甘雨瑩，孫 慧，梁真銘

(中國電信股份有限公司上海研究院，上海 210043)

0 引言

隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，工業(yè)場景中對邊緣計算的應(yīng)用需求越來越多，其中包括數(shù)據(jù)預(yù)處理、低時延、多接入以及安全和隱私等。這也導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳送量不斷增加，海量終端接入及數(shù)據(jù)傳輸、處理、存儲的需求極大地增加了網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷，并對網(wǎng)絡(luò)帶寬提出了更高的需求。表1列舉了一些工業(yè)典型場景對邊緣計算的需求。

表1 典型工業(yè)場景對邊緣計算的需求

隨著工業(yè)PON 技術(shù)的不斷成熟，在性能、成本、可靠性和可管控等方面均具有了優(yōu)勢。工業(yè)PON 已成為工廠內(nèi)連接的全新可選方案。相比于普通PON 技術(shù)，工業(yè)PON 在網(wǎng)絡(luò)性能(如時延、抖動、QoS 等)，網(wǎng)絡(luò)安全性(如數(shù)據(jù)安全、用戶認(rèn)證等)和接口多樣性等方面具有更高的要求。OLT 融合邊緣計算在工業(yè)PON 領(lǐng)域的應(yīng)用可以在邊緣完成數(shù)據(jù)采集，保證數(shù)據(jù)的安全性，并且通過短距數(shù)據(jù)分析和近實時操作下發(fā)，滿足工業(yè)領(lǐng)域低時延應(yīng)用的要求。

1 OLT 融合邊緣計算的技術(shù)方案

1.1 OLT 內(nèi)置型邊緣計算

1.1.1 具有增值功能的OLT 內(nèi)置型邊緣計算

OLT 內(nèi)置型邊緣計算業(yè)務(wù)板卡提供增值功能的場景下，內(nèi)置型邊緣計算業(yè)務(wù)板卡不具有獨立管理能力，與普通OLT 板卡一樣，通過OLT 內(nèi)部的控制通道和轉(zhuǎn)發(fā)通道進(jìn)行通信，設(shè)備外部不可見。主控板、PON 板卡、ETH 板卡的CPU 之間采用控制通道進(jìn)行通信，轉(zhuǎn)發(fā)面之間通過交換矩陣、線卡NP、內(nèi)置型邊緣計算業(yè)務(wù)板卡服務(wù)器之間通過轉(zhuǎn)發(fā)通道進(jìn)行通信。

如圖1 所示，OLT 的主控板由控制CPU 和交換芯片構(gòu)成，通過以太網(wǎng)/ATM 交換。線卡由控制CPU 和MAC芯片及NP/ASIC 芯片構(gòu)成。主控板的控制CPU 和線卡的控制CPU 之間的通信通道叫控制通道，而主控板交換芯片和線卡MAC/NP/ASIC 芯片之間的通信通道叫轉(zhuǎn)發(fā)通道?？刂仆ǖ莱休d控制信息，轉(zhuǎn)發(fā)通道轉(zhuǎn)發(fā)用戶數(shù)據(jù)。內(nèi)置型邊緣計算業(yè)務(wù)板卡用于OLT 增值功能時，其控制CPU 與主控板的控制CPU 通過控制通道通信，其處理業(yè)務(wù)的服務(wù)器相當(dāng)于其他板卡中的MAC/NP/ASIC芯片，與主控交換芯片通過轉(zhuǎn)發(fā)通道聯(lián)系。控制通道和轉(zhuǎn)發(fā)通道都是通過以太網(wǎng)模塊實現(xiàn)板間連接，控制通道一般采用簡單的二層以太網(wǎng)交換實現(xiàn)，轉(zhuǎn)發(fā)通道可以是以太網(wǎng)技術(shù)。

當(dāng)工廠終端設(shè)備與內(nèi)置型邊緣計算業(yè)務(wù)板卡中的應(yīng)用在同一個VLAN 內(nèi)，則OLT 只需在PON 板卡NP/ASIC芯片和內(nèi)置型邊緣計算業(yè)務(wù)板卡的以太網(wǎng)模塊之間配置相同二層VLAN，如圖2 所示。

