關(guān)于邊緣計(jì)算技術(shù)的分析介紹

萬物互聯(lián)的時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)連接對象正從人擴(kuò)展至物。IDC的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，到2020年將有超過500億的終端與設(shè)備聯(lián)入網(wǎng)絡(luò)，而到2018年，就將有50%的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)將面臨網(wǎng)絡(luò)帶寬的限制，40%的數(shù)據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)分析、處理與儲存。這說明隨著物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的快速增長，集中式的數(shù)據(jù)存儲、處理模式將面臨難解的瓶頸和壓力，此時(shí)在靠近數(shù)據(jù)產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)邊緣提供數(shù)據(jù)處理的能力和服務(wù)，將是推動ICT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的下一個(gè)重要驅(qū)動力。

萬物互聯(lián)的時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)連接對象正從人擴(kuò)展至物。IDC的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，到2020年將有超邊緣計(jì)算（Edge Computing）的概念由此而生。2014年，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會*（ETSI）成立了移動邊緣計(jì)算規(guī)范工作組*（ETSI Mobile Edge Computing Industry SpecificationGroup），開始推動相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。2016年，ETSI把此概念擴(kuò)展為多接入邊緣計(jì)算（Multi-Access Edge Computing，MEC），并綜合考慮FMC（固網(wǎng)/移動融合）的場景需求。2016年4月，3GPP SA2*也正式接受MEC，將之列為5G架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)。

邊緣計(jì)算成為新興萬物互聯(lián)應(yīng)用的支撐平臺，目前已是大勢所趨。本文旨在介紹邊緣計(jì)算產(chǎn)生的背景、應(yīng)用需求、技術(shù)特性、應(yīng)用場景，以及一直引領(lǐng)整個(gè)計(jì)算產(chǎn)業(yè)發(fā)展大勢的英特爾公司在推進(jìn)邊緣計(jì)算創(chuàng)新進(jìn)程中所扮演的角色和發(fā)揮的作用。

邊緣計(jì)算概述

邊緣計(jì)算的概念

根據(jù)ETSI的定義，多接入邊緣計(jì)算是在靠近人、物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，通過融合了網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲、應(yīng)用等核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務(wù)，來滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷聯(lián)接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。

以一個(gè)部署在傳統(tǒng)無線接入網(wǎng)的邊緣計(jì)算系統(tǒng)為例，它要具備業(yè)務(wù)本地化和近距離部署的條件，來提供高帶寬、低時(shí)延的傳輸能力，同時(shí)通過業(yè)務(wù)面下沉形成本地化部署， 來有效降低對網(wǎng)絡(luò)回傳帶寬的要求和網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷。邊緣計(jì)算由于提供了應(yīng)用程序編程接口（API），并對第三方開放基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)能力，從而使網(wǎng)絡(luò)能夠根據(jù)第三方的業(yè)務(wù)需求實(shí)現(xiàn)按需定制和交互。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)的核心設(shè)備是基于IT通用硬件平臺構(gòu)建的邊緣計(jì)算服務(wù)器，它可部署于無線基站內(nèi)部，或者是無線接入網(wǎng)邊緣的云計(jì)算設(shè)施（即“邊緣云”）端，來提供本地化的公有云服務(wù)，并可連接其他網(wǎng)絡(luò)（如企業(yè)網(wǎng)）內(nèi)部的私有云，來實(shí)現(xiàn)混合云服務(wù)。

邊緣計(jì)算的位置

如果要問今天邊緣計(jì)算的位置到底在哪里？其答案并不是絕對的。據(jù)英特爾的觀察，邊緣計(jì)算的部署跟它的應(yīng)用場景有著緊密的關(guān)系。如果把整個(gè)通信服務(wù)提供商的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分為內(nèi)環(huán)、中環(huán)和外環(huán)的話，這三個(gè)環(huán)中都具備部署邊緣計(jì)算的位置。其決策因素包括： 對網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的要求在哪里，以及場景應(yīng)用要達(dá)到怎樣的時(shí)延等等。以人們起初對邊緣計(jì)算的認(rèn)知，它應(yīng)該部署在最靠近用戶的位置， 比如在基站中。的確，部署在基站，應(yīng)用可以“近水樓臺先得月”，實(shí)實(shí)在在地滿足低時(shí)延和高帶寬的需求，這對時(shí)延敏感型的應(yīng)用場景，當(dāng)然是最合適不過。

