邊緣雲計算簡介

去年末，中國電子技術標準化研究院、阿里雲等單位共同編制併發布了一份《邊緣雲計算技術與標準化白皮書》，定義了邊緣雲計算的概念和標準等，白皮書篇幅略長，邊緣計算社區將經過幾篇文章拆解白皮書。

邊緣計算概念

和雲計算出現的時候同樣，目前業界對邊緣計算（Edge Computing）的定義和說法有不少種。ISO/IEC JTC1/SC38對邊緣計算給出的定義：邊緣計算是一種將主要處理和數據存儲放在網絡的邊緣節點的分佈式計算形式。邊緣計算產業聯盟對邊緣計算的定義是指在靠近物或數據源頭的網絡邊緣側，融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務，知足行業數字化在敏捷鏈接、實時業務、數據優化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。 國際標準組織 ETSI 的定義爲在移動網絡邊緣提供 IT 服務環境和計算能力，強調靠近移動用戶，以減小網絡操做和服務交付的時延，提升用戶體驗。隨着5G 技術的逐步成熟，MEC（Multi-Access Edge Computing，也被稱爲 Mobile Edge Computing ）做爲 5G 的一項關鍵技術成爲行業上下游生態合做夥伴們共同關注的熱點。目前，ETSI 對 MEC 的定義是指在網絡邊緣爲應用開放者和內容服務商提供所需的雲端計算功能和 IT服務環境。

上述邊緣計算的各類定義雖然表述上各有差別，但基本都在表達一個共識： 在更靠近終端的網絡邊緣上提供服務。

從技術的角度看，「人聯網」時代「雲端二體協同」是一種基本的技術組合形態。而在「物聯網」時代，數以千億計的各類設備將會聯網，大量的「攝像頭， 傳感器」將會成爲物聯網世界的眼睛，是「智慧化」服務的基礎。萬物互聯時代 的基本需求是「低時延，大帶寬，大鏈接，本地化」。 目前的「雲端二體協同計算」已經沒法知足「低時延，低成本」的需求。帶寬成本和傳輸時延都是個大問 題，須要引入邊緣計算來解決這個問題。因此，「雲邊端三體協同」是物聯網時代的計算組合形態，邊緣計算是物聯網時代不可或缺的基礎設施之一。邊緣計算逐步發展成爲「全球覆蓋，無處不在」的通用基礎設施。將來邊緣計算和雲計算是相輔相成，相互配合，邊緣計算的定位是拓展雲的邊界，可以把計算力拓展到離「萬物」一千米之內的位置。將邊緣計算和雲計算相結合，目前業界有不少嘗試，也是技術研究的一大熱點。

邊緣雲計算概念

要定義邊緣雲計算的概念，首先須要明確雲計算的概念。現階段廣爲接受的雲計算定義是 ISO/IEC 17788《信息技術雲計算概覽與詞彙》 的定義：雲計算是一種將可伸縮、彈性、共享的物理和虛擬資源池以按需自服務的方式供應和管理，並提供網絡訪問的模式。雲計算模式由關鍵特徵、雲計算角色和活動、雲能力類型和雲服務類別、雲部署模型、雲計算共同關注點組成。

但目前對雲計算的概念都是基於集中式的資源管控來提出的，即便採用多個數據中心互聯互通形式，依然將全部的軟硬件資源視爲統一的資源進行管理，調 度和售賣。隨着5G、物聯網時代的到來以及雲計算應用的逐漸增長，集中式的雲已經沒法知足終端側「大鏈接，低時延，大帶寬」的雲資源需求。結合邊緣計算的概念，雲計算將必然發展到下一個技術階段，就是將雲計算的能力拓展至距 離終端更近的邊緣側，並經過雲邊端的統一管控實現雲計算服務的下沉，提供端到端的雲服務，邊緣雲計算的概念也隨之產生。

本文給出的邊緣雲計算定義爲：邊緣雲計算，簡稱邊緣雲，是基於雲計算技術的核心和邊緣計算的能力，構築在邊緣基礎設施之上的雲計算平臺。造成邊緣位置的計算、網絡、存儲、安全等能力全面的彈性雲平臺，並與中心雲和物聯網 終端造成「雲邊端三體協同」 的端到端的技術架構，經過將網絡轉發、存儲、計算，智能化數據分析等工做放在邊緣處理，下降響應時延、減輕雲端壓力、降 低帶寬成本，並提供全網調度、算力分發等雲服務。邊緣雲計算的基礎設施包括但不限於：分佈式 IDC，運營商通訊網絡邊緣基礎設施，邊緣側客戶節點（如邊緣網關，家庭網關等）等邊緣設備及其對應的網絡環境。

圖 1 表述了邊緣雲計算的基本概念。邊緣雲做爲中心雲的延伸，將雲的部分服務或者能力（包括但不限於存儲、計算、網絡、AI、大數據、安全等）擴展到邊緣基礎設施之上。中心雲和邊緣雲相互配合，實現中心-邊緣協同、全網算力調度、全網統一管控等能力，真正實現「無處不在」的雲。

邊緣雲計算本質上是基於雲計算技術，爲「萬物互聯」的終端提供低時延、 自組織、可定義、可調度、高安全、標準開放的分佈式雲服務。

邊緣雲能夠最大程度上與中心雲採用統一架構、統一接口、統一管理，這樣可以最大程度地下降用戶開發和運維成本，真正實現將雲計算的範疇拓展至距離數據源產生更近的地方，彌補傳統架構的雲計算在某些應用場景中的不足之處。

