深入探索邊緣計算：物聯(lián)網(wǎng)和5G時代的技術(shù)趨勢

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)展的下一個重要驅(qū)動力。

邊緣計算（Edge Computing）的概念由此而生。邊緣計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算與云計算的關(guān)系、基本特點(diǎn)和屬性、參考架構(gòu)、主要應(yīng)用場景，以及在5G通信中的作用。

一、邊緣計算與云計算形成互補(bǔ)關(guān)系

根據(jù)歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）的定義，多接入邊緣計算是在靠近人、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。它可以作為聯(lián)接物理和數(shù)字世界的橋梁，使能智能資產(chǎn)、智能網(wǎng)關(guān)、智能系統(tǒng)和智能服務(wù)。

圖：邊緣計算成為物理世界和數(shù)字世界間的重要橋梁

在有了云計算的同時，為什么還需要邊緣計算？主要存在以下幾點(diǎn)原因：1） 網(wǎng)絡(luò)帶寬與計算吞吐量均成為云計算的性能瓶頸：2） 物聯(lián)網(wǎng)時代數(shù)據(jù)量激增，對數(shù)據(jù)安全提出更高的要求：3） 終端設(shè)備產(chǎn)生海量“小數(shù)據(jù)”，需要實(shí)時處理。

如果說“云計算”所能實(shí)現(xiàn)的是大而全的話，那么“邊緣計算”更多則是“小而美”，從數(shù)據(jù)源頭入手，以“實(shí)時、快捷”的方式完成與“云計算”的應(yīng)用互補(bǔ)。比較兩者，云計算聚焦非實(shí)時、長周期數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析，能夠?yàn)闃I(yè)務(wù)決策支撐提供依據(jù)；邊緣計算則聚焦實(shí)時、短周期數(shù)據(jù)的分析，能更好地支撐本地業(yè)務(wù)的實(shí)時智能化處理與執(zhí)行。

二、邊緣計算的基本特點(diǎn)與屬性

參考邊緣計算聯(lián)盟（ECC）與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟（AII）在2018年底發(fā)布的白皮書中對邊緣計算的定義，作為連接物理世界與數(shù)字世界間的橋梁，邊緣計算具有聯(lián)接性、約束性、分布性、融合性和數(shù)據(jù)第一入口等基本特點(diǎn)與屬性。

聯(lián)接性：聯(lián)接性是邊緣計算的基礎(chǔ)。所聯(lián)接物理對象的多樣性及應(yīng)用場景的多樣性，需要邊緣計算具備豐富的聯(lián)接功能。聯(lián)接性需要充分借鑒吸收網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域先進(jìn)研究成果，同時還要考慮與現(xiàn)有各種工業(yè)總線的互聯(lián)、互通、互操作。

數(shù)據(jù)第一入口：邊緣計算作為物理世界到數(shù)字世界的橋梁，是數(shù)據(jù)的第一入口，擁有大量、實(shí)時、完整的數(shù)據(jù)，可基于數(shù)據(jù)全生命周期進(jìn)行管理與價值創(chuàng)造，將更好的支撐預(yù)測性維護(hù)、資產(chǎn)管理與效率提升等創(chuàng)新應(yīng)用；同時，作為數(shù)據(jù)第一入口，邊緣計算也面臨數(shù)據(jù)實(shí)時性、確定性、完整性、準(zhǔn)確性、多樣性等挑戰(zhàn)。

約束性：邊緣計算產(chǎn)品需適配工業(yè)現(xiàn)場相對惡劣的工作條件與運(yùn)行環(huán)境。在工業(yè)互聯(lián)場景下，對邊緣計算設(shè)備的功耗、成本、空間也有較高的要求。邊緣計算產(chǎn)品需要考慮通過軟硬件集成與優(yōu)化，以適配各種條件約束，支撐行業(yè)數(shù)字化多樣性場景。

分布性：邊緣計算實(shí)際部署天然具備分布式特征。這要求邊緣計算支持分布式計算與存儲、實(shí)現(xiàn)分布式資源的動態(tài)調(diào)度與統(tǒng)一管理、支撐分布式智能、具備分布式安全等能力。

融合性：OT與ICT的融合是行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要基礎(chǔ)。邊緣計算作為“OICT”融合與協(xié)同的關(guān)鍵承載，需要支持在聯(lián)接、數(shù)據(jù)、管理、控制、應(yīng)用、安全等方面的協(xié)同。

總體而言，云計算聚焦非實(shí)時、長周期數(shù)據(jù)的大數(shù)據(jù)分析，能夠?yàn)闃I(yè)務(wù)決策支撐提供依據(jù)；邊緣計算則聚焦實(shí)時、短周期數(shù)據(jù)的分析，能更好地支撐本地業(yè)務(wù)的實(shí)時智能化處理與執(zhí)行。下面將介紹邊緣計算聯(lián)盟提出的邊緣計算參考架構(gòu)和邊緣計算的主要應(yīng)用場景。

三、邊云協(xié)同總體參考架構(gòu)