但這種情況，并不是惟一的應(yīng)用場景?？偟膩碚f，邊緣計(jì)算可以按需部署于無線接入云、邊緣云或者匯聚云。對于低時(shí)延場景，邊緣計(jì)算需要部署于靠近基站側(cè)的無線接入云；對于高帶寬要求的大流量熱點(diǎn)地區(qū)，邊緣計(jì)算可以部署于邊緣云；對于海量連接的場景， 邊緣計(jì)算可部署于位置更高一些的匯聚云，以便覆蓋更大區(qū)域的業(yè)務(wù)需求。

邊緣計(jì)算與5G

? 邊緣計(jì)算是5G的重要支柱

根據(jù)聯(lián)合國國際電信聯(lián)盟*（ITU）對5G的標(biāo)準(zhǔn)要求，它要包括三大應(yīng)用場景：eMBB（增強(qiáng)型移動寬帶）、mMTC（海量機(jī)器類通信）和 uRLLC（超可靠低時(shí)延通信）。其中，eMBB聚焦對帶寬有極高需求的業(yè)務(wù)，例如高清視頻、VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）和AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）等，主要用于滿足人們對于數(shù)字化生活的需求；mMTC聚焦對連接密度要求較高的業(yè)務(wù)，例如智慧城市、智慧農(nóng)業(yè)、智能家居等，滿足人們對于數(shù)字化社會的需求；uRLLC則主打?qū)r(shí)延極其敏感的業(yè)務(wù)，例如自動駕駛、工業(yè)控制、遠(yuǎn)程醫(yī)療等，以滿足人們對于數(shù)字化工業(yè)的需求。

邊緣計(jì)算正好契合這些需求：一是通過對4K/8K、VR/AR等高帶寬業(yè)務(wù)的本地分流，降低對核心網(wǎng)絡(luò)及骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)的占用，有效提升通信服務(wù)提供商網(wǎng)絡(luò)的利用率；二是通過內(nèi)容與計(jì)算能力的下沉，讓通信服務(wù)提供商的網(wǎng)絡(luò)能有效支撐未來時(shí)延敏感型業(yè)務(wù)（車聯(lián)網(wǎng)、遠(yuǎn)程控制等）以及大計(jì)算和高處理能力需求的業(yè)務(wù)（視頻監(jiān)控與分析等）。

?具備邊緣計(jì)算能力的切片網(wǎng)絡(luò)

眾所周知，4G網(wǎng)絡(luò)是一個(gè)大管道，讓所有類型的業(yè)務(wù)用一張大網(wǎng)來提供語音、短消息和API等業(yè)務(wù)。到了5G以后呢？業(yè)務(wù)的類型更豐富多樣，是否可以區(qū)分不同業(yè)務(wù)類型的需求，進(jìn)而為它們提供不同的QoS保障？答案是肯定的，與之相對應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)切片概念，已被眾多通信服務(wù)提供商與設(shè)備商所接受，并被認(rèn)定是5G時(shí)代的理想網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)可以讓通信服務(wù)提供商基于一個(gè)硬件基礎(chǔ)設(shè)施切分出多個(gè)虛擬的端到端網(wǎng)絡(luò)，每個(gè)網(wǎng)絡(luò)切片從設(shè)備到接入網(wǎng)、再到傳輸網(wǎng)、最后到核心網(wǎng)，均能在邏輯上隔離，適配各種類型服務(wù)的不同特征需求，可保證從核心網(wǎng)到接入網(wǎng)，包括終端等環(huán)節(jié)，能動態(tài)、實(shí)時(shí)、有效地分配網(wǎng)絡(luò)資源，從而保證質(zhì)量、時(shí)延、速度、帶寬等方面的業(yè)務(wù)質(zhì)量。

