邊緣計(jì)算ENS：拓展云的邊界

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在9月19日下午的杭州云棲大會飛天技術(shù)匯-CDN與邊緣計(jì)算專場中，阿里云邊緣計(jì)算團(tuán)隊(duì)的高級技術(shù)專家王廣芳，從邊緣計(jì)算的定義、場景的需求和挑戰(zhàn)、ENS產(chǎn)品的價(jià)值及能力，以及典型的應(yīng)用場景和案例等幾個(gè)方面，詳細(xì)解讀了阿里云對于邊緣計(jì)算的理解。

為什么需要邊緣計(jì)算？

邊緣計(jì)算是幾年前提出來的概念，業(yè)界的定義有很多種，不過可以提煉出一個(gè)共識：在更靠近終端的網(wǎng)絡(luò)邊緣上提供服務(wù)，一個(gè)層面是在網(wǎng)絡(luò)位置上要離終端足夠近，另一個(gè)層面要在這個(gè)網(wǎng)絡(luò)位置上提供符合邊緣需求的完整的服務(wù)能力。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，業(yè)務(wù)場景趨于復(fù)雜化、創(chuàng)新化、快速增長和極致體驗(yàn)的需求，帶來了架構(gòu)優(yōu)化和成本優(yōu)化的需求，之前簡單的中心-終端的架構(gòu)不能滿足網(wǎng)絡(luò)性能與業(yè)務(wù)流量壓力，需要中心-邊緣-終端這樣的多級架構(gòu)。

同時(shí)，隨著物聯(lián)網(wǎng)、4G/5G為代表的新技術(shù)的發(fā)展，越來越多的智能設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，據(jù)IDC數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，到2020年將有超過500億的終端與設(shè)備聯(lián)網(wǎng)，這是一個(gè)非常龐大的數(shù)字。海量設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)開始指數(shù)級增長，如果這些數(shù)據(jù)處理和設(shè)備訪問都直接回到云中心，將對云中心形成非常大的壓力，帶來網(wǎng)絡(luò)擁塞等一系列問題，邊緣計(jì)算能支撐建立一個(gè)大規(guī)模分布式的架構(gòu)，讓一定范圍內(nèi)一定比例的數(shù)據(jù)處理在邊緣完成，只有必要的少量數(shù)據(jù)和訪問才回到中心。

邊緣計(jì)算能夠提供哪些具體能力？

首先是網(wǎng)絡(luò)低時(shí)延，空間距離的縮短帶來的好處不只是傳播時(shí)延的縮短，最重要的是減少了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)中各種路由轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處理的時(shí)延，整體低時(shí)延的效果明顯。

其次是應(yīng)對大帶寬場景，通過將大流量的業(yè)務(wù)處理放到邊緣完成，能夠有效避免網(wǎng)絡(luò)擁塞等問題，同時(shí)大大降低成本。

第三是應(yīng)對大連接也就是高并發(fā)訪問的問題，通過分布式架構(gòu)分散中心處理的壓力。

王廣芳說道：“從這幾點(diǎn)也可以看出，邊緣計(jì)算是對中心云能力的互補(bǔ)，其定位一定不是取代中心云，而是要拓展云的邊界，與中心云一起賦能“云-邊-端”的新業(yè)務(wù)架構(gòu)。云和邊緣協(xié)同，是萬物智聯(lián)時(shí)代的基本形態(tài)?！?/p>

邊緣計(jì)算應(yīng)該提供什么樣的服務(wù)形態(tài)？

王廣芳認(rèn)為，首先，邊緣計(jì)算肯定不是把云的能力直接復(fù)制和下沉到邊緣，因?yàn)檫吘壍倪\(yùn)行環(huán)境與云中心完全不同，規(guī)模小、資源有限、而且是異構(gòu)的。另外，邊緣節(jié)點(diǎn)是分散在網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)端的，在此之上建立的是分布式業(yè)務(wù)架構(gòu)，勢必牽扯到調(diào)度問題。

基于這些考慮，邊緣計(jì)算更應(yīng)該提供一種平臺能力，將底層復(fù)雜的邊緣設(shè)施形態(tài)隱藏起來，將底層的計(jì)算/存儲/網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)能力，以及分布式所需的分發(fā)、調(diào)度、安全等能力標(biāo)準(zhǔn)化并開放出來，讓用戶能非常方便地搭建自己的邊緣分布式業(yè)務(wù)架構(gòu)。

現(xiàn)在阿里云已經(jīng)有幾個(gè)邊緣計(jì)算領(lǐng)域的云產(chǎn)品，我們這里討論的是阿里云在邊緣基礎(chǔ)設(shè)施這個(gè)層面上的通用服務(wù)能力的規(guī)劃，也就是這張圖展示的邊緣計(jì)算分發(fā)平臺。

