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Alibaba Cloud Intelligence Group リードソリューションアーキテクト Simon R. Boehmer による記事

はじめに

2024年のアムステルダムで開催された国際放送コンベンション（IBC）で、Rohde & Schwarz (R&S) と Alibaba Cloud は、画期的な5G放送アプローチを示す概念実証（PoC）を発表しました。このPoCでは、Rohde & SchwarzのBroadcast Service and Control Center (BSCC) の仮想化が行われました。BSCCは、4G/5Gネットワーク上でブロードキャストおよびマルチキャストモードでマルチメディアコンテンツを配信するためのソフトウェア定義コアネットワークソリューションです。BSCCをコンテナ化し、Alibaba Cloudインフラストラクチャ上にデプロイすることで、このPoCはクラウドネイティブソリューションがマルチメディアコンテンツ配信におけるスケーラビリティ、柔軟性、効率性をどのように高めるかを強調しました。これにより、コスト、適応性、パフォーマンスに関する主要な課題に対処します。このPoCは、放送業界と通信業界にとって重要な時期に発表されました。リアルタイムかつ高品質なコンテンツ配信の需要が増えるにつれて、従来のハードウェア依存のワークフローはグローバルなスケーラビリティの要件を満たすことが難しくなっています。BSCCのようなソフトウェア定義、クラウドネイティブソリューションを採用することにより、メディアプロバイダーは5Gネットワークとエッジコンピューティングによって急速に進化する環境で必要な柔軟性と効率性を達成できます。

背景: BSCCとその進化

BSCCは従来、ハードウェアソリューションとして導入されていましたが、このアプローチにはスケーラビリティ、コスト、適応性に関するいくつかの制限がありました。メディアコンテンツはまずエンコードとトランスコーディングを経て、その後BSCCハードウェアを通じてエンドデバイスにストリーミングされます。

このハードウェア依存のセットアップは以下の課題を持っていました：

初期コスト：ハードウェアの調達と構成には資本支出が必要でした。
デプロイメントの複雑さ：手動での介入が必要であり、複数の地域に迅速にセットアップを複製することは困難でした。
適応性の制限：ネットワークの要求に対する変更は手動での再構成を必要とし、ダウンタイムを引き起こしました。

上記の図は、伝統的なBSCCセットアップにおけるメディアのエンコードからエンドデバイスへの順次フローを示しています。このシステムは信頼性があったものの、現代の放送の要件に効果的に対応するための柔軟性に欠けていました。Alibaba Cloud上のBSCCの仮想化は、これらの課題を解決するために、それをソフトウェア定義、クラウドネイティブサービスに変換しました。この移行により、投資がCapExからOpExにシフトし、運用コストが削減され、複数の地域での迅速なデプロイが可能になり、多様な放送ニーズに対応するのにより機敏になりました。

典型的な5Gシナリオ

5G放送は、従来のWiFiベースの伝送とは異なる能力を持っています。WiFiは局所的なネットワークに依存しており、多くのユーザーが同じストリームにアクセスすると混雑や帯域幅の制限に直面することが多い一方、5Gはマルチキャストとブロードキャスト技術を使用して広範な地理的エリアで効率的にコンテンツを配信することができます。エンドユーザーの観点からは、5G放送はスポーツイベントや公共放送などのライブ伝送に特に適しています。これは、個別のユニキャスト接続を必要とせず、個人のモバイルデータプランを消費せずに大量のデバイスに同時に同じコンテンツを配信します。さらに、5Gは屋外環境や高速移動のシナリオ（例：車両や列車での移動）でも一貫したパフォーマンスを確保します。広いカバレッジ、低遅延、ネットワーク効率の組み合わせにより、5G放送は大規模な視聴者へのリアルタイムコンテンツ配信の革新的なソリューションとなっています。

PoCの目的

このPoCは以下の3つの主要な目的を達成することを目指していました：

クラウドネイティブの柔軟性とスケーラビリティ：BSCCをコンテナ化されたクラウドネイティブサービスとして機能させ、地域間で再現可能なデプロイを可能にする。DockerやTerraformなどの自動化ツールを使用して、迅速な構成と一貫したスケーラビリティを確保しました。
最適化された5Gストリーミング：BSCCが専用デバイスに対して5Gネットワークを介して低遅延のマルチメディアコンテンツ（ライブストリーミングやビデオオンデマンド（VoD））を配信する能力を検証し、高性能とリアルタイムのレスポンシブさを確保しました。
IBC 2024でのデモンストレーション：ライブデモンストレーションを通じてBSCCの適応性と安全なメディア配信を展示し、地理的な柔軟性、エッジノードの統合、シームレスな接続性に焦点を当てました。