當(dāng)工廠終端設(shè)備與內(nèi)置型邊緣計算業(yè)務(wù)板卡中的應(yīng)用不在同一個VLAN 內(nèi)，則工廠終端設(shè)備與邊緣計算業(yè)務(wù)板卡中的應(yīng)用之間需要跨VLAN 的三層路由通信，而三層路由通信一般由OLT 上層設(shè)備(如BRAS)提供。不同二層VLAN 連接如圖3 所示。

1.1.2 具有通用功能的OLT 內(nèi)置型邊緣計算

OLT 內(nèi)置型邊緣計算業(yè)務(wù)板卡提供通用功能的場景下，通過內(nèi)置以太網(wǎng)模塊與OLT 背板連接，業(yè)務(wù)連接同增值功能相似，內(nèi)置型邊緣計算業(yè)務(wù)板卡具有獨立管理能力。

圖1 OLT 內(nèi)置型邊緣計算方案（增值功能）

圖2 相同二層VLAN 連接

圖3 不同二層VLAN 連接

OLT 作為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備由EMS 管理，內(nèi)置型邊緣計算業(yè)務(wù)板卡具備面板獨立的網(wǎng)絡(luò)接口連接PIM 管理系統(tǒng)，通過PIM 納入符合ETSI NFVI 的整體管理體系，實現(xiàn)管理配置的自動化，如圖4 所示。

硬件資源管理(PIM)，管理功能如下：

(1)配置管理功能：①內(nèi)置型邊緣計算業(yè)務(wù)板卡上電、下電、重啟操作；②基本輸入輸出系統(tǒng)(BIOS)配置，滿足用戶對系統(tǒng)從不同介質(zhì)啟動的需求；③基板管理控制器(BMC)配置。

圖4 獨立網(wǎng)絡(luò)接口連接PIM 管理系統(tǒng)

(2)告警管理功能：告警解析、當(dāng)前告警、歷史告警、告警確認(rèn)、告警清除、告警導(dǎo)出、告警屏蔽、事件瀏覽、遠(yuǎn)程通知等。

(3)性能管理功能：提供測量任務(wù)和門限任務(wù)的管理功能、提供性能指標(biāo)數(shù)據(jù)的實時監(jiān)測功能、提供監(jiān)視指標(biāo)的歷史數(shù)據(jù)查詢功能等。

上層軟件管理由VNF/APP 的相應(yīng)管理系統(tǒng)承擔(dān)。

OLT 內(nèi)置型邊緣計算采用內(nèi)置板卡的形式，支持工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)大視頻、大流量、低時延等典型應(yīng)用場景，其價值體現(xiàn)在：(1)利用PON 接入的高帶寬、就近服務(wù)、低時延、低丟包等特性，可以有效提升視頻類網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量；其次是有效卸載流量，節(jié)約上層網(wǎng)絡(luò)帶寬，降低網(wǎng)絡(luò)開銷；(2)在無需改造機(jī)房的條件下按需引入邊緣計算存儲資源，有效利用OLT 已有資源，無需額外的機(jī)房占用空間，支撐接入網(wǎng)絡(luò)NFV 化和高帶寬邊緣計算業(yè)務(wù)的開展。

1.2 OLT 外置型邊緣計算

工廠中設(shè)備接入到工業(yè)網(wǎng)關(guān)，工業(yè)網(wǎng)關(guān)上行流量經(jīng)過OLT 上聯(lián)口，根據(jù)VLAN ID 識別業(yè)務(wù)流，通過L2 轉(zhuǎn)發(fā)到交換機(jī)，交換機(jī)轉(zhuǎn)換為L3 路由至對應(yīng)服務(wù)器。下行流量由服務(wù)器轉(zhuǎn)發(fā)給交換機(jī)，交換機(jī)根據(jù)終端目的IP路由至特定LAN 口，在LAN 口封裝為L2 后轉(zhuǎn)發(fā)給OLT，如圖5 所示。

(1)路由轉(zhuǎn)發(fā)

