分散型クラウドとは、プロバイダーが地理的に分散した環境においてお客様にリーチし、レイテンシーに敏感なサービスや位置情報に基づくサービスを提供することを可能にするアーキテクチャです。これには、パブリッククラウドベースインフラ上で動作するサービスの一元管理された分散提供が含まれ、パブリッククラウドだけでなく、プライベートハイブリッドクラウドやマルチクラウド環境にも対応しています。地理的に分散したクラウドを運用することで、パフォーマンス、コンプライアンス、エッジコンピューティングの要件を最適に満たすことが可能になります。

クラウドコンピューティング

クラウドコンピューティングとは、ストレージやコンピューティング能力を含むコンピュータシステムのリソースが、ユーザによる能動的な運用管理を必要とせず、オンデマンドで可用になることを指します。これには、ユーザのコンピュータ、タブレット、携帯電話、またはシステムからアクセス可能な、コンテンツ、ストレージ、データベース、コンピューティング、セキュリティなど、さまざまなネットワークの構成要素の利用可能性が含まれます。

分散クラウドは、無線アクセスネットワークなどの機能をサポートすることができます。

クラウドコンピューティングは分散型システムですか？

クラウドコンピューティングは、機能が複数のデータセンターに分散している分散システムとなり得ます。データセンター内、場合によってはデータセンター間でリソースを共有することで、クラウドサービスプロバイダーはリソースをプールし、規模の経済を実現することができます。

分散コンピューティングとクラウドコンピューティングの違い

クラウドコンピューティングと分散コンピューティングは、いずれもリソースのプール化やオンデマンドでのリソース可用性という利点があり、分散的な要素を含む場合があります。しかし、分散クラウドは、パブリッククラウド、ハイブリッドクラウド、エッジコンピューティングの要素を組み合わせることで、コンピューティング能力——そしてクラウドコンピューティングの利点——をユーザーにより近い場所に提供します。その結果、ユーザーは遅延に敏感なユースケースや場所に依存するユースケースを活用できるようになり、クラウドの適用範囲とユースケースの両方を効率的に拡大することができます。

クラウドコンピューティングの種類

通信サービスプロバイダがネットワークを進化させる上で、一つの戦略として、従来は通信機器メーカー（TEM）が提供する特定用途向け機器に組み込まれていたネットワーク機能を分離することが挙げられます。この分離（デカップリングとも呼ばれる）により、ハードウェア、インフラストラクチャ、アプリケーションの各要素が個別のものとして切り離されます。 リソースとワークロードを効率的に運用管理するために、これらの要素はすべて分散クラウドネットワークの一部となります。このディスアグレゲートされた分散型モデルは、数多くのエッジユースケースに適用可能です。

無線アクセスネットワーク（RAN）

無線アクセスネットワーク（RAN）は、無線ユーザをコアネットワーク内の機器に接続するために使用されるネットワークインフラです。これには、RAN基地局のために信号を送信、受信、変換する無線ユニット（RU）が含まれます。 その後、ベースバンドユニット（BBU）が信号情報を処理し、コアネットワークへ転送できるようにします。ユーザへメッセージを返信する場合は、このプロセスが逆に行われます。モバイルネットワークは機能するために複数の拠点が必要であるため、このネットワークはデフォルトで分散型RAN（D-RAN）と見なすことができます。従来、これらの機能は、特定用途向けに設計された機器によって実行されてきました。 現在、BBUは分散ユニット（DU）と中央ユニット（CU）に分割されており、これによりRANインフラの設計に柔軟性がもたらされる一方で、デプロイメントコストも削減されています。分散クラウドアーキテクチャは、この点で極めて重要な役割を果たしています。

クラウドRAN（C-RAN）

RANの一種として、クラウドRAN（または一元管理されたRAN）があります。これには、一元管理されたBBUプール、リモートRU（RRU）ネットワーク、および輸送網が含まれます。BBUプールを中央の拠点に配置することで、C-RANはRRUに必要なリソースを提供するとともに、大規模な経済を通じて運用コスト（OpEx）および資本コスト（CapEx）の面でメリットをもたらします。

