什么是邊緣計(jì)算

什么是邊緣計(jì)算？“邊緣”代表了一種新的計(jì)算模式，其中計(jì)算和存儲(chǔ)位于網(wǎng)絡(luò)的邊緣，盡可能靠近生成數(shù)據(jù)和收集數(shù)據(jù)的物理位置。

行業(yè)組織還在定義網(wǎng)絡(luò)邊緣這一概念，故還會(huì)存在一些可變區(qū)域。然而，需要指出的是邊緣計(jì)算功能可以托管于基礎(chǔ)設(shè)施邊緣(如微模塊數(shù)據(jù)中心或運(yùn)營(yíng)商蜂窩站點(diǎn))或設(shè)備邊緣(如智能手機(jī)、無(wú)人機(jī)、智能攝像機(jī)或聯(lián)網(wǎng)車(chē))，作為集中云的擴(kuò)展程序在應(yīng)用或工作流中運(yùn)行。這些應(yīng)用或工作流在云端集中管理，在邊緣上運(yùn)行。

如今，是什么推動(dòng)了邊緣部署?

邊緣計(jì)算帶來(lái)的實(shí)時(shí)決策、更低的連接成本以及更好的安全性使得企業(yè)和消費(fèi)者應(yīng)用受益。以下是其中一些示例：

除了消費(fèi)者應(yīng)用帶來(lái)的Pokemon類(lèi)的游戲體驗(yàn)和身臨其境的體驗(yàn)之外，AR/VR還為制造業(yè)和維護(hù)運(yùn)營(yíng)提升了業(yè)務(wù)效率。邊緣托管的AR/VR消除了因過(guò)度延遲和緩慢刷新率造成的眩暈，將計(jì)算帶入邊緣服務(wù)器，降低了對(duì)AR護(hù)目鏡高處理能力的需求。

無(wú)論是出于安全目的，還是作為制造業(yè)、農(nóng)業(yè)或物流的一部分，視頻監(jiān)控都受益于在攝像機(jī)或邊緣服務(wù)器上處理的視頻數(shù)據(jù)。在邊緣處理數(shù)據(jù)，僅需將選定的事件上傳到云端，加速對(duì)關(guān)鍵時(shí)間、關(guān)鍵安全功能如人臉識(shí)別、機(jī)器對(duì)準(zhǔn)檢測(cè)的處理，節(jié)省回傳帶寬。

云游戲需達(dá)到保證所有玩家一致性的超低時(shí)延，才能給大型多人游戲(Massively Multiplayer Game，MMPG)提供身臨其境的體驗(yàn)。邊緣計(jì)算在保證超低時(shí)延的同時(shí)，通過(guò)將游戲轉(zhuǎn)移到邊緣服務(wù)器處理降低設(shè)備成本。

物聯(lián)網(wǎng)使用邊緣計(jì)算，一方面通過(guò)本地處理數(shù)據(jù)降低帶寬成本，另一方面通過(guò)實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)決策提高敏捷性。在云連接斷斷續(xù)續(xù)的情況下，邊緣計(jì)算能使包括工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)(Industrual IoT，IIoT)在內(nèi)的流程自主運(yùn)行。

其他醫(yī)療業(yè)、制造業(yè)、智慧城市、智能樓宇、自動(dòng)駕駛汽車(chē)和智能零售等領(lǐng)域的應(yīng)用也使用邊緣計(jì)算來(lái)改變現(xiàn)有流程，創(chuàng)造新的用戶體驗(yàn)和使能新的商業(yè)機(jī)會(huì)。

這些應(yīng)用大多會(huì)使用人工智能(Artificial Intelligence，AI)和機(jī)器學(xué)習(xí)(Machine Learning，ML)實(shí)現(xiàn)自主操作和提升用戶體驗(yàn)。例如，智能安防攝像機(jī)將使用基于AI的視覺(jué)處理技術(shù)來(lái)辨別商業(yè)區(qū)中的已授權(quán)員工，只有在有人出現(xiàn)與預(yù)設(shè)參數(shù)不匹配的情況時(shí)，才會(huì)向云端發(fā)出警報(bào)。

