認してください」と ESG の Laliberte 氏はアドバイスします。

要約すると、系統的なアプローチを採用し、段階的に進化し、テクノロジー プロバイダーに重労働を任せることで、ビデオ通話でも前例のない速度、適応性、信頼性を備えたネットワークが実現します。