協調運転支援のためのMECにおける超低遅延イベント処理方式の評価

Abstract

モバイルトラフィック増大による通信網やクラウドへの負担増大へのソリューションとしてMECが挙げられる．MECは従来の手法に比べて通信遅延を低減させることが可能なため，ITSのような低遅延を要件とするシステムへの応用が期待されている．しかし，現行の携帯電話網である4Gではこれを達成するのは難しい．そこで次世代の携帯電話網5Gでは，次世代のシステムを達成するためにどのような性能要件を満たす必要があるのかといった具体的な議論が求められている．
また車両の移動に伴い，情報の処理を行うべき最適なポイントやデータのルーティング先が刻一刻と変化するため，これへの対応も必要も必要である．さらにこれまでのMECでは処理の分散と低遅延にのみ注力しており，情報の地理的な広さについては考慮していないが，情報の地理的な広さと遅延はトレードオフの関係にあり，アプリケーションによって最適なポイントが異なる．そのため様々なシステムに対応するには複数の選択肢を用意し，その中から利用者が自身にとって最適なポイントを選べるような機構が必要である．
そこで本研究では，上記の問題を解決するMECにおけるPub/Sub方式の超低遅延イベント処理の実現を目的とする．Pub/Sub方式ではデータの送受信者がお互いに通信相手を指定せず，データのルーティングはbrokerと呼ばれるserver上で行われるフィルタリングに基づいて実施される．そのためノードの移動に対してロバストであり，動的なルーティングが行える．また各ノードが保持する情報の地理的な範囲に差異を持たせ，利用者に複数の選択肢を与える．最終的に，提案システムを試作し実際に稼働させることによって，提案システムにおいてITSの通信要件を満たすために満たさなければならない通信の性能要件を算出し，これを5Gの性能要件の一案として示す．

Intelligent Transportation Systems (ITS) is the application of advanced information and communications technology to surface transportation in order to achieve enhanced safety and mobility. We posit that event processing with ultra low latency (less than 1msec) enabled in the fifth generation (5G) mobile network enhance ITS especially in terms of safety driving. One of the requirements for safety driving support systems is communication delay less than 100msec, but it is difficult to achieve this in the current mobile communication infrastructure, e.g., Long Term Evolution (LTE). Therefore, Mobile Edge Computing (MEC) is proposed to to reduce communication delay. However, we point out following two challenges in applying MEC to ITS. First, the information that can be collected within short time in edge servers may be geographically limited. Second, the support for mobility in sensing information and actuating on it is challenging. To solve these problems, we propose a system with a hierarchical structure utilizing not only cloud and edge servers but also extreme edge nodes near UEs to deal with geographical limitation in information sensing and with publish-subscribe architecture for event processing. With a prototype system and an example application of dangerous driver detection, we evaluate communication delay and transaction delay in our proposed system and show that it is challenging to achieve communication delay of less than 100 msec in LTE. As a result, we posit that it is desirable to reduce the latency between UEs and MEC network nodes, especially radio part, in the order of 1msec for enabling mission critical applications in 5G mobile network such as supporting safety driving in ITS.