×

Поиск возможностей монетизации 5G-сервисов через применение кросс-доменной оркестрации сквозных сетевых слоев

Август 2020 года

Аналитический Отчет (полная версия)

Запросить стоимость полной версии исследования: news@json.tv

Аналитический Отчет (полная версия)

Поиск возможностей монетизации 5G-сервисов через применение кросс-доменной оркестрации сквозных сетевых слоев
Поиск возможностей монетизации 5G-сервисов через применение кросс-доменной оркестрации сквозных сетевых слоев
Август 2020

Поиск возможностей монетизации 5G-сервисов через применение кросс-доменной оркестрации сквозных сетевых слоев

Август 2020 года

Зарегистрируйтесь или войдите, чтобы скачать PDF-версию Информационного бюллетеня

Скачать

+7 926 561 09 80; news@json.tv

Пишите, звоните, если есть вопросы

В отличие от предыдущих стандартов сотовой связи – 3G и LTE (4G), внедрение 5G требует решения принципиально новых технических и экономических задач, одной из наиболее сложных и чувствительных из которых является задача выстраивания новых принципов экономических отношений между провайдерами различных видов виртуализованных сетевых и вычислительных ресурсов. 

 

Эта задача, практически неизвестная в отличие от широко обсуждаемой темы выделения частотного ресурса, становится чрезвычайно актуальной после выхода в июле 2020 года основного релиза стандарта 5G – релиза 16 3GPP, где введено понятие сквозного (end-to-endE2E) сетевого слоя, охватывающего все сетевые и вычислительные домены, необходимые для передачи и обработки трафика между элементами распределенных приложений, и, соответственно, понятие кросс-доменной оркестрации.

 

Компания Json & Partners Consulting представила на международной научной конференции IEEE «ICCCN 2020» исследование развития технико-экономических принципов кросс-доменной оркестрации сквозных сетевых слоев, открывающее дорогу к практической реализации принципов цифровой экономики, необходимых для полноценного внедрения 5G. Презентациядоклада «Slicenomics: how to provide cost-based intra and inter-slice resource management?» доступна по ссылке, а публикация выступления будет доступна в глобальной библиотеке научных публикаций IEEE XPlore после загрузки материалов конференции.

 

Для общественного обсуждения результатов исследования и представленного видения, Json Partners Consulting совместно с Ассоциацией Интернета Вещей планирует проведение серии круглых столов с потенциальными индустриальными потребителями E2E-слоев, в ходе которых планируется выявить степень заинтересованности в таком подходе наиболее продвинутых с точки зрения цифровизации своего бизнеса компаний и организаций.

 

Ожидаемый практический результат этого обсуждения – планирование пилотных проектов 5Gс конкретными предприятиями, потенциально заинтересованными в новых возможностях цифровизации предоставляемых концепцией сквозных сетевых слоев.

 

Кроме того, само исследование и его общественное обсуждение представляет особый интерес с точки зрения анализа происходящих процессов цифровой трансформации отраслей национальной экономики, поскольку динамическую оптимизацию ресурсов различных доменов, выделяемых сквозным слоям, следует рассматривать как один из примеров принципиально новых взаимоотношений в формирующейся цифровой экономике.

 

Что такое сеть 5G, сервис 5G и абонент сети 5G?

 

Сеть 5G, согласно определению в стандарте 3GPP – это новая радиосеть 5G RAN и управляющее ею ядро 5GC. Проблема ложного восприятия 5G исключительно как сети радиодоступа состоит в том, что сервис 5Gне равен сети 5G. Под сервисом в сети 5G понимается не просто передача подключенного к радиосети трафика абонентского устройства, как в сетях предыдущих поколений. Сервис 5G, принципиально отличающих это поколение сетей от предыдущих, – это передача и обработка трафика в сквозном сетевом слое, выделенной виртуальной сети, охватывающей не только сеть радиодоступа, но и простирающемся на другие домены – транспортную и магистральную сети, граничные дата-центры (Multitenancy EdgeComputingMEC) и корневые дата-центры (Рис. 1 ниже). При этом на уровне сетей доступа может использоваться не только 5G RAN, но и другие технологии доступа – проводной доступ, фиксированный беспроводной, спутниковый.

 

Рис. 1. Сквозной слой и необходимые ему ресурсы (домены)

 

Это новое видение сервиса, представленное в Релизе 16 3GPP, стало необходимо ввиду того, что уже в настоящее время более 95% трафика в сетях связи представлено трафиком распределенных приложений, имеющих как минимум множество клиенстких и серверную часть (App (UE) и App Server на рисунке ниже), а как максимум – еще и распределенную серверную часть приложения, как, например, многие платформы Индустриального Интернета Вещей.

