5G時代のアプリケーションとは 〜 5G+MECを活用した低遅延アプリの実現へ 〜
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タイトル： 5G時代のアプリケーションとは 〜 5G+MECを活用した低遅延アプリの実現へ 〜 概要： 5Gには「超高速」「低遅延」「多数同時接続」の3つの特徴がありますが、モバイル網の中でのエッジコンピューティング(MEC)も特徴の一つです。低遅延が必要となるモバイル/IoTアプリケーションにおいて5G+MECの活用が一般化いたします。本セッションでは、MECについて、MECを構成する技術、5G+MECによって実現するアプリ例、アプリ開発者が考えるべきポイント、について分かりやすく解説いたします。 アジェンダ： - 5G時代のアプリケーションとは - MECとは - 5G+MECによって実現するアプリ例 - アプリ開発者が考えるポイント
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5G時代のアプリケーションとは 〜 5G+MECを活用した低遅延アプリの実現へ 〜
- 2. 自己紹介（たまおき のぶゆき） テレコ向けの独立系ITコンサル ● 先行技術調査を数多く実施 ● 5G + MECで新規ビジネスを創出 ビジネス開発支援やコミュニティ立ち上げ ● 5G x オープンイノベーション ● OpenStack最新情報セミナー 好きな技術分野 ● サーバ仮想化、仮想ネットワークの高速化 (DPDK/SR-IOVなど)、Cloud Native NFV 2
- 3. 日本仮想化技術 - OSSや仮想化に強い技術者集団 NTTドコモの次世代MEC試験環境「Beyond-MEC」を支援 2021/7/15 3 https://virtualtech.jp/210715-2/
- 4. 本日のお話ししたいこと • 5G時代のアプリケーションとは • MECとは • 5G+MECによって実現するアプリ例 • アプリ開発者が考えるポイント 4
- 5. 5 Q 5Gとの関わりについて 1. アプリケーション開発者 2. インフラサービスの企画・運用 3. 新規事業開発 4. それ以外
- 6. 6 4G 5G 5G時代とは？ モバイルネットワークの進化 ○ 1.29Gbps[理論値] → 20Gbps[理論値] ○ 10ms[理論値] → 1ms [理論値] 無線区間のお話です。
- 7. 7 NSA SA 5G時代とは？ アーキテクチャの変更とその効果 5G NSA → 5G SA ● Multi-access Edge Computing ○ Fixed / Mobile / Satellite / Wi-Fi ● Network API ● Network Slicing ● Internet Gateway for Mobile
- 10. 10 Device Device Mobile Fixed Wi-Fi Satelite 「5G時代のネットワーク」を筆者の認識で記した概念図 アプリ ケーション アプリ ケーション アプリ ケーション アプリ ケーション ネットワーク・アズ・ア・サービス Network API & Network Slicing 1.Devices 2.Accesses 3.Service networks 4.MEC resources 5.Inet GW 6.Internet & Cloud Services
- 11. 11 GPUCloud 5G時代とは？ デバイスの進化とクラウドの深化 ● GPU/TPU/ASIC ● Devices用のGPUで 11 T OPS注1を実現 ○ サーバ用のGPUは320 T FLOPS注2 ● パブリッククラウド各社が 5GコアやMECのソリュー ションを提供開始 ○ AT&TのNetwork Cloudチー ムが2021年6月にMicrosoft に移籍するニュースも 注1: Apple A14 Bionic 11 T OPS(Operations Per Second) 注2: NVIDIA Ampare A100 320 T FLOPS(Floating Point Operations Per Second) AT&T Moves 5G Mobile Network to Microsoft Cloud 2021/6/30 https://about.att.com/story/2021/att_microsoft_azure.html
- 12. 12 Device Device Mobile Fixed Wi-Fi Satelite 「5G時代のネットワーク」を筆者の認識で記した概念図 特徴抽出 アプリ アプリ ケーション アプリ ケーション アプリ ケーション 高速ストリーム処理や多層推論処理 Network API & Network Slicing 1.Devices 2.Accesses 3.Service networks 4.MEC resources 5.Inet GW 6.Internet & Cloud Services GPU GPU GPU GPU GPU カメラ カメラ ストリーム エンジン 推論アプリ 推論アプリ
