クラウドネイティブおよびエッジコンピューティングは、過去2年間で非常にホットな技術トピックです。第10回クラウドコンピューティング標準およびアプリケーション会議で、AlibabaCloudのシニアテクニカルエキスパートであるXiongYingは、「コンバージドおよびコラボレーティブシステムに基づくエッジクラウドネイティブアーキテクチャの進化」を共有しました。 「そして実践」では、エッジコンピューティングとエッジクラウドネイティブの技術分野でAlibaba Cloudの現在のシステムアーキテクチャの進化を紹介することで、クラウドネイティブとエッジコンピューティングを組み合わせたシナリオのビジネス状況について考えていることをみんなに知らせてください。
概要概要
近年、エッジコンピューティングの開発は非常に急速であり、その定義はさまざまな標準や資料で見ることができます。ここにいくつかの基本的な概念の要約を示します。
【原点】
エッジコンピューティングの概念の起源は比較的長い期間にさかのぼることができますが、実際の上昇は主に5Gの開発によるものです。4Gの開発はモバイルインターネットの爆発的な増加を引き起こしたため、エッジコンピューティングは5Gの時代に大きな期待を寄せられています。新しい業界トラックになります。一方、5G標準3GPPで定義されている3つの主要なシナリオ、広い帯域幅、低遅延、および広い接続性により、あらゆる側面からエッジコンピューティングのアプリケーションシナリオが強化され、結果として通信が強化されます。インフラストラクチャの変革により、コンピューティングはさらに沈下しました。インターネットからコアネットワーク、アクセスネットワークに至るまで、コンピューティングはますますユーザーに近づいています。
【定義】
エッジコンピューティングの定義に関しては、さまざまな分野と視点で、オペレーター、クラウドサービスベンダー、およびハードウェアベンダーがエッジコンピューティングのさまざまな定義を持っています。アリババクラウドのエッジクラウド標準では、エッジクラウドの定義は次のとおりです。端末（人と物）に近いネットワークノードで、分散型、定義可能、スケジュール可能、標準のオープンで安全なコンピューティングプラットフォームとサービスを提供します。目標は、クラウドの境界を拡大し、コンピューティングと接続を物事に近づけ、それをすべての相互接続の基礎にすることです。
【特徴】
中央の雲と比較すると、エッジノードは分散してマルチレベルであり、地域レベルだけでなく、県レベルや公園レベルでもノードが多く、ボリュームが少ないです.5Gシナリオでは、さらに沈みます。アクセスネットワークにとって、クラウドとエッジの間のネットワーク、およびエッジとエッジの間のネットワークはすべてインターネットチャネルである可能性があります。
【チャレンジ】
大規模で分散した異種のエッジノードリソースの特性は、ビジネスに大きな課題をもたらします。複数のネットワーク入口は、統合されたトラフィック監視と柔軟なスケーリング戦略が利用できないことを表しています。ノードが多すぎるがサイズが小さい、これは、単一のクラスターの弾力性は弱いが、全体的な弾力性は強いことを意味します。大規模なノードの管理とインターネットのネットワーク環境は、高可用性、災害復旧、移行などに大きな影響を与えます。
一般的に、新しいインフラストラクチャの提案とレイアウトにより、5G、Internet of Things、およびインダストリアルインターネットが大きな注目を集めています。5Gの商業化と産業化の加速により、基盤となるインフラストラクチャがより成熟しました。今年は、クラウドアプリケーション、クラウドゲーム、インタラクティブエンターテインメント、産業用インターネット2.0など、多数の新しい産業が生まれました。技術アーキテクチャ全体の急速な変化と進化を促進します。
インフラストラクチャの進化
まず、エッジインフラストラクチャの進化を紹介しましょう。AlibabaCloudは、ビジネスフォームに応じて3つの段階を定義しています。
最初の段階は、エッジクラウドの準備ができていることです。この段階では、ユーザーは物理マシンで実行されているアプリケーションを仮想化環境に移行するだけです。このプロセスはコスト削減によって推進されます。ユーザーが自分でノードを構築する必要はありません。基盤となる物理設備の運用と保守は、処理のためにエッジクラウドに転送され、アプリケーションの開発と運用と保守の方法に大きな違いはありません。