在當(dāng)前的邊緣場景上，應(yīng)用最成熟的就是CDN場景，CDN是內(nèi)容分發(fā)平臺，通過把內(nèi)容提前緩存到邊緣節(jié)點(diǎn)，達(dá)到內(nèi)容消費(fèi)的低時(shí)延和低成本的效果。對標(biāo)CDN架構(gòu)，王廣芳所在的邊緣計(jì)算團(tuán)隊(duì)希望把邊緣計(jì)算做成一個(gè)計(jì)算分發(fā)平臺，針對客戶的資源需求，通過中心的資源調(diào)度為客戶選擇符合需求的節(jié)點(diǎn)資源，同時(shí)通過計(jì)算分發(fā)能力，將用戶的業(yè)務(wù)邏輯打包分發(fā)到這些邊緣節(jié)點(diǎn)上，客戶的邊緣業(yè)務(wù)就可以輕松運(yùn)行起來。

將合適的業(yè)務(wù)邏輯下沉到邊緣節(jié)點(diǎn)后，數(shù)據(jù)生產(chǎn)和消費(fèi)就可以在邊緣范圍內(nèi)形成閉環(huán)，而不必再回到中心進(jìn)行處理。上圖右側(cè)是邊緣節(jié)點(diǎn)這一層的詳細(xì)架構(gòu)，首先邊緣計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施是建立在各類邊緣節(jié)點(diǎn)上的，這些節(jié)點(diǎn)包括邊緣機(jī)房IDC這樣固網(wǎng)的節(jié)點(diǎn)，以及無線基站等移動網(wǎng)絡(luò)的節(jié)點(diǎn)，還有更多不同資源能力和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的異構(gòu)的合作節(jié)點(diǎn)，在此之上通過ENS和LNS等軟件系統(tǒng)，將底層復(fù)雜的基礎(chǔ)設(shè)施形態(tài)封裝起來，向上抽象出標(biāo)準(zhǔn)化的接口和服務(wù)能力。

談到邊緣計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)范圍，王廣芳說：“從距離終端最近的政企、園區(qū)、家庭這些用戶側(cè)網(wǎng)絡(luò)邊緣，到省/市/區(qū)縣等不同地區(qū)的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)邊緣，終端到中心的網(wǎng)絡(luò)鏈路還是比較復(fù)雜的，邊緣計(jì)算需要在距離終端的最后幾百幾十公里到最后十公里內(nèi)都形成覆蓋和服務(wù)能力。ENS產(chǎn)品的目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)范圍就是中間的運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，包含了固網(wǎng)的IDC環(huán)境，以及移動網(wǎng)絡(luò)的MEC環(huán)境。根據(jù)ENS圈定邊緣網(wǎng)絡(luò)范圍，我們能快速地確認(rèn)一些目標(biāo)場景，比如CDN、互動直播等?！?/p>

那么在這個(gè)圈定的范圍場景上，現(xiàn)有業(yè)務(wù)的開展遇到了哪些痛點(diǎn)和挑戰(zhàn)？

在沒有ENS這樣的邊緣計(jì)算服務(wù)之前，客戶只有一個(gè)選擇，就是從各級地區(qū)各家運(yùn)營商那里逐個(gè)采購節(jié)點(diǎn)，自建邊緣基礎(chǔ)設(shè)施，而自建基礎(chǔ)設(shè)施會帶來一系列問題和挑戰(zhàn)。

首先，自建基礎(chǔ)設(shè)施意味著從商務(wù)采購、服務(wù)器采購等供應(yīng)鏈管理、到節(jié)點(diǎn)建設(shè)都要自己來做，導(dǎo)致資產(chǎn)投入過重和成本問題。當(dāng)應(yīng)對一些突發(fā)業(yè)務(wù)需求的時(shí)候，由于新建節(jié)點(diǎn)交付的周期長，彈性能力比較差，而臨時(shí)業(yè)務(wù)高峰過后又會有很多的資源閑置。另外自建基礎(chǔ)設(shè)施還帶來運(yùn)維的挑戰(zhàn)，首先需要將邊緣節(jié)點(diǎn)從建設(shè)、交付到運(yùn)行的整個(gè)流程管理起來，其次要管理邊緣節(jié)點(diǎn)內(nèi)物理服務(wù)器層面、操作系統(tǒng)層面、以及軟件應(yīng)用層面的運(yùn)維問題，出現(xiàn)問題時(shí)要有一組工具幫助遠(yuǎn)程查看日志和問題排查定位，這些對運(yùn)維的自動化和白屏化提出了很高的要求。