 

Рис. 2. Распределенное приложение как потребитель сквозного сетевого слоя и сетевые домены как поставщики ресурсов для инстанса сетевого слоя

 

Требования приложений к сетевым и вычислительным ресурсам существенно отличаются друг от друга и меняются во времени, например, в зависимости от изменения пользовательской нагрузки на приложение. Это означает, что E2E-слой не только должен предоставить распределенному приложению достаточные для его нормальной работы сетевые и вычислительные ресурсы с требуемым качеством, но и быть способным делать это «по требованию», динамически адаптируясь под меняющиеся во времени потребности приложений. Ожидается, что количество сетевых слоев будет примерно соответствовать количеству уникальных приложений, которое в настоящее время уже исчисляется сотнями тысяч.

 

Для сквозных слоев возникает крайне сложная проблема динамического выделения слою различных видов виртуализованных ресурсов, операторами/провайдерами которых являются различные независимые друг от друга хозяйствующие субъекты. При этом, как отмечено выше, количество слоев может потенциально исчисляться сотнями тысяч и даже миллионами. Если не решать задачу динамической оптимизации выделения ресурсов слоям, то, по данным научных исследований, «слоеной» сети потребуется до 10 раз больше ресурсов чем «неслоеной» даже при малом количестве слоев в ней (несколько десятков), что сделает сервисы на основе сквозных слоев неконкурентыми по цене относительно неуправляемых сервисов на основе существующих сетей.

 

Для решения этой задачи необходима кросс-доменная оркестрация (оптимизация) E2E слоев и предоставляющих им ресурсы доменов – см. Рис. 3, технологические и, что еще сложнее, экономические принципы которой только предстоит заложить. Все, что сказано в стандартах на эту тему – это пока лишь лаконичное: «…Система управления описанная в стандарте 3GPP осуществляет процесс оптимизации основываясь на информации полученной на Шаге 1. Целью процесса является найти оптимальную конфигурацию потребления ресурсов при условии выполнения требований приложения-заказчика слоя…».

 

Рис. 3. Пример организации управления мобильной сетью с поддержкой сетевых слоев

Рассматривая задачу кросс-доменной оркестрации как ключевую для экономического успеха запуска 5G сервисов, специалисты J’son & Partners Consulting совместно с представителями ряда научных организаций разрабатывают практические подходы к ее решению, в том числе в рамках выполненных в последнее время работ по подготовке стратегий внедрения сетей 5G.

 

Эта работа еще далека от своего завершения, тем не менее, в статусе «work in progress» она была представлена на прошедшей в онлайн-режиме в период с 3 по 6 августа международной научной конференции «The 29th International Conference on Computer Communications and Networks» (ICCCN 2020 http://www.icccn.org/index.html), что по времени совпало с выходом основного релиза стандарта 5G - Релиза 16 3GPP, в котором были впервые сформулированы понятия сквозного слоя, доменной и кросс-доменной оркестрации, и индустриального пользователя такого слоя – распределенного приложения. Очевидно, что «легализация» этих понятий в основном релизе 5G придаст мощный стимул к практическому их воплощению в пилотных и коммерческих проектах для различных индустрий.

 

Разработка и практическая реализация принципов кросс-доменной оркестрация важна еще и потому, что эта работа выходит далеко за пределы телекоммуникационной отрасли. Она закладывает основы автономного взаимодействия любых кибер-физических систем на экономических принципах, то есть взаимодействия кибер-физических систем как независимых хозяйствующих субъектов, в которых системы-поставщики динамически определяют цену на свои ресурсы, предоставляемые системам-потребителям как сервисы (функции), а системы-потребители определяют объем закупаемых сервисов (функций) и необходимый им SLA, и все это происходит без несосредственного участия человека.

 

Рис. 4. Виды экономических отношений в традиционной и цифровой экономике

 Базовые принципы кросс-доменной оркестрации

 

Предлагаемый к реализации экономический механизм взаимодействия E2E-слоя как потребителя ресурсов и доменов как поставщиков ресурсов основан на предположении о том, что может существовать более одной конфигурации E2E-слоя, удовлетворяющей техническим требованиям со стороны заказчика слоя – распределенного приложения.

 

В этом случае, в качестве основного экономического механизма балансировки спроса на ресурсы доменов, может быть использован эффект эластичности спроса на ресурсы к цене, определяющей насколько изменение цены влияет на изменение спроса на ресурс. При этом динамика цены должна быть привязана к исторической и прогнозной динамике загрузки ресурсов домена – при прогнозируемом исчерпании ресурсов домена цена должна нелинейно возрастать, что послужит триггером для системы управления E2E-слоем на изменение его конфигурации, снижающей нагрузку на перегруженный домен. 

 

Требующая практического подтверждения гипотеза состоит в том, что в этом случае равновесие Нэша может быть достигнуто когда загрузка ресурсов всех доменов близка к 100%, и при этом выполняются все заявки E2E-слоев как по объему предоставляемых им ресурсов, так и по их качественным характеристикам. Соответственно, система, включающая E2E-слои и предоставляющие им ресурсы домены находится в близком к наиболее оптимальному состоянии. 