許多不同類(lèi)型的公司都在尋求提供邊緣服務(wù)的商業(yè)機(jī)會(huì)，這些公司包括：

• 通信服務(wù)提供商(Communications Service Providers，CSP)擁有并運(yùn)營(yíng)固定和移動(dòng)基礎(chǔ)設(shè)施，提供云連接以及物理訪問(wèn)點(diǎn)(Point of Presence，PoP)。
• 主機(jī)托管提供商在邊緣提供多租戶數(shù)據(jù)中心(Multi-Tenant Data Center，MTDC)。
• 云服務(wù)提供商正在擴(kuò)展其公有云和混合云解決方案，以涵蓋邊緣服務(wù)。
• 邊緣數(shù)據(jù)中心提供商正在邊緣采用如運(yùn)輸集裝箱的創(chuàng)新外形規(guī)格部署共存的多租戶微模塊數(shù)據(jù)中心。
• 內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(Content Delivery Network，CDN)提供商正在擴(kuò)展其全球邊緣位置網(wǎng)絡(luò)，以托管除CDN以外的第三方邊緣應(yīng)用。

邊緣計(jì)算如何改造網(wǎng)絡(luò)?

很多邊緣計(jì)算應(yīng)用無(wú)需高速網(wǎng)絡(luò)即可完美工作。低帶寬物聯(lián)網(wǎng)用例的部署采用LoRaWAN、BLE、NB-IoT等低功耗的廣域組網(wǎng)協(xié)議。同樣，Wi-Fi和4G/LTE足以滿足許多視頻監(jiān)控、AR和在線游戲應(yīng)用的網(wǎng)絡(luò)要求。

然而，隨著5G的到來(lái)，企業(yè)將推出前幾代人無(wú)法做到的新型邊緣應(yīng)用。5G在邊緣計(jì)算方面的一些好處包括以下幾個(gè)方面：

• 高連接密度：每平方公里連接100萬(wàn)設(shè)備，這為物聯(lián)網(wǎng)傳感器和可穿戴設(shè)備的激增提供了基礎(chǔ)。
• 高帶寬：數(shù)據(jù)速率高達(dá)10-20 Gbps，這能在流媒體視頻、自動(dòng)駕駛汽車(chē)和觸覺(jué)應(yīng)用中使能新用例。
• 超低時(shí)延：適用于工業(yè)機(jī)器人和無(wú)人機(jī)導(dǎo)航等邊緣應(yīng)用。
• 網(wǎng)絡(luò)切片：允許運(yùn)營(yíng)商共享紅外頻譜和無(wú)線電頻譜，以高效利用基礎(chǔ)設(shè)施和執(zhí)行諸如僅部署支持特定客戶所需的功能等操作，這相比向設(shè)備提供全部功能，運(yùn)營(yíng)效率更高。

還有其他好處，包括網(wǎng)絡(luò)邊緣能夠參與自動(dòng)化、編排、人工智能、機(jī)器學(xué)習(xí)和云原生開(kāi)發(fā)方法等5G的開(kāi)發(fā)。5G也使能了新的商業(yè)模式和用例，開(kāi)啟了行業(yè)創(chuàng)新的新時(shí)代。隨著越來(lái)越多的企業(yè)部署和運(yùn)營(yíng)自己的專網(wǎng)，無(wú)論是基于4G/LTE還是基于5G，會(huì)有越來(lái)越多的企業(yè)邊緣業(yè)務(wù)，如工廠機(jī)器人、工業(yè)AR、智能零售和智能樓宇，從確定的性能特征中受益。

同樣，確保敏感信息在現(xiàn)場(chǎng)傳輸而不是通過(guò)公共網(wǎng)絡(luò)傳輸，能提高數(shù)據(jù)的安全性。

開(kāi)源與邊緣

開(kāi)源于邊緣，必不可少

開(kāi)源已經(jīng)成為創(chuàng)建軟件的事實(shí)方法。今天，創(chuàng)新型公司正在從私有的、固定的功能和封閉的基礎(chǔ)設(shè)施中走出來(lái)，逐步發(fā)展以開(kāi)放新的開(kāi)源商業(yè)模式，創(chuàng)造運(yùn)營(yíng)價(jià)值、生成新的收入流、降低成本和提高競(jìng)爭(zhēng)力。公司和開(kāi)發(fā)人員使用開(kāi)源代碼來(lái)生產(chǎn)自己的商業(yè)產(chǎn)品和服務(wù)，也通過(guò)回饋相應(yīng)的項(xiàng)目來(lái)獲得戰(zhàn)略價(jià)值。開(kāi)源節(jié)省了時(shí)間和精力的投入，同時(shí)提高了效率和互操作性。

很多公司已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，邊緣應(yīng)用在越來(lái)越多的細(xì)分市場(chǎng)中激增，導(dǎo)致整個(gè)邊緣生態(tài)系統(tǒng)的復(fù)雜性不斷增加。除數(shù)據(jù)中心提供商外，邊緣生態(tài)系統(tǒng)還包括服務(wù)器、虛擬化平臺(tái)、編排器、管理系統(tǒng)、分析器以及應(yīng)用供應(yīng)商。這種復(fù)雜性正在推動(dòng)邊緣對(duì)開(kāi)源軟件和標(biāo)準(zhǔn)的采用。