- 13. 13 Device Device Mobile Fixed Wi-Fi Satelite 「5G時代のネットワーク」を筆者の認識で記した概念図 特徴抽出 アプリ アプリ ケーション アプリ ケーション アプリ ケーション 高速ストリーム処理や多層推論処理 Network API & Network Slicing 1.Devices 2.Accesses 3.Service networks 4.MEC resources 5.Inet GW 6.Internet & Cloud Services GPU GPU GPU GPU GPU カメラ カメラ ストリーム エンジン 推論アプリ 推論アプリ
- 14. 14 Device Device Mobile Fixed Wi-Fi Satelite 「5G時代のネットワーク」を筆者の認識で記した概念図 特徴抽出 アプリ 画像アーカ イブ アプリ ケーション アプリ ケーション パブリッククラウドとのソリューション連携 Network API & Network Slicing 1.Devices 2.Accesses 3.Service networks 4.MEC resources 5.Inet GW 6.Internet & Cloud Services GPU GPU GPU GPU GPU カメラ カメラ ストリーム エンジン 推論アプリ 推論アプリ 学習アプリ
- 15. 15 5G時代とは？ 課題解決のためのツールが充実 Device Device Mobile Fixed Wi-Fi Satelite 「5G時代のネットワーク」を筆者の認識で記した概念図 特徴抽出 アプリ 画像アーカ イブ アプリ ケーション アプリ ケーション Network API & Network Slicing 1.Devices 2.Accesses 3.Service networks 4.MEC resources 5.Inet GW 6.Internet & Cloud Services GPU GPU GPU GPU GPU カメラ カメラ ストリーム エンジン 推論アプリ 推論アプリ 学習アプリ 開発者やアーキテクトの活躍が期待される
- 17. 本日のお話ししたいこと • 5G時代のアプリケーションとは • MECとは • 5G+MECによって実現するアプリ例 • アプリ開発者が考えるポイント 17
- 19. 19 VPN パブリック クラウド ①トラフィック最適化、 ネットワークでの折返し M E C パブリック クラウド M E C ②低遅延・ゆらぎの抑制 ③ セキュア・プライベート ネットワーク構築 ④コンピューティングパワーの 提供・端末機能補完 CDN APL パブリック クラウド M E C VPN パブリック クラウド M E C GP U FPG A MECによる代表的な4つのメリット MECを利用したアプリケーションデザインパターン - NTTドコモテクニカルジャーナル より引用 https://www.nttdocomo.co.jp/binary/pdf/corporate/technology/rd/technical_journal/bn/vol29_1/vol29_1_008jp.pdf
- 20. モバイルキャリアによるMECサービスの提供 •通信事業者が付加価値サービスとして提供 •NTTドコモ： • ドコモオープンイノベーションクラウド 注1 •KDDI： • AWS Wavelength 注2 •ソフトバンク： • GeForce Now powered by SoftBank 注3 •楽天モバイル: • Rakuten Communications Platform(RCP) 注4 20 MEC コンピュート MECアプリ 注1: https://www.nttdocomo.co.jp/info/news_release/2020/06/30_04.html 注2: https://news.kddi.com/kddi/corporate/newsrelease/2020/12/16/4869.html 注3: https://www.softbank.jp/corp/news/press/sbkk/2020/20200605_01/ 注4: RCPにはRANとCoreとMECが含まれているが、MEC機能を有するということで列記した 本資料のMECとは何かは筆者の見解をまとめたものです。
- 21. 参考）AWS Wavelengthについて • 5G向けの超低レイテンシーコンピューティング • AWSのコンピューティングとストレージサービスをモバイルネットワークに直 結 • 10ミリ秒未満のレイテンシーでエンドユーザ向けのサービスを提供 • 変わらないAWSの使用体験 • EC2、EBS、ECS(Elastic Container Service)、EKS(Elastic Kubernetes Service)、IAM、CloudFormation、Autoscale を利用可能 • Wavelength Zoneに5Gアプリをデプロイして、AWSリージョンのアプリや サービスにシームレスに接続 • グローバルな5Gネットワーク • Verizon、Vodafone、KDDI、SK Telecomでサービス開始 21
