劉建平

（云宏信息科技股份有限公司 廣東省廣州市 510642）

1 邊緣計算和邊緣云

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展、5G 的普及，以及產(chǎn)業(yè)應(yīng)用需求的催生，邊緣計算的需求越來越多。如同云計算的發(fā)展從一個籠統(tǒng)的概念，逐漸演變成清晰的云計算的三個層次：IaaS、PaaS 和SaaS，邊緣計算也從一個籠統(tǒng)的概念演變成端計算和邊緣云計算兩個分支。

何為邊緣計算[1]，邊緣計算是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務(wù)。其應(yīng)用程序在邊緣側(cè)發(fā)起，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)，滿足行業(yè)在實時業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求。邊緣計算處于物理實體和工業(yè)連接之間，或處于物理實體的頂端。而云端計算，仍然可以訪問邊緣計算的歷史數(shù)據(jù)。

最初邊緣計算是由于物聯(lián)網(wǎng)的普及，部署在邊緣測的設(shè)備具備一定的計算能力，并且可以通過網(wǎng)絡(luò)將計算的結(jié)果反饋到中心服務(wù)器，進行存儲或者進行更深一步的復(fù)雜計算，從而獲取到預(yù)設(shè)想要的結(jié)果。

近年來，隨著萬物互聯(lián)、數(shù)字孿生等應(yīng)用普及，數(shù)字生活、智慧城市等建設(shè)支撐的產(chǎn)業(yè)發(fā)展，在更多的邊緣側(cè)有越來越豐富的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù)，需要具備更強的計算能力、更大的存儲能力來解決更復(fù)雜的問題。而5G 無線網(wǎng)絡(luò)的誕生和應(yīng)用，為邊緣計算提供高帶寬、低時延的網(wǎng)絡(luò)能力，更進一步催生并豐富了邊緣云的產(chǎn)品形態(tài)。

2 5G MEC移動邊緣計算

5G 的設(shè)計理念中，就原生地包括了邊緣云的產(chǎn)品形態(tài)，在ETSI（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會）的模型設(shè)計里，將此概念定義為MEC（Mobile Edge Computing，移動邊緣計算）。

MEC 主要是指通過在靠近網(wǎng)絡(luò)接入側(cè)部署通用服務(wù)器，從而提供 IT 服務(wù)環(huán)境以及云計算能力，旨在進一步減少時延，提升網(wǎng)絡(luò)運營效率、提高業(yè)務(wù)分發(fā)、傳送能力，優(yōu)化、改善終端用戶體驗。具體模型如圖1。

從圖1 可以看到，MEC 模型已經(jīng)用到云計算的關(guān)鍵核心技術(shù)——虛擬化技術(shù)，并且可以提供接口能力，讓MEC 設(shè)備可以被中心側(cè)的OSS 進行遠(yuǎn)程接入管理。

圖1

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用、5G 普及的支撐下，虛擬化技術(shù)與邊緣計算的深度結(jié)合與融合，是順應(yīng)趨勢的，技術(shù)上是相生相長的，應(yīng)用上是前景廣闊的。

根據(jù)邊緣云計算的技術(shù)性能及應(yīng)用案例的實踐經(jīng)驗來看，相對于端計算，邊緣云計算的業(yè)務(wù)具備以下基本特點[3]：

（1）邊緣應(yīng)用對數(shù)據(jù)存儲容量的需求變大——如果將大量連接設(shè)備產(chǎn)生的越來越多的數(shù)據(jù)傳輸?shù)轿恢帽容^集中的云服務(wù)上，需要超大帶寬和回傳容量。而邊緣計算和本地數(shù)據(jù)處理可以減少需要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。

（2）數(shù)據(jù)需求邊界可以劃定，搭建規(guī)劃清晰，投入成本可控可調(diào)節(jié)——就帶寬問題而言，遠(yuǎn)距離傳輸大量數(shù)據(jù)也會產(chǎn)生成本。此外，很多設(shè)備產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)可能無關(guān)業(yè)務(wù)，因此不需要傳輸?shù)街行脑七M行處理。

（3）便于在地實時分析數(shù)據(jù)，提升數(shù)據(jù)治理應(yīng)用能力與及時反饋能力——數(shù)據(jù)是數(shù)字經(jīng)濟的基礎(chǔ)資產(chǎn)。要具備將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為實時分析和操作的能力，需要將處理和計算功能的位置轉(zhuǎn)移到更接近生成或使用數(shù)據(jù)的設(shè)備。

（4）適合自主安全的私有化部署——許多場景不適合將敏感數(shù)據(jù)離開現(xiàn)場或自有服務(wù)器。圍繞數(shù)據(jù)隱私的國家法律法規(guī)也是一個影響因素。

（5）減輕對網(wǎng)絡(luò)高時延的依賴，維持足夠的計算與存儲能力——雖然5G 比4G 時延更低，但要在遠(yuǎn)距離和多跳網(wǎng)絡(luò)中實現(xiàn)極低時延會很困難。