邊緣計(jì)算的業(yè)務(wù)感知功能與網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)在一定程度上是相似的。毫無疑問，5G的很多業(yè)務(wù)處在邊緣，因此將網(wǎng)絡(luò)切片和邊緣計(jì)算結(jié)合起來，才能實(shí)現(xiàn)更好的端到端網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。邊緣計(jì)算保證了低延時(shí)、高帶寬、大流量；網(wǎng)絡(luò)切片保證不同類型的業(yè)務(wù)有專有的網(wǎng)絡(luò)資源；具備邊緣計(jì)算能力的端到端切片網(wǎng)絡(luò)，則能為用戶提供最佳的、基于服務(wù)等級協(xié)議的QoS保障。

邊緣計(jì)算的部署方式

邊緣應(yīng)用如何部署，這是擺在產(chǎn)業(yè)各方眼前的一個(gè)關(guān)鍵問題。總結(jié)邊緣計(jì)算中的應(yīng)用，我們可以將之分為兩類：一類是通信服務(wù)提供商本身的業(yè)務(wù)，另一類是云服務(wù)。其中云服務(wù)又分為比較熱門的20ms延時(shí)以內(nèi)的業(yè)務(wù)，以及依賴于網(wǎng)絡(luò)功能提供的業(yè)務(wù)，還有OTT業(yè)務(wù)。

從業(yè)務(wù)分析的角度來看，部署業(yè)務(wù)的方式可以選擇三種：

1.以NFV方式部署，運(yùn)行在NFV平臺之上;

2.以MEC-APP部署，運(yùn)行在MEC業(yè)務(wù)平臺之上;

3.以Cloud Native方式部署，運(yùn)行在云平臺之上。

其中NFV平臺的應(yīng)用，對于通信服務(wù)提供商來說越來越成熟，但對于云服務(wù)部署尤其是OTT業(yè)務(wù)來說，應(yīng)用的開發(fā)、部署及維護(hù)會帶來比較大的工作量，它若要按照通信服務(wù)提供商的NFV一整套規(guī)范來進(jìn)行編程，比較具有挑戰(zhàn)性。另外對于MEC業(yè)務(wù)平臺來說，考慮功耗、供電、邊緣機(jī)房改造等，也是比較復(fù)雜的過程，針對這些問題，英特爾和合作伙伴正在聯(lián)手定義相關(guān)的軟硬件平臺，例如以容器技術(shù)和微服務(wù)為基礎(chǔ)的Cloud Native架構(gòu)，因?yàn)槠洹盀樵贫钡?a target="_blank">產(chǎn)品開發(fā)和運(yùn)營的架構(gòu)模式，正變得越來越具有吸引力。

邊緣計(jì)算典型應(yīng)用

由于邊緣計(jì)算具有高帶寬、低時(shí)延以及位置感知等技術(shù)特征，因此應(yīng)用場景十分豐富。諸如視頻優(yōu)化加速、移動CDN下沉、AR/VR、車聯(lián)網(wǎng)以及視頻監(jiān)控分析等都是邊緣計(jì)算的典型應(yīng)用場景。

?以視頻優(yōu)化加速來說，邊緣計(jì)算平臺可以通過北向接口獲取OTT視頻業(yè)務(wù)的應(yīng)用層及TCP層信息，并可以通過南向接口獲取RAN側(cè)無線信道等信息（RNIS、Location Service等），而后能進(jìn)一步通過雙向跨層優(yōu)化來提升用戶的感知體驗(yàn)，從而實(shí)現(xiàn)通信服務(wù)提供商管道的智能化。

?邊緣技術(shù)平臺通過內(nèi)部部署邊緣CDN系統(tǒng)，可以促進(jìn)移動CDN 下沉，OTT可以IaaS的方式租用邊緣服務(wù)器節(jié)點(diǎn)存儲自身的業(yè)務(wù)內(nèi)容，并在自有的全局DNS系統(tǒng)中將服務(wù)指向邊緣CDN節(jié)點(diǎn)。

?對于AR/VR來說，邊緣計(jì)算上的Offloading技術(shù)可以把它們非常重負(fù)荷且復(fù)雜度比較高的圖像計(jì)算卸載到邊緣數(shù)據(jù)中心，來加速其計(jì)算處理過程，同時(shí)降低AR/VR體驗(yàn)中的延時(shí)。