仮想化RAN（vRAN）

仮想化RAN（vRAN）は、C-RANの一形態であり、BBUプールまたはDU-CU機能を仮想化し、商用サーバー上でソフトウェアとして実行することで、さらに一歩進んだ形態です。

Open RAN（O-RAN）

vRANの次の段階が、Open RAN（O-RAN）です。vRANはすべての要素を同一ベンダーから購入するプロプライエタリなソリューションであるのに対し、Open RANは、RRUとDU間、およびDUとCU間のインタフェースを開放するための仕様を提供します。

マルチアクセス・エッジコンピューティング（MEC）

スケーラブルな分散型クラウドベースインフラを使用して仮想化およびOpen RANをアーキテクチャ設計・デプロイすることは、マルチアクセス・エッジ・コンピューティング（MEC、以前はモバイル・エッジ・コンピューティングと呼ばれていた）を統合するための基盤となります。MECは、セルラー（またはその他の）ネットワークのエッジコンピューティングでクラウドコンピューティングを提供します。MECは、処理タスクを実行し、アプリケーションをユーザーに近い場所で実行することで、ネットワークの輻輳を軽減しつつ、低遅延で位置情報に特化したアプリケーションを実現するためのコンピューティングリソースを提供します。

分散クラウドのレイヤー

Open RAN ネットワーク向けの分散クラウドにおいて、重要な層は以下の 3 つです。

リージョナルデータセンター

リージョナルデータセンターは、大規模なエッジデータセンターです。これらは集約ポイントとして機能し、通常は大都市内またはその近郊に設置され、多くの住民にサービスを提供します。通常、通信データセンターは単一の通信サービス事業者が所有していますが、場合によってはコロケーションデータセンター内で運用されることもあります。これらのセンターは、コンテンツ配信、クラウド、およびモバイルサービスの提供を担っています。リージョナルデータセンターは、バックホールネットワークを介してエッジクラウドに接続されています。

O-RANネットワークにおける分散クラウドは、いくつかの不可欠な層によって構成されています。

エッジクラウド

エッジクラウドは、さまざまなサブクラウドを展開・管理する中央の地域コントローラが配置されるサイトです。このサイトでは、CUに加え、分析機能やニアリアルタイムのRANインテリジェントコントローラ（RIC）などのワークロードが実行されます。ここには、一元管理されたダッシュボード、セキュリティ管理、コンテナイメージレジストリ、ライフサイクルマネージメント、その他の機能が含まれる場合があります。この一元管理されたエッジクラウドは、ミッドホールネットワークを介してファーエッジと接続されています。

ファーエッジクラウド

ファーエッジクラウドはDUを実行しており、ネットワークの進化に伴い、スケールアップしてCUに加えMECアプリケーションも実行できるようになる必要があります。ファーエッジは、フロントホールネットワークを介してRUに接続されています。

分散クラウドプラットフォーム

以下の図は、Wind River® Studio を使用して、スケーラブルでディスアグリゲートされた Open RAN アーキテクチャをどのように展開できるかを示しています。最大のクラウドは、通信事業者がさまざまなエッジサイトおよびファーエッジサイト向けのサブクラウドを展開・運用できるようにする、中央の地域コントローラを表しています。この中央コントローラは、CU、分析機能、リアルタイム RIC などのワークロードを実行します。 より小さなクラウドは、ファーエッジ（左）の非常に小規模な単一ノードから、マルチノードのエッジサイト（右）までスケーリングできる必要があるネットワークサブクラウドを表しています。サイトに必要なサイズとリソースは、物理的なサイトの制約、およびDUや、場合によってはCU、あるいはMECやその他のアプリケーションといったワークロードを実行する必要性と機能によって決定されます。