第2段階は、エッジクラウドネイティブです。ユーザーは、全体的な所有コストをさらに削減し、システム機能とR＆D効率を向上させ、標準化された自動化された方法を使用して、リソースの管理、アプリケーションの提供、システムの運用と保守を行うことを望んでいます。ユーザーは、K8Sに基づいて詳細な開発と保守を行います。カスタマイズ、エッジリソースの統合、エッジの特性への適応、およびその上に独自のPaaSプラットフォームを開発および構築して、内部ビジネスでの使用を提供します。
誰もが最初の2つの段階に精通している必要があります。これらは、中央クラウドの進化プロセスに似ています。
第3段階は、エッジ統合とクラウドネイティブであり、比較的新しい概念と見なす必要があります。これは、Alibaba Cloudが実際に調査および定義した段階であり、ユーザーのビジネス思考と組み合わされています。
拡張するには、エッジは分散した大小のリソースと複雑なネットワーク条件によって特徴付けられるため、ユーザーはいつでもインフラストラクチャの安定性に注意を払い、サービスとデータを切り替えて移行する必要があります。さらに、柔軟性が強くないため、ユーザーはビジネスをオンデマンドで使用することも困難です。さらに、技術アーキテクチャにさまざまなエッジ機能を統合するには、ユーザーがK8Sをさらに深く理解し、開発機能をカスタマイズする必要があります。要約すると、ユーザーは基礎となるリソース、インフラストラクチャ、さらには在庫、水位、計画などを認識する必要があり、技術的な課題とビジネスをエッジに沈めることの難しさは大きいです。エッジコンバージェンスクラウドネイティブでは、ユーザーはエッジの基盤となるインフラストラクチャ機能を気にする必要がなく、柔軟性があり、可用性が高く、オンデマンドで使用できるという機能を利用できます。エッジコンバージェンスクラウドネイティブは、異種リソース、マルチクラスター、およびインベントリの水位のエッジ特性をシールドする必要があります。リソーススケジューリング、エラスティックスケーリング、およびマルチレベルコラボレーションの機能を促進および開放します。クラウドネイティブの優れたスケーラビリティを使用して、リソースを統合します。 、抽象化およびマージする機能。同時に、一般的なビジネスシナリオおよび新しいビジネスシナリオに統一された標準インターフェイスカプセル化を提供する必要があります。これらの機能をユーザーにリリースします。
システムアーキテクチャの進化
技術アーキテクチャの進化の実践では、今のアイデアに従って階層設計も実行します。
インフラストラクチャ層：異種リソース管理、マルチレベルネットワークアーキテクチャ、および統合ストレージフォームの機能を備えており、基盤となるリソースの統合と管理、統合された生産、および抽象的なシールドの問題を解決します。
クラウド側のコラボレーション層：コンピューティング、ストレージ、およびネットワークフローが可能さまざまな機能とシステムコラボレーションの問題を解決するためのクラウドサイド、エッジサイド、およびマルチクラウドコラボレーション機能を備えた機能。
プラットフォームエンジンレイヤー：リソース、コンポーネント、アプリケーション、スケジューリング、オーケストレーションの機能を解決するためのエッジクラウドネイティブ抽象統合機能を備えた機能統合と統合の問題;
ビジネスシナリオレイヤー：開発者の生態学的な閉ループの問題を解決するために、統合されたインターフェイス、ビジネスの沈殿、およびシナリオの深化の機能があります。
5Gテクノロジーとインフラストラクチャの継続的な進化と改善、および革新的なサービスの開発により、システムアーキテクチャも進化し、それに応じて変化することが期待できます。
それは常に紙の上で浅いです、そして私はそれをする方法を絶対に知っています。次に、Ying Xiongは、Alibaba Cloudの実際のビジネス慣行を紹介することにより、各レイヤーの機能と設計を1つずつ説明しました。
アプリケーションケース-ステートレスアプリケーション
