Il y a plus de 12 ans, nous avons adopté le computing en périphérie, qui constituait un changement de paradigmes, car il rapproche le cloud de la source de la génération et de la consommation des données. Aujourd’hui, le cloud fournit des capacités de calcul et de stockage riches en ressources, une gestion à distance, ainsi que de nouvelles applications et de nouveaux services, car la latence continue à être réduite. Le computing en périphérie est devenu standard, comme l’attestent de nombreuses conférences et ateliers, des milliers de livres de recherche, des articles dans les médias, des thèses et de nombreux produits, notamment ceux de Microsoft.
Il y a des années, dans un article que nous avions écrit, nous indiquions que l’application phare du computing en périphérie était l’analytique vidéo. L’article, tel qu’il a été publié par IEEE, imaginait des caméras et des vidéos partout, une capacité accrue à comprendre ces flux vidéo et à réagir de manière appropriée, de l’analytique vidéo en temps réel à la périphérie. Microsoft continue de croire que l’analytique vidéo à la périphérie sera le service dominant pour le computing en périphérie, tout comme nous l’avions dit il y a de nombreuses années. Depuis, nous avons évolué vers une infrastructure de périphérie et une informatique omniprésente. Ici, l’infrastructure informatique se retrouve tout autour de nous, sous de nombreuses formes : elle travaille pour nous, améliore l’efficacité, nous protège contre les problèmes et nous divertit.
Dans cet article, nous nous concentrons sur l’avenir, notamment sur le computing en périphérie pour les télécommunications, qui constitue la prochaine vague d’innovations et que nous nous devons d’adopter. Microsoft est convaincu que le computing en périphérie pour les télécommunications est le catalyseur qui crée un monde où les secteurs des télécommunications et du cloud s’associent pour éliminer la duplication tout en créant une nouvelle ère d’applications et de services sensibles à la latence.
Activation de réseaux 5G privés avec Azure Private Multi-Access Edge Compute (PMEC)
Un réseau 5G privé est un réseau mobile local. Techniquement, il est identique à un réseau 5G public étendu. Ce réseau de nouvelle génération active des cas d’usage avancés non pris en charge par les technologies Wi-Fi standard actuelles. Par exemple, les réseaux 5G privés peuvent unifier la connectivité et prendre en charge un large éventail de services et d’applications IoT sécurisés propres à l’entreprise.
En juin 2021, Microsoft a dévoilé une nouvelle catégorie de produits pour le secteur des télécommunications, lors de l’annonce de notre solution managée Azure Private Multi-Access Edge Compute (Azure PMEC). Azure PMEC est une solution pour la modernisation des réseaux d’entreprise. Elle est composée d’Azure Stack Edge, du gestionnaire de fonctions réseau Azure, des fonctions de réseau internes et tierces, ainsi que de la facilité de gestion via Azure Arc. Avec ceci, les opérateurs et les partenaires de l’écosystème peuvent facilement et rapidement déployer et gérer des fonctions réseau telles que les cœurs mobiles 5G, les solutions Radio Access Networking (RAN) et les produits WAN à définition logicielle (SD-WAN) directement à partir de la Place de marché Azure. Notre solution de plateforme ouverte permet aux opérateurs et aux intégrateurs système de déverrouiller les opportunités de 5G privé en proposant des solutions gérées et organisées aux entreprises avec la flexibilité d’offres internes et tierces, y compris un choix d’applications sensibles à la latence et RAN.
Dans les secteurs de l’informatique et des télécommunications, nous sommes nombreux à accepter le computing en périphérie comme une innovation architecturale révolutionnaire, qui réduit le temps nécessaire pour traiter le paquet après sa génération à la source. Tous les produits de computing en périphérie qui existent aujourd’hui fournissent cette possibilité, mais Azure PMEC offre encore plus d’avantages. Avec l’émergence de toutes nouvelles implémentations 5G à définition logicielle uniquement, le computing en périphérie évolue pour devenir un élément passionnant de l’infrastructure de création de paquets.
Amalgame entre les réseaux d’accès radio virtuels et le computing en périphérie
La figure ci-dessous illustre l’évolution de l’infrastructure réseau spécialisée et monolithique vers des éléments vRAN (virtualized Radio Access Network) programmables. La fonctionnalité vRAN offre une solution économique pour exécuter le réseau RAN 5G en tant que fonction réseau virtualisée (VNF) sur le matériel standard. Pour implémenter la fonctionnalité vRAN, les opérateurs de télécommunications ont besoin d’une connexion à faible latence entre leur matériel informatique et leur acquisition de signal, ce qui nécessite que le computing en périphérie soit adapté à cette fonctionnalité vRAN.