（6）增大按需部署的多路徑數(shù)據(jù)通信彈性——邊緣云計算能比集中模式提供更多的通信路徑，這種分布可以更好的保障數(shù)據(jù)通信的彈性。

5G 的MEC 有兩種建設(shè)方式，一種是運營商建設(shè)和運營，部署在基站側(cè)。另一種是企業(yè)專網(wǎng)的模式，邊緣云由企業(yè)建設(shè)，運營商負(fù)責(zé)提供本地5G接入。后者主要是面向在地的大型機構(gòu)，比如園區(qū)、港口、大型制造業(yè)工廠、醫(yī)院、體育或展館以及大型賣場。而前者則屬于運營商的一種新的業(yè)務(wù)模式，用來作為區(qū)別公有云以外的另外一種基礎(chǔ)架構(gòu)資源租賃服務(wù)。

而這種租賃服務(wù)也有兩類受眾群體。一種是企業(yè)邊緣云資源租賃，如中小企業(yè)、分支機構(gòu)、醫(yī)院分中心、中小學(xué)校，它們的業(yè)務(wù)和應(yīng)用主要是圍繞著本地服務(wù)，沒有太多的流量需要通過互聯(lián)網(wǎng)跨城域傳輸，無疑5G 的MEC 可以提供更高質(zhì)量的云資源服務(wù)能力。另外一種是云應(yīng)用邊緣分發(fā)。比如：云游戲、AR/VR、SaaS 云服務(wù)，云應(yīng)用服務(wù)提供商根據(jù)受眾群體的物理位置，動態(tài)地將服務(wù)下發(fā)到邊緣側(cè)，讓用戶能夠享受到更好的服務(wù)體驗。最典型的是云游戲，比如在某個社區(qū)突然流行起來，游戲服務(wù)商可以將該游戲的接入動態(tài)部署到該社區(qū)的5G MEC，能夠輕松滿足瞬時爆發(fā)的算力挑戰(zhàn)。這有點類似原來運營商提供的CDN 服務(wù)，只是CDN 服務(wù)是用于內(nèi)容分發(fā)，相當(dāng)于存儲的邊緣應(yīng)用，而邊緣云提供的是計算能力的邊緣分發(fā)，適用的場景更多、能力更強。

誠然，5G MEC 并不是邊緣云應(yīng)用的全部，邊緣云應(yīng)用也并不一定就要和5G 搭配在一起。

在智能互聯(lián)時代，邊緣云除了上述算力邊緣分發(fā)以外，還涌現(xiàn)出更貼切邊緣云的應(yīng)用場景，即時垂直應(yīng)用的邊緣部署。

3 軍方的移動邊緣云

目前，軍方的信息化裝備建設(shè)有從原來集中式改為分布式的趨勢，即將信息化系統(tǒng)部署在裝備上，如戰(zhàn)車、軍艦等設(shè)備，讓信息化系統(tǒng)能跟隨作戰(zhàn)裝備移動，從而使整套系統(tǒng)更機動、更健壯，不會因為目標(biāo)單一而容易被敵方所破壞。

正因此，業(yè)務(wù)系統(tǒng)部署要在移動裝備上，運行環(huán)境更為惡劣，硬件設(shè)備更容易出現(xiàn)故障。如果因為硬件設(shè)備故障導(dǎo)致業(yè)務(wù)系統(tǒng)不能運行，造成數(shù)據(jù)丟失，則完全無法體現(xiàn)出機動性的優(yōu)勢。所以，通過云的能力將邊緣服務(wù)器進行池化是一個非常適用的選擇，通過云的高可用、可遷移性和數(shù)據(jù)多副本的特性，能夠保證在服務(wù)器出現(xiàn)一定的硬件故障時，業(yè)務(wù)也可正常運行。不僅如此，邊緣云系統(tǒng)具備零運維的特點，可以減少對專業(yè)工程師的現(xiàn)場依賴。因為軍方在執(zhí)行任務(wù)的時候，不可能還隨裝備配給具備IT 技能的專業(yè)人士，所以，系統(tǒng)的零運維、自恢復(fù)是屬于必不可少的能力要求。

4 變電站、配電站的邊緣云

隨著國家電網(wǎng)建設(shè)的不斷推進，近幾年，電網(wǎng)提出“泛在電力物聯(lián)網(wǎng)”的概念。泛在電力物聯(lián)網(wǎng)（UEIOT;Ubiquitous Electric Internet of Things），就是圍繞電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)，充分應(yīng)用移動互聯(lián)、人工智能等現(xiàn)代信息技術(shù)、先進通信技術(shù)，實現(xiàn)電力系統(tǒng)各環(huán)節(jié)萬物互聯(lián)、人機交互，具有狀態(tài)全面感知、信息高效處理、應(yīng)用便捷靈活特征的智慧服務(wù)系統(tǒng)。