?車聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用邊緣計(jì)算技術(shù)，可以降低時(shí)延，適合車聯(lián)網(wǎng)中防碰撞、事故警告等時(shí)延標(biāo)準(zhǔn)要求極高的業(yè)務(wù)類型。此外，邊緣計(jì)算車聯(lián)網(wǎng)平臺還可實(shí)現(xiàn)路徑優(yōu)化分析、行車與停車引導(dǎo)、安全輔助信息推送以及區(qū)域車輛服務(wù)指引等。

? 視頻監(jiān)控與分析引用邊緣計(jì)算，可對視頻內(nèi)容進(jìn)行本地分析和處理，無須將大量無價(jià)值視頻數(shù)據(jù)回傳，可大大節(jié)省傳輸資源。

英特爾加速5G時(shí)代的邊緣計(jì)算落地

英特爾從邊緣計(jì)算概念萌發(fā)之時(shí)起，就是其技術(shù)創(chuàng)新和產(chǎn)業(yè)協(xié)作的重要參與者和推動者，一直致力于提供開放架構(gòu)的軟硬件平臺、輸出邊緣計(jì)算技術(shù)能力以及參與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)與聯(lián)盟組織，來不斷推動邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

標(biāo)準(zhǔn)與聯(lián)盟組織

早在2014年ETSI首次成立移動邊緣計(jì)算規(guī)范工作組時(shí)，英特爾就是發(fā)起者之一。此后，英特爾一直在積極參與支持ETSI推動相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)化工作，這些工作包括在2016年把概念擴(kuò)展為多接入邊緣計(jì)算，發(fā)布三份與MEC相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，分別涉及MEC術(shù)語、技術(shù)需求及用例、MEC框架與參考架構(gòu)。

5GAA（5G Automotive Association）聯(lián)盟*是一個(gè)由通信和汽車企業(yè)于2016年9月發(fā)起成立的跨行業(yè)聯(lián)盟，旨在建立汽車產(chǎn)業(yè)與通信產(chǎn)業(yè)之間的高效合作，推動智能車聯(lián)網(wǎng)、智慧交通、自動駕駛等信息通信解決方案和應(yīng)用，英特爾也是5GAA聯(lián)盟的發(fā)起者和董事會成員。

2017年8月，英特爾還聯(lián)合愛立信* 、豐田汽車*與日本NTT* 等公司成立汽車邊緣計(jì)算聯(lián)盟*（AECC，Automotive Edge ComputingConsortium），以開發(fā)可連接汽車的網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算生態(tài)系統(tǒng)。

除此以外，在3GPP等5G標(biāo)準(zhǔn)組織中，英特爾也是重要的參與方和技術(shù)貢獻(xiàn)者。

英特爾邊緣計(jì)算軟件開發(fā)套件

基于硬件資源池化及軟硬件解耦的思路，英特爾推出了NEV SDK（網(wǎng)絡(luò)邊緣虛擬化套件），可協(xié)助邊緣計(jì)算領(lǐng)域的合作伙伴加速開發(fā)面向電信領(lǐng)域的相關(guān)應(yīng)用。除聚焦基礎(chǔ)設(shè)施平臺能力外，NEV SDK還可為邊緣計(jì)算應(yīng)用開發(fā)者提供基于IP業(yè)務(wù)的、具備豐富API接口及高性能轉(zhuǎn)發(fā)能力的基礎(chǔ)軟件環(huán)境。它為開發(fā)者屏蔽了復(fù)雜的電信網(wǎng)絡(luò)控制，即使開發(fā)者對繁瑣的電信網(wǎng)絡(luò)不夠了解，也能快速進(jìn)行應(yīng)用開發(fā)。此外，NEV SDK還提供了開發(fā)實(shí)例程序及基站/核心網(wǎng)模擬器，從而能幫助應(yīng)用開發(fā)者快速搭建接近現(xiàn)實(shí)網(wǎng)絡(luò)的環(huán)境，以便進(jìn)行快速的測試驗(yàn)證。

NE V SDK基于風(fēng)河*（Wind River）公司的NFV解決方案Titanium Server的部分組件及DPDK實(shí)現(xiàn)，需要運(yùn)行在配備有英特爾 至強(qiáng) 處理器的開放架構(gòu)服務(wù)器平臺上，其部署的位置位于無線接入網(wǎng)和移動核心網(wǎng)之間，可實(shí)現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)能力向第三方應(yīng)用的開放。同時(shí)NEV SDK也具備CentOS版本。