- 22. 参考）AWS Wavelengthについて SORACOM UG#3での日置電機 船原様の発表を引用 22 引用：Wavelength使ってみた SORACOM UG#3 https://speakerdeck.com/1stship/wavelengthshi-tutemita Wavelength ZoneのEC2、大坂リージョンのEC2、に対して、1秒ごとに1時間pingを実施 Wavelength ZoneのEC2の応答時間：平均値 12.8ms 中央値 12.4ms 大坂リージョンのEC2の応答時間：平均値 25.7ms 中央値 22.2ms
- 25. 本日のお話ししたいこと • 5G時代のアプリケーションとは • MECとは • 5G+MECによって実現するアプリ例 • アプリ開発者が考えるポイント 25
- 26. 26 VPN パブリック クラウド ①トラフィック最適化、 ネットワークでの折返し M E C パブリック クラウド M E C ②低遅延・ゆらぎの抑制 ③ セキュア・プライベート ネットワーク構築 ④コンピューティングパワーの 提供・端末機能補完 CDN APL パブリック クラウド M E C VPN パブリック クラウド M E C GP U FPG A MECによる代表的な4つのメリット MECを利用したアプリケーションデザインパターン - NTTドコモテクニカルジャーナル より引用 https://www.nttdocomo.co.jp/binary/pdf/corporate/technology/rd/technical_journal/bn/vol29_1/vol29_1_008jp.pdf
- 27. アプリケーションデザインパターン 27 代表的なユースケースを基に検討された、MECのアプリケーションデザインパターン ● 高速大容量アップロードパターン ● 超低遅延メッセージングバス ● IoTデバイス用軽量プロトコルの実装パターン ● 端末処理機能強化パターン ● CDNパターン ● Webサービスキャッシュパターン ● 折返しによるP2Pトラフィックの最適化パターン ● 地理的制約を利用したセキュリティ実現パターン MECを利用したアプリケーションデザインパターン - NTTドコモテクニカルジャーナル より引用 https://www.nttdocomo.co.jp/binary/pdf/corporate/technology/rd/technical_journal/bn/vol29_1/vol29_1_008jp.pdf
- 28. 高速大容量アップロードのデザインパターン 28 MECを利用したアプリケーションデザインパターン - NTTドコモテクニカルジャーナル より引用 https://www.nttdocomo.co.jp/binary/pdf/corporate/technology/rd/technical_journal/bn/vol29_1/vol29_1_008jp.pdf • 5Gのアップロード機能を活用し、MECサー バ上の一時ストレージにアップロードし、パ ブリッククラウド上のストレージに非同期で アップロードする • 大量の大容量データをアップロードする場 合(AIカメラのカメラ画像や自動運転の走 行データ)などに有効 • MEC上のGPUを利用し、一時ストレージ上 の画像や映像に対してAI処理を行うことも 可能 •
- 29. 超低遅延メッセージバスのデザインパターン 29 MECを利用したアプリケーションデザインパターン - NTTドコモテクニカルジャーナル より引用 https://www.nttdocomo.co.jp/binary/pdf/corporate/technology/rd/technical_journal/bn/vol29_1/vol29_1_008jp.pdf • MECサーバ上にKVSのPub/Sub機能を実 装することで、低遅延のメッセージサービ スを実現する • 対戦型ゲームやオープンワールド系ゲー ムの端末同士の状態同期、IoTデバイスの 状態同期などで有効 • 近傍のインメモリDBとの接続のために、 DNSでの近傍インメモリDB検索サービスを 利用する •
- 30. IoTデバイス用軽量プロトコル実装のデザインパターン 30 MECを利用したアプリケーションデザインパターン - NTTドコモテクニカルジャーナル より引用 https://www.nttdocomo.co.jp/binary/pdf/corporate/technology/rd/technical_journal/bn/vol29_1/vol29_1_008jp.pdf • IoT機器向け軽量プロトコルMQTTなどをモ バイル網内のMECで終端し、MECから外 に出る際は加工や暗号化する • MQTTをTLSで実装する例もあるが、この 例の場合デバイス側で暗号化しないため、 IoT機器の電池消費量を抑えることができ る •