在此背景之下，電網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的變電站、配電站將逐漸物聯(lián)網(wǎng)化，它們工作的所有設(shè)備會產(chǎn)生大量的物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)，需要邊緣云的能力來解決，實現(xiàn)設(shè)備和儀器的狀態(tài)實時感知，自動巡檢和AI 分析等應(yīng)用可以獲取設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)，進行智能判斷、異常報警。這些報警和人工干預(yù)可以及時地上報到中心云，中心云的監(jiān)控人員可以掌握所轄區(qū)域的所有變電站、配電站的情況。這就要求邊緣云可以做到分離部署到不同的物理位置，但又能將業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)和邊緣云的管理能力集中到中心云，通過中心云進行遠(yuǎn)程調(diào)度和維護。

5 看守所的邊緣云

如圖2所示，國家的智慧監(jiān)獄信息化建設(shè)已經(jīng)越來越普及，而看守所這種單體規(guī)模不如監(jiān)獄，但是信息化要求又基本與監(jiān)獄高度相似的機構(gòu)，邊緣云的模式可以用低成本的建設(shè)，快速提升看守所的管理能力?？词厮吘壴撇渴鸬莫氂刑攸c：

圖2

5.1 平臺輕量穩(wěn)定、避免單點故障

（1）系統(tǒng)分散在全省各看守所點邊緣部署，需要云平臺輕量穩(wěn)定，不耗費過多的系統(tǒng)資源；

（2）云平臺本身架構(gòu)可靠，保障業(yè)務(wù)高可用，不依賴單點故障。

5.2 全省統(tǒng)一監(jiān)控、統(tǒng)一運維

（1）它是由公安系統(tǒng)全省統(tǒng)一建設(shè)，省里要統(tǒng)一監(jiān)管；

（2）看守所的應(yīng)用有大量的視頻數(shù)據(jù)要存儲；

（3）由于系統(tǒng)邊緣部署，但是需要能對各邊緣站點的資源能夠統(tǒng)一管理和運維，可以通過云平臺納管全省各邊緣站點的資源情況；

（4）業(yè)務(wù)軟件可通過模板方式從省里統(tǒng)一下發(fā)，遠(yuǎn)程快速安裝。

5.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)一備份

（1）各看守所的業(yè)務(wù)系統(tǒng)和數(shù)據(jù)通過公安專網(wǎng)統(tǒng)一備份到省級云平臺，支持全量和增量備份；

（2）備份數(shù)據(jù)可快速回復(fù)到故障的邊緣節(jié)點。

6 垂直領(lǐng)域邊緣云的發(fā)展趨勢

除了上述幾個應(yīng)用案例，在各行各業(yè)還有非常多類似的應(yīng)用，都是屬于某一個應(yīng)用的垂直場景，大體都具備單個點規(guī)模不大、總體邊緣節(jié)點非常多、物理位置非常分散的特點。歸納起來，它們對邊緣云的功能要求除了基本的計算、存儲能力以外，還有以下一些需求特點：

（1）要支持分離部署、集中管理、統(tǒng)一監(jiān)控、遠(yuǎn)程升級。

（2）一個邊緣云有多種業(yè)務(wù)混合，每種業(yè)務(wù)對資源的要求會有進一步的細(xì)分，有要求低時延的應(yīng)用，也有要求大存儲的應(yīng)用。

（3）現(xiàn)場不具備專業(yè)人員對設(shè)備進行操作和維護，要求邊緣云具備現(xiàn)場零運維、自修復(fù)的能力。

（4）業(yè)務(wù)相對穩(wěn)定、固定，要求在特定的環(huán)境下能保證業(yè)務(wù)的可持續(xù)性和數(shù)據(jù)的安全性。

（5）總體規(guī)模不大，對邊緣云系統(tǒng)架構(gòu)要求精簡，系統(tǒng)消耗資源盡可能的少、建設(shè)成本要低、部署要便捷、建設(shè)周期要短。

（6）在國內(nèi)信創(chuàng)的大背景下，建設(shè)方還有可能要求邊緣云運行在國產(chǎn)服務(wù)器上，比如鯤鵬、飛騰或龍芯服務(wù)器。

（7）建設(shè)內(nèi)容通常是國家的基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境的，對邊緣云有安全要求，需要滿足等保測評，具備一定的安全、容災(zāi)和備份能力。

所以，我們相信，在未來的信息化建設(shè)中，邊緣云將會有更多的應(yīng)用場景，它不再是大云的一個補充，而是云計算的另外一種重要的產(chǎn)品形態(tài)，并且與人工智能、大數(shù)據(jù)、物理網(wǎng)、區(qū)塊鏈等多種技術(shù)不斷融合，實現(xiàn)更多的技術(shù)創(chuàng)新，支撐更多、更強大、更智能的業(yè)務(wù)和應(yīng)用。