このシナリオは、主にタスクベースのサービス（圧力テスト、ダイヤルテスト、オフライントランスコーディングタスクなど）、またはピアツーピアネットワークシステム（P2P伝送ネットワーク）などを対象としています。これらのタイプのサービスには、弾力性のあるスケーラビリティとコストは非常に敏感ですが、場所と高い可用性の要件は高くありません。エッジシングルノードの柔軟性は弱いが、グローバルリソースの柔軟性は高いため、このシナリオは、エッジコンピューティングインフラストラクチャの機能をテストする典型的なアプリケーションシナリオです。アーキテクチャに関しては、グローバルリソースの統合されたインベントリ、統合されたスケジューリング、および協調的なオーケストレーション機能が必要です。コンピューティングフォームに関しては、さまざまなシナリオに対応するために、仮想マシン、コンテナ、セキュアコンテナなどの複数のフォームの統合コンピューティングをサポートする必要があります。リソースインベントリに関しては、統合されたリソースプールが必要です。スケジューリングとオーケストレーションに関しては、調整された統合されたスケジューリング機能もあります。これにより、イベントのトリガーとトラフィックバーストのシナリオに柔軟性を提供できます。オンデマンドで拡張して使用する機能も、ユーザーのコストを大幅に削減できます。
アプリケーションケース-ステートフルアプリケーション
このシナリオでは、コンピューティングと柔軟なホスティングに加えて、ビジネスはドメイン名とスケジューリングもホストしました。さらに、ビジネスの複雑さのために、アーキテクチャはますます複雑になっています。まず、単一のクラスターで、システムを複数の独立して動作するマイクロサービスに分割する必要があります。次に、複数のマイクロサービスは、それらの間およびそれらの間で相互オーケストレーション依存関係を持ちます。第3に、クラウドとエッジの間（管理と制御およびビジネス間、エッジとエッジ（クラスターとクラスター）の間の協調通信が必要になります。最後に、ドメイン名とトラフィックスケジューリング、SLB、データベース、ミドルウェア、その他の一般的な機能とコンポーネント統合要件を追加します。この観点から、エッジでのアプリケーションシナリオは、中央クラウドでのアプリケーションと同じくらい複雑であり、同時に、エッジは分散型、マルチクラスター、および幅広いスケジューリング特性です。分散型クラウドコンピューティングは、このシナリオのより適切な説明です。
アーキテクチャの観点からビジネスニーズを解決するにはどうすればよいですか？インフラストラクチャの下部には、分散SLB、分散DBなどの製品機能が含まれます。ネットワーク機能に関しては、プログラム可能で構成可能なクラウド側およびエッジ側オーバーレイネットワーク機能が追加されます。コラボレーションレイヤーでは、クラウド側コラボレーション、サイドバイサイドコラボレーション、トラフィックとリソースの動的バランスもコア機能です。エンジンレイヤーでは、大規模なノード管理とビジネス解決によって導入されたK8Sマルチクラスター管理フェデレーション機能など、エッジに適応するクラウドネイティブ機能を詳細に開発する必要があります。マルチテナント分離VirutalCluster機能、マイクロサービスアーキテクチャでのサービス検出と協調通信を解決するサービスメッシュコンポーネント、エッジ仮想ネットワーク、仮想ストレージなどに適応するCNIおよびCSIコンポーネント。
Xiong Ying：「分散型クラウドコンピューティングの概念には、まだあまり多くの標準と仕様がありません。複雑なアプリケーションを分散化する必要がある場合は、多くのシステムアーキテクチャの変換と適応作業を行う必要があります。クラウドへの取り組みの方向性は、より多くのプラットフォーム機能を蓄積し、開発エコロジーの閉ループを形成して、分散型クラウドコンピューティングが簡単にエッジに到達できるようにすることです。」
アプリケーションケース-ターミナルクラウド