另一個(gè)挑戰(zhàn)是安全和可靠性方面，首先邊緣DC基礎(chǔ)環(huán)境的可靠性依賴第三方運(yùn)營商的服務(wù)，需要應(yīng)對各種復(fù)雜的情形，包括針對運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)割接考慮應(yīng)對策略等問題。針對邊緣節(jié)點(diǎn)中各種可能軟硬件故障，還要有及時(shí)發(fā)現(xiàn)和調(diào)度的能力，這些要求將直接體現(xiàn)到業(yè)務(wù)架構(gòu)的設(shè)計(jì)開發(fā)中，挑戰(zhàn)和成本都很大。另外安全方面要著重考慮網(wǎng)絡(luò)流量安全、主機(jī)安全等不同層面的安全問題，每個(gè)層面的安全方案開發(fā)成本都很高，比如DDoS防護(hù)，當(dāng)針對某個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)內(nèi)IP的攻擊發(fā)生時(shí)，可能整個(gè)節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)都出現(xiàn)不可用問題，而想要達(dá)到預(yù)期的防護(hù)效果，可能需要在每個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)都部署一套軟件加硬件的系統(tǒng)方案。

阿里云邊緣節(jié)點(diǎn)服務(wù)（Edge Node Service）

邊緣節(jié)點(diǎn)服務(wù)這個(gè)云產(chǎn)品，就是針對前面提到的目標(biāo)場景，來應(yīng)對客戶自建邊緣設(shè)施遇到的痛點(diǎn)和挑戰(zhàn)的。ENS（簡稱）是基于靠近終端和用戶的節(jié)點(diǎn)提供邊緣的計(jì)算分發(fā)平臺服務(wù)，使客戶可以輕松地將自己業(yè)務(wù)中適合下沉到邊緣的模塊放到邊緣運(yùn)行，建立云邊協(xié)同的分布式邊緣架構(gòu)，從而具備低時(shí)延和低成本的優(yōu)勢，減輕中心的壓力。ENS的邊緣節(jié)點(diǎn)已覆蓋國內(nèi)主要地區(qū)及運(yùn)營商，可以在這些邊緣節(jié)點(diǎn)上根據(jù)客戶需求提供可動態(tài)調(diào)度的計(jì)算資源，同時(shí)支持客戶將自己的業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件打成鏡像包分發(fā)到邊緣節(jié)點(diǎn)上。ENS將阿里云的公共云邊界進(jìn)一步拓展到邊緣，與公共云一起完整支撐客戶“中心+邊緣”的復(fù)雜業(yè)務(wù)架構(gòu)需求，真正將云的基礎(chǔ)設(shè)施能力做到下沉到用戶身邊。

ENS的價(jià)值和優(yōu)勢

使用了阿里云邊緣節(jié)點(diǎn)服務(wù)，客戶在分鐘級別就完成邊緣資源創(chuàng)建，終端到節(jié)點(diǎn)的響應(yīng)時(shí)間縮短為5ms，同時(shí)節(jié)省30%以上的中心帶寬成本。

ENS將一些自建設(shè)施的問題封裝到底層，用戶不可見也不需關(guān)心，使業(yè)務(wù)啟動或擴(kuò)容的資金大大減少，也省去很大的管理成本。其次，通過ENS的資源動態(tài)調(diào)度能力，資源擴(kuò)縮容都可以在比較短的時(shí)間周期內(nèi)得到滿足，結(jié)合按需購買和按量付費(fèi)的產(chǎn)品體驗(yàn)，在滿足業(yè)務(wù)資源需求的同時(shí)充分節(jié)約客戶成本。

在產(chǎn)品體驗(yàn)方面，ENS有完整易用的Web管理控制臺和OpenAPI，支持計(jì)算資源的遠(yuǎn)程在線管理和計(jì)算分發(fā)管理，支持各項(xiàng)運(yùn)行指標(biāo)的實(shí)時(shí)可視化監(jiān)控，以及各項(xiàng)用量數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)分析，極大提升了監(jiān)控運(yùn)維的能力和效率，簡化了監(jiān)控運(yùn)維的方式。

節(jié)點(diǎn)的自治服務(wù)及自恢復(fù)能力是考驗(yàn)可用性的核心要求。邊緣節(jié)點(diǎn)在與中心管控失聯(lián)的情況下，需要能夠確保節(jié)點(diǎn)內(nèi)服務(wù)的可用性和連續(xù)性，保障基本的服務(wù)能力，同時(shí)在中心管控重新建連后，確保狀態(tài)和數(shù)據(jù)的完整回傳。

另外，結(jié)合資源的動態(tài)遷移調(diào)度能力，保證計(jì)算資源的高可用，同時(shí)確保對多租戶進(jìn)行隔離，避免資源爭搶。安全方面，邊緣節(jié)點(diǎn)支持DDoS檢測、清洗以及IP黑洞防護(hù)能力。關(guān)于ENS更詳細(xì)的產(chǎn)品介紹和產(chǎn)品體驗(yàn)，大家可以到官網(wǎng)了解。