 

Основные принципы взаимодействия кибер-физических систем, для которого достижим баланс Нэша, должны быть следующими:

·       Только игра с положительной призовой суммой (в терминах теории игр),

·       Только peer-to-peer взаимоотношения, отсутствие иерархии,

·       Замена констант и ограничений управляемыми переменными.

 

При взаимодействии кибер-физических систем, каждая из которой имеет в своем составе оптимизатор, игра с нулевой или отрицательной призовой суммой невозможна, поскольку разрушает эффективность оптимизаторов взаимодействующих систем. Так, например, в случае кросс-доменной оптимизации эффективность кросс-доменного оптимизатора зависит от эффективности оптимизаторов доменов, и наоборот, а эффективность оптимизатора приложения-заказчика E2E слоя зависит от эффективности оптимизатора E2E слоя и наоборот (Рис. 5).

 

Рис. 5. Кросс-доменная оркестрация как взаимодействие кибер-физических систем

Для исключения возможности игры с нулевой и отрицательной призовой суммой также необходимо отсутствие иерархии, то есть возможности одной системе приказать что-либо другой системе. В цифровой экономике одна система не может приказывать другой системе, один человек не может приказывать другому, и человек не может напрямую приказывать системе, но может менять алгоритмы ее работы в случае наличия у него допуска на эти действия.

 

Замена констант и ограничений управляемыми переменными, выражающаяся в принципе предоставления ресурсов по требованию с измеримым и программно управляемым качеством, необходимо чтобы иметь возможность находить конфигурации взаимодействия, обеспечивающие баланс интересов взаимодействующих систем, то есть иметь более одной конфигурации, удовлетворяющей техническим требованиям системы-заказчика. Так, например, бюджет по E2E задержке (latency) может быть распределен между доменами в разной пропорции в зависимости от текущей и прогнозной способности каждого из доменов выдержать этот бюджет, а загрузка вычислительных ресурсов может балансироваться между корневыми и краевыми дата-центрами путем перемещения инстансов приложений и служебных функций между ними. То есть параметры задержки и потребного объема вычислительных ресуросов для каждого из доменов E2E-слоя переводятся из категории ограничений в категорию управляемых кросс-доменным оптимизатором параметров.

 

Для сетей связи и вычислительных сред третий принцип реализуется путем использования технологий виртуализации всех видов задействуемых ресурсов и программного управления ими, а первые два – в виде логики работы систем оптимизации, осуществляемой посредством MANO-платформ и приложений для SDN-контроллеров.

 

Для упрощения и, соответственно, удешевления оптимизаторов они должны иметь специализацию. Собственно, слой – это не только кастомизированные под конкретное приложение или набор приложений управляемые характеристики и допустимые диапазоны их значений, но и специализированная логика работы оптимизатора, наиболее хорошо подходящая к перечню управляемых характеристик и диапазонов их значений. Такая специализация оптимизаторов формирует основу для реализации принципа разделения труда в цифровой экономике, который мы называем Slicenomics

 

Апробация в отраслях

 

Введение понятия E2E слоя меняет базовые понятия границ сетей – локальных (LAN) и глобальных (WAN), поскольку позволяет индустриальным потребителям создавать собственные гибко настраиваемые сети не ограниченные отдельными локациями (доменами). Это, в свою очередь, дает возможность разработчикам и пользователям иначе посмотреть на архитектуру и принципы развертывания приложений, как транзакционных и аналитических (ИТ), так и OT-приложений реального времени (АСУТП, MES), и на принципы обеспечения их безопасности и работоспособности.

 

Основанный на сквозных слоях взгляд на сети связи и их роль как интегрированную среду для распределенных приложений является принципиально новым и требует длительного, многолетнего периода отработки, особенно в случае использования для промышленных приложений реального времени. Задачи, решения для которых предстоит найти, носят как технический характер - требуется изменение архитектуры приложений вплоть до использования распределенных баз данных, пересмотр базовых понятий разграничивающих зоны ответственности между внутренней ИТ-службой и ИКТ-провайдерами и многое другое, так и экономический, ввиду необходимости реализации принципов цифровой экономики при предоставлении и использовании услуг, основанных на сквозных сетевых слоях.

 

Это, в свою очередь, требует интенсивного диалога с индустриями, который планируется начать уже в августе этого года серией круглых столов, на которые мы приглашаем всех заинтересованных лиц.

 

Как отмечено выше, выработанные принципы взаимодействия доменов при формировании сквозных слоев могут быть использованы и для огранизации взаимодейстия любых других кибер-физических систем. Так, например, уже сейчас они могут быть использованы для ценозависимого управления конечным энергопотреблением (demand response), управления пулами транспортных средств, управления инженерными системами зданий и сооружений и для множества других применений.

 

____________________________________ 

 

Информационный бюллетень подготовлен компанией J'son & Partners Consulting. Мы прилагаем все усилия, чтобы предоставлять фактические и прогнозные данные, полностью отражающие ситуацию и имеющиеся в распоряжении на момент выхода материала. J'son & Partners Consulting оставляет за собой право пересматривать данные после публикации отдельными игроками новой официальной информации.