デプロイメントアーキテクチャ

このPoCでは、複数の地域でのデプロイ戦略を採用し、Alibaba Cloudの地域クラウドとエッジノードリソースを活用して、仮想化されたBSCCのスケーラビリティ、パフォーマンス、効率を高めました。このアーキテクチャは、ライブストリーミングやビデオオンデマンド（VoD）などのリアルタイムアプリケーション向けに、地域ごとの大量のコンテンツ配信をサポートしながらレイテンシーを最小限に抑えます。

地域間の一貫したデプロイ

BSCCは地域クラウドインフラストラクチャとエッジノードに均一にデプロイされ、デプロイ場所に関係なくシームレスな操作が保証されました。主なアーキテクチャコンポーネントは以下の通りです：

Elastic Compute Service (ECS) インスタンス：BSCCはAlibaba Cloud ECSインスタンス上にホストされ、Terraformを使用して自動的にプロビジョニングされ、すべてのインスタンスで一貫した構成が確保されました。これにより手動介入が最小限に抑えられ、セットアップが加速されました。
デュアルElastic Network Interfaces (ENIs)：各ECSインスタンスには2つのENIが搭載され、それぞれ入力と出力ストリームを管理しました。入力ENIは着信するマルチメディアストリームを受け取り、出力ENIは処理されたコンテンツをエンドデバイスまたは配信ネットワークに送信しました。この設計により、トラフィックのセグレゲーション、帯域幅利用の改善、パフォーマンスの最適化が可能になりました。
ホワイトリストIPによるセキュリティ：セキュアな接続を確保するために、R&Sの送信ネットワークからの特定のIPがAlibaba Cloudセキュリティグループにホワイトリスト登録されました。これにより、認証されたシステムのみがBSCCにアクセスできるよう保護されました。

エッジノードのデプロイ

BSCCはまた、アムステルダム、パリ、チューリッヒのAlibaba Cloudエッジノードにもデプロイされました。これらのエッジデプロイにより、エンドユーザーに近い位置にコンテンツを配置し、レイテンシーを大幅に削減し、リアルタイムのレスポンシブさを向上させました。これは5G

SCTPの動的ポート割り当てと5Gブロードキャスティングデモンストレーション

SCTPのマルチストリーミングなどの機能に必要な動的ポート割り当てには、機能を確保しつつ過度な露出を避けるための慎重な分析が必要でした。ポート範囲が特定されると、それらはアリババクラウドで開かれ、シームレスな通信を可能にしました。SCTP通信のテストと検証には、Linuxシステム用のオープンソースSCTP実装であるLKSCTPを使用しました。sctp_testなどのツールはトラフィックをシミュレートし、堅牢なエンドツーエンドの接続性とPoC環境でのBSCCの通信パスの運用準備状態を確認しました。

2024年IBCでの5Gブロードキャスティングデモンストレーション

2024年のIBCでは、ライブデモンストレーションで仮想化されたBSCCが5Gネットワークを介して高品質のビデオコンテンツを専用の5G対応デバイスに配信する能力を強調しました。このデモンストレーションでは以下の3つの主要な領域に焦点を当てました：

地域間およびノード間での手動コンテンツ切り替え
コンテンツ配信は、フランクフルト地域のECSインスタンスとアムステルダムのエッジノードの間で手動で切り替えられました。これには、エンドユーザーのデバイスを選択した展開サイトに関連付けられた特定のIPに接続するように再構成する必要がありました。自動化されていなかったものの、この方法はBSCCが異なる地理的位置やネットワーク環境に対応し、特定の地域に合わせた中断のないコンテンツ配信を確保する能力を効果的に示しました。
リアルタイムアプリケーションのレイテンシー改善
BSCCのエッジ展開により、ライブビデオストリーミングなどのアプリケーションのレイテンシーが大幅に削減されました。PoC中の観察フィードバックとオンサイトテストでは、エッジベースのコンテンツ配信が以前のIBCイベントで使用されたオンプレミスのBSCCハードウェアモジュールのパフォーマンスに匹敵することが明らかになりました。Rohde & Schwarz GmbH & Co. KGのBroadcast Applications R&DディレクターであるThomas Janner氏は次のように述べています：

「エッジノードまたはフランクフルト地域からのストリーミングコンテンツは非常にシームレスでパフォーマンスが高く、2023年のIBCで行ったように、エンドデバイスの近くにハードウェアモジュールとしてBSCCを展開している場合と同じ品質です。」