邊緣節(jié)點(diǎn)服務(wù)的典型場景及案例

王廣芳現(xiàn)場也對邊緣節(jié)點(diǎn)服務(wù)的幾個(gè)典型應(yīng)用場景和案例進(jìn)行了闡述。

第一個(gè)大的典型場景類別，是業(yè)務(wù)架構(gòu)對節(jié)點(diǎn)的覆蓋有要求。這類場景以互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的線上業(yè)務(wù)為主，對服務(wù)的目標(biāo)范圍一般是沒有太多區(qū)域限制的，邊緣節(jié)點(diǎn)也要做到全網(wǎng)足夠廣泛的覆蓋。這五類具體場景是目前ENS服務(wù)的場景中比較有代表性的，能充分體現(xiàn)ENS服務(wù)的優(yōu)勢，給客戶的業(yè)務(wù)帶來比較大的價(jià)值提升的。

第一類是CDN，前面也講到，CDN業(yè)務(wù)本身就是典型的邊緣計(jì)算場景，可以無縫地直接跑到ENS上，我們線上這類客戶對比之前的方案，在整體成本、運(yùn)維能力等方面有明顯的收益和提升。

第二類互動直播，主要是低時(shí)延的要求以及帶寬成本節(jié)省的訴求。

第三類是在線教育和實(shí)時(shí)音視頻通信，這類場景的兩個(gè)特點(diǎn)，一是更加強(qiáng)調(diào)低時(shí)延，二是基本形態(tài)為端到端通信。邊緣節(jié)點(diǎn)在這個(gè)場景中的作用是幫助客戶就近接入自己的轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)提供更多可供選擇的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點(diǎn)。

第四類是探測監(jiān)控，這類業(yè)務(wù)需求主要是希望在距離用戶最近的邊緣，匹配真實(shí)的業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，去探測一些業(yè)務(wù)邏輯的正確性、業(yè)務(wù)穩(wěn)定性以及核心業(yè)務(wù)的性能指標(biāo)等，尤其是不同目標(biāo)地區(qū)涉及到差異化的業(yè)務(wù)邏輯或用戶體驗(yàn)的情況下，能夠就近模擬真實(shí)的結(jié)果。另外前面提到的實(shí)時(shí)通信，進(jìn)行動態(tài)選路的前提是對當(dāng)前網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)和鏈路的質(zhì)量有一個(gè)檢測和評估，這也是一個(gè)很實(shí)際的探測的案例。

第五類是游戲加速和SD-WAN，這類場景本質(zhì)是希望在邊緣節(jié)點(diǎn)上做邊緣軟網(wǎng)關(guān)或軟路由，通過網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)鏈路的優(yōu)化，完成加速和安全等目標(biāo)，邊緣節(jié)點(diǎn)在其中起到的作用與實(shí)時(shí)通信是類似的。

第二大類的典型場景是本地化，關(guān)注的是十公里以內(nèi)超低時(shí)延及大帶寬業(yè)務(wù)場景，要求延時(shí)在1ms以內(nèi)來滿足業(yè)務(wù)需求。這類場景更多偏向傳統(tǒng)行業(yè)或者線下業(yè)務(wù)，具有區(qū)域性的特點(diǎn)。比如城市大腦這類場景中的視頻監(jiān)控上云，新零售場景中一些店鋪在視頻AI及監(jiān)控的自動化識別和售賣等環(huán)節(jié)的應(yīng)用上云，本地行業(yè)的一些IT設(shè)施上云等，這些阿里云都在逐步形成成熟的案例。

在分享的最后，王廣芳分享了他對將來ENS發(fā)展的思考。首先隨著5G的到來，移動邊緣計(jì)算MEC將迎來需求爆發(fā)。其次，阿里云要繼續(xù)將計(jì)算分發(fā)平臺的能力做升級，包括全球化的分發(fā)能力，海量節(jié)點(diǎn)的資源調(diào)度性能提升和體驗(yàn)優(yōu)化，同時(shí)提供給客戶更強(qiáng)大更自動化的遠(yuǎn)程運(yùn)維能力，場景化地支持邊緣運(yùn)維。最后，在基礎(chǔ)架構(gòu)層面，我們也看到了AI對邊緣計(jì)算的需求，阿里云正在規(guī)劃支持GPU等能力，構(gòu)建邊緣場景的分布式數(shù)據(jù)分析平臺，另外在網(wǎng)絡(luò)的吞吐和性能方面進(jìn)一步提升，來支持邊緣場景中占比較大的大流量業(yè)務(wù)的處理需求。