根據所選擇的邊緣雲計算基礎設施的不一樣以及網絡環境的差別，邊緣雲計算 技術適用於如下一些場景：

1. 將雲的計算能力延展到離「萬物」10 千米的位置，例如將服務覆蓋到 「鄉鎮，街道級十千米範圍圈」的計算場景。

2. 「物聯網雲計算平臺」可以將雲的計算能力延展到「萬物」的身邊，可稱爲「一千米範圍圈」，工廠、樓宇等都是這類覆蓋的計算場景。

3. 除了網絡可以覆蓋到的「十千米計算場景」和「一千米計算場景」，邊緣雲計算還能夠在網絡沒法覆蓋的地域，一般被稱之爲「網絡黑洞」的區域提供「邊緣雲計算服務」，例如「山海洞天」（深山、遠海航船、 礦井、飛機）等須要計算的場景，在須要的時候將可以處理的數據進行實時處理，聯網以後再與中心雲協同處理。

邊緣雲計算服務應具有如下特色：

1. 全覆蓋：提供各類覆蓋場景的一站式邊緣計算服務和敏捷交付能力。

2. 彈性伸縮：按需購買，按量付費，實現業務的彈性伸縮需求，節省了自建所需的供應鏈管理、建設及資金投入成本。

3. 開放靈活：提供「標準開放」的邊緣雲計算平臺，可方便與中心雲系統對接，按業務需求靈活部署各種應用。

4. 安全穩定：利用雲計算核心技術積累構建安全穩定的邊緣雲計算核心系統。

在使用邊緣雲計算服務以後，用戶能夠進一步擴展自身的應用，得到如下收益：

1. 下降時延：邊緣雲計算服務能夠提供 5ms如下的終端訪問時延。

2. 業務本地化：採用雲邊端三體協同架構後，大量的處理響應在本地發生， 終端到雲的訪問頻次將減小 80%以上。

3. 下降成本：引入邊緣雲計算後，計算、存儲、網絡等成本能夠節省 30% 以上。

4. 敏捷交付：採用邊緣雲計算服務後，能夠得到「一分鐘敏捷交付」的能力。

5. 高安全：具有與傳統雲服務一體化的高安全能力，包括DDoS 清洗和黑洞防禦能力、多租戶隔離、異常流量自動檢測和清洗、中心-邊緣安全管 控通道等。

6. 開放易用：包括開放的運行環境、靈活部署各種雲服務和應用、在線遠程管理、運行指標可視化監控等。

綜上所述，邊緣雲計算具有網絡低時延、支持海量數據訪問、彈性基礎設施等特色。同時，空間距離的縮短帶來的好處不僅是縮短了傳輸時延，還減小了複雜網絡中各類路由轉發和網絡設備處理的時延。此外，因爲網絡鏈路爭搶的概率大大減少，可以明顯下降總體時延。邊緣雲計算給傳統雲中心增長了分佈式能力，在邊緣側部署部分業務邏輯並完成相關的數據處理，能夠大大緩解將數據傳回中心雲的壓力。邊緣雲計算還可以提供基於邊緣位置的計算、網絡、存儲等彈性虛擬化的能力，並可以真正實現「雲邊協同」。

邊緣計算與邊緣雲計算的關係

傳統觀點認爲，邊緣計算和傳統雲計算是有必定的邊界的，在 ISO/IEC JTC1/SC38中，明確肯定了邊緣層、本地層和雲層的界限，其應對的計算場景不一樣，在應用場景開拓上針對各自優點體現出差別。

以「視頻場景」爲例，收集圖像、視頻、聲音等數據的傳感器是智慧城市的感知「器官」。例如，交通系統中數以十萬、百萬計的視頻設備須要 TB 級以上的帶寬連續上傳監控數據。目前的網絡帶寬沒法承載這樣的連續上傳，形成雲計算的應用受到限制。當咱們引入邊緣計算技術來處理上述問題時，因爲邊緣基礎設施的差別性大，種類繁多，邊緣應用開發、部署、運營、維護都會面臨各類問題、困難和風險。

邊緣雲計算可以最大程度上與傳統雲計算在架構、接口、管理等關鍵能力上實現統一，最終將邊緣設備與雲進行整合，成爲雲的一部分。邊緣雲計算與傳統 雲計算的關係，相似人類的「大腦」與遍及全身的「神經系統」的關係，相輔相 成。爲了讓「物理世界」更加智能，邊緣雲計算將神經系統從「雲」這個大腦開 始，層層前移，一觸到底，直達「物理世界」的每個角落。經過將雲計算的能 力進行拓展，邊緣雲計算可以深刻到更多以前傳統雲計算沒法覆蓋的邊緣應用場景。

邊緣雲計算還能夠經過分佈在距離終端最近的基礎設施，爲終端側數據源提供具備針對性的算力。這些算力能夠將部分數據處理終結在邊緣側，另一部分則能夠處理後再回傳至中心雲。這樣，邊緣雲計算就提供了一種新的彈性算力資源，經過與中心雲的協同和配合，爲終端提供知足技術需求的雲計算服務。

在上文提到的「視頻場景」中使用邊緣雲計算不只可以解決 TB 級甚至更大 的視頻流低成本接入的問題，還能夠提供豐富的計算能力（如CPU,GPU，FPGA 等）， 在邊緣完成視頻的分析和識別工做後再將結構化的數據快速傳遞迴中心雲（大腦）進行信息融合。邊緣雲計算不只實現了「低時延，低成本」的協同，還能有效抵抗網絡抖動等不穩定因素，提高系統總體的魯棒性。

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