英特爾端到端軟硬件產(chǎn)品方案

英特爾于2017年7月發(fā)布的新一代英特爾 至強(qiáng) 可擴(kuò)展處理器能夠以突破的性能從容應(yīng)對網(wǎng)絡(luò)工作負(fù)載，幫助通信服務(wù)提供商從固定功能的專用網(wǎng)絡(luò)加速轉(zhuǎn)型到靈活的軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）。相比上一代英特爾至強(qiáng) 處理器產(chǎn)品，該處理器集成了新一代英特爾QuickAssist技術(shù)(以下簡寫為QAT)，其搭配數(shù)據(jù)平面開發(fā)套件（DPDK），可使關(guān)鍵網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的IPSec轉(zhuǎn)發(fā)速率提升達(dá)前一代QAT 技術(shù)的2.5倍，該處理器的整體計(jì)算性能也平均提升達(dá)上一代產(chǎn)品的1.65倍，從而能大大提升網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)型的速度，助其釋放更多價(jià)值。

在系統(tǒng)芯片（So C）方面，英特爾針對邊緣計(jì)算需求的主力是英特爾 凌動TM 處理器C3000產(chǎn)品家族，以及英特爾 至強(qiáng) 處理器D-1500產(chǎn)品家族的網(wǎng)絡(luò)系列。英特爾 凌動TM 處理器C3000 產(chǎn)品家族旨在為高密度低功耗網(wǎng)絡(luò)、存儲和物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)品提供高性能。英特爾 至強(qiáng) 處理器D-1500產(chǎn)品家族的網(wǎng)絡(luò)系列適用于各種不同的工作負(fù)載環(huán)境，包括中端網(wǎng)絡(luò)路由器、無線基站、溫存儲、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等，為基礎(chǔ)設(shè)施優(yōu)化提供了新的選擇。

展望

通過對邊緣計(jì)算的全方位闡述，我們不難發(fā)現(xiàn)它為產(chǎn)業(yè)內(nèi)的參與者和大眾提供的創(chuàng)新潛能和出色價(jià)值：終端用戶通過邊緣計(jì)算， 不論是連接網(wǎng)絡(luò)還是獲取內(nèi)容，都能獲得更優(yōu)和更為個(gè)性化的應(yīng)用體驗(yàn)；通信服務(wù)提供商通過邊緣計(jì)算平臺將增強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)能力開放給第三方OTT提供商或者應(yīng)用開發(fā)者，并將他們的應(yīng)用和服務(wù)提供給移動用戶、企業(yè)和垂直行業(yè)，也有望重新定義自身在整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈中的角色，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)新的收入、提供更多高附加值的服務(wù)并開拓新的市場機(jī)會；OTT提供商和獨(dú)立的應(yīng)用開發(fā)商，也能在邊緣計(jì)算的開放標(biāo)準(zhǔn)平臺之上快速開發(fā)新的應(yīng)用、縮短開發(fā)周期， 在為終端用戶提供近乎零延時(shí)的極速體驗(yàn)的同時(shí)，為自已創(chuàng)造更高、更快的收益。在英特爾看來，邊緣計(jì)算將成為云服務(wù)提供商與通信服務(wù)提供商的結(jié)合點(diǎn)，無數(shù)跨界式的創(chuàng)新，正在此處醞釀著“一鳴驚人”的爆發(fā)力。

為了讓這些潛力和價(jià)值盡快得以釋放，包括英特爾在內(nèi)的邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)參與者正在積極進(jìn)行新技術(shù)和新產(chǎn)品的驗(yàn)證、測試和部署，這一領(lǐng)域也正吸引更多的參與者加入，來推動整個(gè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進(jìn)程?？梢灶A(yù)見，越來越多的創(chuàng)新應(yīng)用將會誕生在邊緣，它們也將會隨著5G的快速發(fā)展來到我們的身邊，而這一切，都離不開開放系統(tǒng)架構(gòu)和強(qiáng)大的計(jì)算力的支持。