図1. Wind River Studio を使用した、スケーラブルでディスアグリゲートされた O-RAN アーキテクチャ

新しい5Gおよびエッジのユースケースは、低遅延の応答時間に大きく依存しています。

信頼性

ネットワーキング・通信/通信ネットワークには、通常99.999％（ファイブ・ナインズ）という極めて高い稼働率が求められており、これは従来の機器によって実現されてきました。分散クラウドのO-RANモデルが導入されるにつれ、ソリューションの各要素がその稼働率を維持することが不可欠となります。通信サービス事業者が顧客とのSLA（サービスレベル契約）を確実に履行するためには、インフラストラクチャはファイブ・ナインズを上回る稼働率を実現しなければなりません。

低遅延

新しい5Gおよびエッジのユースケースは、低遅延の応答時間に大きく依存しています。低遅延の実現は、コンピューティングをエッジへ移行させるための重要な推進要因です。信頼性と同様に、インフラストラクチャは、アプリケーションおよびハードウェアに遅延予算を確保するために、超低遅延を提供する必要があります。さらに、分散型RANの場合、より低くディターミニスティックなDU遅延が実現されることで、通信サービス事業者はリソースのプール化をより効率的に行い、より少ないサイト数でより広いカバレッジを確保できるようになります。

スケーラビリティ（動的スケーリング）

分散クラウドモデルへの移行を推進する主な要因は、デプロイメントの柔軟性とコスト削減を実現することです。この取り組みにおける重要なポイントは、新しいサービスや容量の追加が必要になった際に、ネットワークを拡張できる機能です。動的スケーリングにより、エッジサイトは、ネットワークを停止させることなく、単一のDUのサポートから、複数のDU、場合によってはCU、さらにMECやその他のアプリケーションのサポートへと移行することが可能になります。

柔軟性

分散クラウドは、通信サービス事業者に、ニーズに応じてネットワークのデプロイメントを行うための幅広い選択肢を提供します。ファーエッジサイトを運用するために必要なのは単一のノードだけの場合もあれば、高可用性アプリケーションには2つのノードが必要な場合もあります。あるいは、要件を満たすために特定のサイトに追加のサブクラウドが必要になる場合もあります。 この柔軟性は、テクノロジープロバイダーにも及びます。O-RANの分散型モデルを採用すれば、通信サービス事業者はすべてを単一のプロバイダーに依存することなく、必要に応じてソリューションの要素を交換することができます。

セキュリティ

分散クラウドにおいては、物理的なセキュリティが限られている可能性のあるネットワークエッジ環境に特化した、統合されたソフトウェアセキュリティ機能が求められます。必要なセキュリティ機能の例としては、証明書管理、Kata Containersのサポート、署名付きコンテナイメージの検証などが挙げられます。

ディスアグリゲーション

ディスアグレゲーションとは、ハードウェア、インフラストラクチャ、およびアプリケーション層の分離を指します。従来、通信機器はすべての要素が1台の機器に統合された状態で提供されていました。これらの機器はその機能において極めて優れていましたが、通信サービス事業者はすべての要素について、実質的にネットワークの耐用年数にわたってそのベンダーにロックインされていました。要素を分離することで、通信サービス事業者は特定のニーズに合わせて最適な要素を選択できるようになります。 また、新しいアプリケーションや要素を追加する際、プロバイダーは、その要素がそもそも可用性があるのかを元のベンダーと確認する必要がなく、柔軟性を持って追加することができます。

自動化

クラウドコンピューティングはすでに複雑ですが、分散化やディスアグリゲーションが進むと、その複雑さはさらに増大します。運用コスト（OpEx）を管理するために、サービスプロバイダーは、ゼロタッチでのインフラストラクチャ展開、ソフトウェアのパッチ適用、ヒトレスのアップデートといったタスクを実行する自動化に依存することになります。新しいサービスの追加は、システム運用管理者が構成可能なアプリケーションまたはアプリケーション群を選択し、必要な時に必要な場所に自動的に展開できる、自動化された手順である必要があります。