圖5 OLT 外置型邊緣計算方案

邊緣計算平臺與APP 之間：①邊緣計算平臺基于轉(zhuǎn)發(fā)規(guī)則向轉(zhuǎn)發(fā)平面下發(fā)指令；②數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)平面并在各種應(yīng)用、服務(wù)和網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行流量的路由；③邊緣計算平臺支持DNS 代理服務(wù)器的配置，將數(shù)據(jù)流量重定向到對應(yīng)的應(yīng)用和服務(wù)。

(2)管理功能

邊緣計算平臺包括數(shù)采、轉(zhuǎn)碼等APP 和本地管理平臺等，對工廠現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行管理，當(dāng)本地?zé)o法處理時，可以通過集中網(wǎng)管。

本地管理平臺：①APP 生命周期管理，包括邊緣應(yīng)用程序的創(chuàng)建和終止；②APP 規(guī)則和需求管理，包括認(rèn)證、流量規(guī)則、DNS 配置和沖突協(xié)調(diào)等。

集中網(wǎng)管平臺：①掌控邊緣計算網(wǎng)絡(luò)的資源和容量，包括所有已經(jīng)部署好的邊緣計算平臺和服務(wù)、可用資源、已經(jīng)被實例化的應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)的拓?fù)涞?；②工廠需要進(jìn)行的邊緣計算平臺切換。

OLT 外置型邊緣計算與工廠5G 網(wǎng)絡(luò)UPF 實現(xiàn)固移融合，統(tǒng)一承載工業(yè)場景的移動接入、Wi-Fi 接入以及固網(wǎng)接入。通過云邊協(xié)同的設(shè)備接入管理，在云端能夠?qū)υ浦边B接入或通過邊緣計算節(jié)點接入的設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一管理，便于對工廠大范圍內(nèi)的設(shè)備統(tǒng)一監(jiān)管掌控。

2 OLT 融合邊緣計算方案比較

目前，工廠在實時業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)聚合、數(shù)據(jù)本地化等需求愈加迫切，針對工廠的典型應(yīng)用場景，如工業(yè)視覺檢測、機(jī)器人巡邏車等，在OLT 融合邊緣計算方案中進(jìn)行探索。

工業(yè)視覺檢測：基于內(nèi)置型邊緣計算實現(xiàn)對生產(chǎn)車間內(nèi)各種設(shè)備質(zhì)量的自動化檢測，檢測數(shù)據(jù)回傳到邊緣計算進(jìn)行實時分析。該方案需在有限的板卡內(nèi)引入更強(qiáng)的圖形計算能力。

機(jī)器人巡邏廠區(qū)：基于5G 技術(shù)與外置邊緣計算融合，實現(xiàn)對園區(qū)巡邏機(jī)器人的控制、視頻回傳。該方案由于巡邏區(qū)域在室外，需通過5G 網(wǎng)絡(luò)與邊緣計算的結(jié)合，實時進(jìn)行監(jiān)控危險行為分析、安全監(jiān)測。

通過對以上方案的分析，從適用工廠場景情況、優(yōu)缺點幾個維度進(jìn)行比較。如表2 所示，工廠可根據(jù)對邊緣計算不同的場景需求選擇不同的方案。

表2 OLT 融合邊緣計算三種方案的比較

3 結(jié)論

邊緣計算的興起和接入網(wǎng)絡(luò)的虛擬化潮流，使得運營商在接入機(jī)房引入計算存儲設(shè)施日益迫切。通過OLT融合邊緣計算業(yè)務(wù)板卡滿足邊緣計算和網(wǎng)絡(luò)虛擬化對計算存儲基礎(chǔ)設(shè)施的需求。利用PON 接入和邊緣計算技術(shù)的高帶寬、就近服務(wù)、低時延以及低丟包等特性，有效支撐工業(yè)互聯(lián)本地業(yè)務(wù)的智能化處理，滿足網(wǎng)絡(luò)的實時需求。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域典型行業(yè)由于數(shù)字化、智能化水平不一，對邊緣計算的需求也不盡相同，還需芯片、模組、通信技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)、系統(tǒng)平臺等整個邊緣計算生態(tài)鏈的伙伴們共同推動工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。