Il est possible d’implémenter le réseau vRAN sur une hiérarchie d’installations de périphérie. Dans le langage RAN 3GPP, les unités distribuées qui implémentent la fonctionnalité en quasi temps réel du réseau RAN, qui incluent le traitement de la couche physique (souvent appelée L1) et le contrôle d’accès moyen (souvent appelé L2/L3), sont implémentées à « l’extrême périphérie ». Le reste de la pile RAN et le noyau du réseau sont implémentés sur la « périphérie proche ». Nous nous efforçons de fournir cette infrastructure de périphérie aux opérateurs dans le cadre de l’offre de base de Microsoft.
Figure 1 : Évolution architecturale des réseaux RAN et innovations des réseaux 5G.
Malgré cette évolution des réseaux 5G, il reste encore beaucoup à faire. Lorsque vous implémentez des fonctionnalités RAN au niveau des périphéries extrêmes et proches, vous devez décider du nombre de cœurs de serveur nécessaires à la prise en charge d’un nombre donné de sites de cellules. Ce type de problème est facile à résoudre. Les chercheurs en informatique chez Microsoft sont en mesure de déterminer le nombre de cœurs nécessaires pour servir l’appareil client, et ont inventé et développé des algorithmes et des techniques pour permettre la mise à l’échelle, la gestion de l’énergie, la tolérance de panne et le déploiement des fonctionnalités dans les systèmes exécutés. Notez que les cœurs de serveur peuvent être configurés pour aider à la génération de paquets et l’exécution des applications et des services.
Dans ACM SIGCOMM 2021, nous avons publié un document intitulé Concordia: Teaching the 5G vRAN to Share Compute. Comme indiqué dans cette publication, l’une des raisons pour lesquelles la fonctionnalité vRAN est plus efficace que les RAN traditionnels est qu’elle multiplexe plusieurs charges de travail de station de base sur le même matériel informatique. Bien que ce multiplexage offre des gains d’efficacité, plus de 50 % des cycles d’UC dans les paramètres vRAN classiques restent inutilisés.
Ici, la colocalisation de la fonctionnalité vRAN avec des charges de travail à usage général améliore l’utilisation du processeur. Elle permet également de gérer des applications à faible latence sur le même matériel. Cela est important, car les tâches vRAN ont des exigences de latence inférieure à la milliseconde qui doivent être respectées 99,999 % du temps, ce qui est difficile à accomplir avec les systèmes existants.
Microsoft a également créé une infrastructure de planification de l’espace réservé aux utilisateurs pour vRAN. Notre système inclut des modèles de prédiction utilisant des arbres de décision quantile pour décrire les temps d’exécution les plus défavorables des tâches de traitement de signal vRAN. Exécuté toutes les 20 microsecondes, le planificateur ultra-rapide fournit des modèles de prédiction précis, ce qui permet au système de réserver un nombre minimal de cœurs requis pour les tâches vRAN tout en laissant le reste pour les charges de travail à usage général. Évalué sur une plateforme vRAN de référence commerciale, notre conception répond aux exigences de fiabilité de 99,999 % et récupère plus de 70 % des cycles processeur inactifs sans affecter les performances RAN.
Une perspective d’avenir
Le computing en périphérie a été créé conjointement par Microsoft et nos collègues universitaires. Les produits du computing en périphérie ont évolué, car nous ajustons les solutions à de nouveaux ensembles de problèmes que nous résolvons. Au-delà de l’implémentation de l’infrastructure 5G sur le matériel standard, notre logiciel tire parti de nos découvertes les plus récentes dans l’application de techniques Machine Learning pour améliorer les performances de nos nœuds de périphérie. Nous continuons à travailler en étroite collaboration avec nos collègues universitaires et nous siégeons au conseil consultatif de deux centres de recherche nationaux Edge AI financés par la National Science Foundation (NSF) : le Institute for Future Edge Networks and Distributed Intelligence et le Institute for Edge Computing Leveraging Next Generation Networks). Les deux établissements de recherche se concentrent sur le développement de technologies IA dans le cadre du computing en périphérie qui tire parti des réseaux de communication de nouvelle génération pour fournir des services autrefois impossibles.
L’avenir est brillant, car nous sommes sur la bonne voie avec Azure PMEC. L’architecture que nous développons et les produits que nous fournissons rendent le computing en périphérie indispensable, étant donné que chaque paquet du réseau mobile sera traité par un nœud de périphérie, ce qui mène à une grande infrastructure de traitement omniprésente, dont nous n’avons jamais bénéficié auparavant.
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