為了支撐上述邊云協(xié)同能力與內(nèi)涵，需要相應(yīng)的參考架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)。參考架構(gòu)需要考慮下述因素：連接能力、信息特征、以及資源約束性。

根據(jù)上述考量，邊云協(xié)同的總體參考架構(gòu)應(yīng)該包括下述模塊與能力：（1）邊緣側(cè)：基礎(chǔ)設(shè)施能力、邊緣平臺能力、管理與安全能力、應(yīng)用與服務(wù)能力。（2）云端：平臺能力、邊緣開發(fā)測試云。

圖：邊云協(xié)同總體參考架構(gòu)

四、邊緣計算主要應(yīng)用場景

從細(xì)分價值市場的維度，邊緣計算主要分為三類：電信運(yùn)營商邊緣計算、企業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算、工業(yè)邊緣計算。

圍繞上述三類邊緣計算，業(yè)界主要的ICT、OT、OTT、電信運(yùn)營商等玩家紛紛基于自身的優(yōu)勢構(gòu)建相關(guān)能力，布局邊緣計算，形成了當(dāng)前主要的六種邊緣計算的業(yè)務(wù)形態(tài)：物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算、工業(yè)邊緣計算、智慧家庭邊緣計算、廣域接入網(wǎng)絡(luò)邊緣計算、邊緣云以及多接入邊緣計算（MEC）。

圖：邊緣計算分類及主要業(yè)務(wù)形態(tài)

物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算主要由電信運(yùn)營商、ICT廠商、OT 廠商提供， 典型的解決方案如華為EC-IoT， 思科Fo g Computing，SAP Leonardo IoT Edge等。

工業(yè)邊緣計算主要由OT廠商提供，典型的解決方案如西門子Industrial Edge、和利時HoliEdge等。

智慧家庭邊緣計算主要圍繞智慧家庭網(wǎng)絡(luò)、智慧家居、智慧家庭安防等場景，使能家庭內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)、家電、家具等智能化，改進(jìn)和提升用戶體驗(yàn)，深度挖掘并匹配家庭客戶需求與價值。

廣域接入網(wǎng)絡(luò)邊緣計算主要為企業(yè)客戶提供靈活彈性的廣域網(wǎng)絡(luò)接入能力（WAN），自動識別區(qū)分企業(yè)客戶的不同業(yè)務(wù)流，并自動匹配相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保障（QoS）；同時支持按需的網(wǎng)絡(luò)增值業(yè)務(wù)自動化部署。

邊緣云主要是由公有云服務(wù)商提供，一般作為其云服務(wù)在邊緣側(cè)的延伸，同時具備實(shí)時響應(yīng)、離線運(yùn)行等能力，從而延伸云服務(wù)的覆蓋領(lǐng)域和范圍。

多接入邊緣計算（MEC）提供了一個新的生態(tài)和價值鏈。MEC使能電信運(yùn)營商可以在網(wǎng)絡(luò)邊緣分流業(yè)務(wù)；向第三方應(yīng)用及服務(wù)開放邊緣網(wǎng)絡(luò)能力。

圖：歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會關(guān)于多接入邊緣計算（MEC）的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)度

五、邊緣計算在5G通信中的作用

5G時代的多元化應(yīng)用催生了邊緣計算的快速發(fā)展，傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心將向邊緣側(cè)延伸，邊緣計算將加速ICT融合落地。

5G通信時代中邊緣計算的第一個重要作用是通過部署邊緣計算服務(wù)器滿足催生的邊緣側(cè)增量需求。

圖：5G時代的邊緣化應(yīng)用催生了邊緣側(cè)增量需求

在萬物互聯(lián)的5G智能化時代，如果僅采用中心云計算模式（中心云），已經(jīng)不能滿足高效地處理網(wǎng)絡(luò)邊緣端所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)。因此分布在網(wǎng)絡(luò)邊緣端，提供實(shí)時數(shù)據(jù)處理、分析決策的小規(guī)模云數(shù)據(jù)中心的邊緣云和邊緣計算服務(wù)器顯得尤其重要。

5G通信時代中邊緣計算的第二個重要作用是通過新的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浼軜?gòu)——核心網(wǎng)下沉和邊緣數(shù)據(jù)中心滿足5G超低時延、大帶寬和海量連接的需求。

圖：5G三大應(yīng)用場景中，超低時延、大帶寬和海量連接均需要邊緣計算

邊緣計算的第三大重要作用是通過部署邊緣云和多接入邊緣計算快速帶動這些重要應(yīng)用領(lǐng)域的發(fā)展。

邊緣計算具有聚焦實(shí)時、短周期數(shù)據(jù)的分析能力，能更好地支撐本地業(yè)務(wù)的實(shí)時智能化處理與執(zhí)行。作為數(shù)據(jù)的第一入口能夠?qū)崟r、安全、高效地處理工業(yè)自動化中的低延時數(shù)據(jù)處理要求，是能夠同時滿足5G和智能制造發(fā)展需求的關(guān)鍵核心技術(shù)。