- 32. 本日のお話ししたいこと • 5G時代のアプリケーションとは • MECとは • 5G+MECによって実現するアプリ例 • アプリ開発者が考えるポイント 32
- 33. アプリ開発者が考えるポイント 1. やりたいことの明確化 2. 課題の整理 3. 制約の理解 4. MVPの検討 5. MVPの評価 33
- 35. 課題の整理 やりたいことを実現するための課題はなにか 課題を数値目標で現す a. End to End のレスポンスタイムを100ms以下 • VRで4K 60fpsで配信しないとVR酔いが発生 b. AI監視カメラの映像データを100台分非同期でクラウドにアップ ロードする • AI監視カメラの映像データを元に学習するため 35
- 36. 制約の理解（5G） 5Gの3つの特徴（高速/大容量、低遅延、同時多接続） • 高速/大容量：無線の性能に引きづられる • Sub6 or ミリ波(mmWave)：現時点であればSub6で検 討が妥当 • 低遅延：10-20ms（Wavelength検証より） • モバイルキャリア各社は5GコアのNSA->SAの移行を 計画しているので、移行後の遅延時間の数値を気にし ている 36
- 37. 制約の理解（5G） End to End のレスポンスタイムを考える 37 Device Device Mobile 「5G時代のネットワーク」を筆者の認識で記した概念図 1.Devices 2.Accesses 3.Service networks 4.MEC resources 5.Inet GW 6.Internet & Cloud Services Device アプリ ケーション
- 38. 制約の理解（5G） End to End のレスポンスタイムを考える 38 Device Device Mobile 「5G時代のネットワーク」を筆者の認識で記した概念図 1.Devices 2.Accesses 3.Service networks 4.MEC resources 5.Inet GW 6.Internet & Cloud Services Device アプリ ケーション アプリ ケーション
- 39. 制約の理解（MEC） Wavelength、VMware、OpenStack • 現時点ではIaaS機能のみの提供 • NTTドコモのBeyond-MECではVM上でSR-IOVを使用可 • 実行環境としてのコンテナや、CI/CD環境としてのデプロイ ツールは未整備 • 各環境でコンテナソフトウェアやデプロイツールをインストー ルします • MECにおけるアプリケーションデザインパターン • コンセプト段階であり、実装・実証してくれる人を探してます 39
- 40. MVPの検討 MVP(Minimum Viable Product) • 機能やスケールを限定してプロトタイプを構築 MVPの開発/検証環境の手配が難しい • モバイルキャリア各社がMECの実証実験環境を提供 • Wi-Fi 4&5(IEEE 802.11n&11ac)の通信性能が5Gの無線 ネットワークに近い 40
- 41. MVPの評価 測定方法 • スマホのピクトグラムが5Gでも5Gで通信を行わない パフォーマンス測定 • End to End のレスポンスタイムの測定 • 処理内容にもよりますが、ネットワークの遅延時間は全 体からみると微々たるものになることは多い • ボトルネックに引きづられて遅くなる、改善するとボトル ネックが別の場所に変移する 41
- 44. 44
- 45. アプリケーション例 45 地球規模のリアルワールドARプラットフォームの開発 - Niantic blog より引用 https://nianticlabs.com/ja/blog/nrwp-update/ 例えば、ARでの複数人の対戦ゲーム 例えば、VRでピンポンゲーム CEDEC講演「5Gでゲームはどう変わる？〜そろそろ気にしておきたい5G最前線〜」 https://www.slideshare.net/5ginnovation/5g5g-170219938
- 46. ARゲームでの複数人対戦 46 Codename: Neon - Real World Multiplayer AR Demo • 最大6人のリアルタイムバトル • スマホ画面を介して地面に落ち ている「光」を回収して、それ をタップ操作で相手にぶつけて ポイントを競う 画像引用：https://www.telekom.com/en/media/media-information/archive/worlds-first-mobile-edge-mixed-reality-multi-gamer-experience-564004
- 47. ARでの複数人の対戦ゲーム 47 地球規模のリアルワールド ARプラットフォームの開発 - Niantic blog より引用 https://nianticlabs.com/ja/blog/nrwp-update/
- 49. VRでピンポンゲーム 49
- 51. VRでピンポンゲーム 51
- 52. VRでピンポンゲーム 52
- 53. VRでピンポンゲーム 53
- 54. VRでピンポンゲーム 54
- 55. VRでピンポンゲーム 55