このビジネスシナリオは、通常、クラウドゲームとクラウドアプリケーションの2つの領域で、非常に暑いです。ビジネスが端末で実行するシステムまたはアプリケーションは、端末のコストを削減し、高品質のサービスへの参入の障壁を下げるために、クラウドでホストされます。エッジコンバージェンスクラウドネイティブでは、基本的な概念の変更があります。リソースホスティング、アプリケーションホスティングからデバイスホスティング、ロケーションフリーホスティングへ。インフラストラクチャ層とエンジン層では、リソースは最初にさまざまな異種リソース用にカプセル化され、統合された標準仮想化リソースの層が抽象化されてセキュリティと分離機能が提供されます。ビジネス層では、別の層が実装されます。カプセル化はリソース属性をシールドし、リソースの概念を提供しなくなります。代わりに、機器の概念が置き換えられます。同時に、コラボレーティブコンピューティング、コラボレーティブストレージ、およびコラボレーティブネットワークの機能がコラボレーションレイヤーに追加され、仮想デバイスが流れるようになります。ビジネスでは、従来の意味でのアプリケーションとリソースの概念はわかりませんが、デバイスデータ、デバイスアプリケーション、デバイススケジューリングなど、1つの仮想デバイスの管理機能と制御機能しか見ることができません。
ここでデジタルツインの概念を強調するために、Xiong Ying氏は次のように述べています。InternetofEverythingの時代には、すべての物理端末の背後に、データキャリアまたはシステムの拡張のいずれかであるエッジクラウド上にシャドウ端末が最終的に存在します。
アプリケーションケース-超クリアビデオ
このシナリオはまだ技術調査の段階にあり、実際に5GMECノードに沈むシナリオです。5G分野で複製可能な一般的な技術アーキテクチャモデルを作成できることが望まれます。このシナリオで最も重要なことは、調整レイヤーとオペレーターのMECシステムのリソース調整、トラフィックスケジューリング、ネットワークシャント調整機能を開くことができることです。5G / MECの時代では、コンピューティング能力は低下し続けています。アクセスネットワーク、MECノードでは、DNSプロトコルなどの一般的なプロトコルは正確なスケジューリング要件を満たすことができません。一方で、スケジューリングでは、端末の正確な地理情報に基づいて決定を下す必要があります。また、ビジネス需要のシナリオに応じて決定を下す必要があります。たとえば、測位やAR / VRなどの非常に高いリアルタイムサービスの場合、リアルタイム要件を満たすためにアクセスコンピュータルームに配置されます。ビデオ分析などの高い伝送帯域幅により、ビジネスを節約できます。クラウドゲームのより高度なリアルタイムサービスは、機能とリアルタイムの両方のニーズを考慮して、コンバージドコンピュータールームに配置されます。一方、ヘビーコンピューティング/大容量ストレージビジネスは、リコンバージェンスコンピュータールームまたはコアコンピュータールームに配置されます。マルチレベルコンピューティングとマルチレベルネットワークの設計により、システム全体の機能は、より強力で豊富です。
エッジコンバージドクラウドネイティブは、さまざまなサービスのニーズを満たすために、サービスの遅延とコンピューティング機能の要件を考慮しながら、シナリオに基づいてサービスの展開場所を柔軟に選択することを望んでいます。もちろん、これらの機能はカプセル化および抽象化されて上位層に提供される必要があり、ユーザーと企業は基盤となるインフラストラクチャの複雑さを認識してはなりません。
総括する
5Gの時代には、ターミナルクラウド、VR / AR、エッジAI、産業用インターネット、スマート農業のアプリケーションシナリオが徐々に爆発的に拡大します。一部の独自の分野では、すでに重量のあるアプリケーションシナリオが登場していますが、一般的なインターネットテクノロジーの分野では、実際の5GKillerアプリケーションはまだ登場していないか、5Gテクノロジーとインフラストラクチャを真に組み合わせた技術アーキテクチャはまだ進化していません。Ying Xiongは、共同構築と協力を通じてマルチレベルネットワークのリソースを統合およびスケジュールし、クラウドネイティブテクノロジーに基づいてクラウドエッジの実際の接続とコラボレーションを実現し、業界にオープンで標準的なクラウドエッジを提供できるエッジコンピューティングプラットフォームを非常に楽しみにしています。コラボレーションとクラウドネットワーク統合機能により、より多くのアプリケーションを簡単にエッジに沈め、Internet ofEverythingの時代を実現できます。
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