この効率は、個々のユーザーに対してインターネットを介して個別にストリームを配信する従来のOTTユニキャストストリーミングとは対照的です。このような方法は、複数の同時ストリームの処理とルーティングによる遅延により、ライブイベント中に重大な遅延、バッファリング、不一致なユーザーエクスペリエンス（特にライブスポーツや公共放送のような需要が高まる状況下）を引き起こす可能性があります。5Gマルチキャストとブロードキャスト機能を利用することで、BSCCはすべてのデバイスに同時に単一のストリームを配信しました。このアプローチは、ネットワークの負荷を軽減し、ユニキャストルーティングと処理遅延によるレイテンシーを削減し、大規模な視聴者へのリアルタイムかつ高品質なコンテンツ配信を確保しました。PoCは、BSCCが超低遅延ストリーミングを達成し、伝統的な放送システムの即時性と一貫性を維持しながら、現代のデジタル優先アプリケーションの要求に容易に対応する能力を示しました。
堅牢で安全な接続性
テストは、BSCCとR&Sのシステム間のSCTPベースの通信の信頼性を強調しました。構成には、特定のIPアドレスのホワイトリスト登録とアリババクラウド内のポートの保護が含まれ、デモンストレーション全体を通じて一貫した操作を確保しました。

IBC 2024のキーノートセッションでも、このPoCに注目が集まりました。Alibaba Cloud Central EU RegionのSenior Lead Solutions ArchitectであるSimon R. Boehmer氏は、コンテナ化されたBSCC展開によって達成されたスケーラビリティと信頼性について強調し、クラウドネイティブアーキテクチャがハードウェアベースのシステムの物理的な制限を排除することを説明しました。Alibaba Edge Cloud and NetworkingのGlobal Operations HeadであるWei Lu博士は、エッジコンピューティングがレイテンシーを削減し、5Gブロードキャスティングアプリケーションのリアルタイム要件を満たす役割を強調しました。彼らは一緒に、この展開がメディア業界に与える広範な影響を概説し、将来のブロードキャスティング革新のモデルとして位置づけました。

結論：クラウドネイティブソリューションによるブロードキャスティングの変革

アリババクラウド上のBSCCの仮想化は、クラウドネイティブアーキテクチャが従来のブロードキャスティングワークフローの課題に対処する方法を示しました。このPoCは、ハードウェア依存、スケーラビリティの障壁、高い運用複雑性などの制約に直接取り組みました。BSCCを仮想化サービスとして展開することで、PoCは現代のクラウドソリューションが柔軟でコスト効率が高く、動的なネットワーク要求に合わせて調整可能なコンテンツ配信を可能にすることを示しました。

ブロードキャスティングに焦点を当てた一方で、PoCはeLearning、公共安全通信、接続型自動車サービス、会場キャスティングなど、さまざまな分野における仮想化されたクラウドネイティブシステムの潜在力を強調しました。これらの技術を効率的に統合することで、このソリューションはグローバルな視聴者の進化する要求に対応するフレームワークを提供します。

2024年のIBCでの成功裏なデモンストレーションは、仮想化されたBSCCの技術的能力とその業界全体への広範な影響を強調しました。技術的な成果以上に、PoCはクラウドネイティブシステムが高性能、低遅延、コスト効率の高いメディアワークフローをサポートする方法に関する貴重な洞察を提供しました。

今後、R&Sとアリババクラウドの継続的な協力により、AI駆動のトラフィック最適化、予測スケーリング、強化されたエッジインフラストラクチャなどの高度な機能が実現できる可能性があります。これらの発展は、ブロードキャスティングの景観をさらに形成し、未来の要求に対応するよう保証する可能性があります。

主な要点

IBC 2024で行われたPoCは、クラウドネイティブブロードキャスティングソリューションが現代の課題に対処し、新しい可能性を開く方法について貴重な洞察を提供しました：

コスト効率の高いスケーラビリティ：BSCCをアリババクラウド上に仮想化することで、R&Sは地域を超えてスムーズにオペレーションをスケールアップし、ハードウェア依存と運用の複雑さを削減し、クラウドベースの展開のコスト優位性を強調しました。
低遅延の5Gストリーミング：エッジノードを活用したコンテンツ配信により、PoCは5Gネットワークが超低遅延ストリーミングと大量の視聴者への効率的なコンテンツ配信を達成し、リアルタイムアプリケーションの要求を満たすことを示しました。
革新的なブロードキャスティングワークフロー：PoCは、AI駆動のトラフィック最適化、予測スケーリング、エッジコンピュ