IBM華盛頓副總裁兼首席技術(shù)官Rob High總結(jié)了開(kāi)源對(duì)邊緣行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化的重要性：“……你開(kāi)始意識(shí)到的第一件事就是，如果這個(gè)行業(yè)不能建立標(biāo)準(zhǔn)管理方法和創(chuàng)建一套可以被開(kāi)發(fā)者社區(qū)用來(lái)形成和創(chuàng)建生態(tài)系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，那么這個(gè)行業(yè)就會(huì)面臨內(nèi)爆的風(fēng)險(xiǎn)……我們認(rèn)為，開(kāi)源是實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化唯一且有用的途徑?！?/p>

開(kāi)源的作用是什么?

為滿足邊緣服務(wù)端到端架構(gòu)和生命周期的需求和尋求商業(yè)機(jī)會(huì)，開(kāi)源項(xiàng)目應(yīng)運(yùn)而生。社區(qū)正在積極開(kāi)展以下項(xiàng)目：

• 邊緣基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)：能托管虛擬化/容器化的邊緣應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)功能。
• 編排工具：自動(dòng)提供所需的基礎(chǔ)設(shè)施服務(wù)，能夠高效、大規(guī)模地部署應(yīng)用和網(wǎng)絡(luò)功能，且能在不需要時(shí)移除這些應(yīng)用和功能。
• 管理工具：自動(dòng)化流程，保證基礎(chǔ)設(shè)施、網(wǎng)絡(luò)功能和應(yīng)用的安全、持續(xù)更新和可用性。
• 監(jiān)控工具：提供管理和編排子系統(tǒng)使用的實(shí)時(shí)分析和遙測(cè)功能，用以診斷和解決整個(gè)系統(tǒng)的問(wèn)題，優(yōu)化資源分配和性能。
• 網(wǎng)絡(luò)功能：在虛擬機(jī)或容器中運(yùn)行，在設(shè)備邊緣、企業(yè)邊緣/電信邊緣實(shí)現(xiàn)底層網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施。
• 應(yīng)用：在虛擬機(jī)或容器中運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)用戶可見(jiàn)或設(shè)備可見(jiàn)的AR、機(jī)器視覺(jué)、機(jī)器人控制、無(wú)人機(jī)導(dǎo)航、游戲、視頻分析等邊緣服務(wù)。
• 安全：邊緣安全唯一的挑戰(zhàn)就是如何保護(hù)和管理公司企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)中心周邊之外的計(jì)算設(shè)備，以及如何解決設(shè)備標(biāo)識(shí)和設(shè)備上線等問(wèn)題。

邊緣、5G和云原生轉(zhuǎn)型之間的相互依賴

工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)等邊緣應(yīng)用必須要在大規(guī)模(如在制造工廠的百萬(wàn)傳感器上)自動(dòng)化部署和頻繁高效更新的環(huán)境中實(shí)施和運(yùn)行，消除計(jì)劃外的系統(tǒng)停機(jī)和硬件平臺(tái)的獨(dú)立性，才能充分發(fā)揮其業(yè)務(wù)潛力。云原生原理的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)以上目標(biāo)的最好方法。

云原生應(yīng)用利用現(xiàn)代開(kāi)發(fā)和運(yùn)營(yíng)(Development and Operations，DevOps)方法，使能與平臺(tái)無(wú)關(guān)的松耦合微服務(wù)的持續(xù)交付。微服務(wù)架構(gòu)確保自動(dòng)伸縮性，消除因錯(cuò)誤導(dǎo)致的停機(jī)，并在應(yīng)用或基礎(chǔ)設(shè)施故障時(shí)快速恢復(fù)應(yīng)用或基礎(chǔ)設(shè)施。通過(guò)遙測(cè)，云原生邊緣提供豐富的、實(shí)時(shí)的運(yùn)營(yíng)洞察，用于預(yù)測(cè)分析操作流程的持續(xù)優(yōu)化。

隨著企業(yè)使用5G網(wǎng)絡(luò)部署高連接密度規(guī)模的邊緣應(yīng)用，使用網(wǎng)絡(luò)切片為大量單個(gè)終端設(shè)備提供定制服務(wù)，云原生架構(gòu)將是確保邊緣應(yīng)用所需規(guī)模化、自動(dòng)化、可靠性和安全性的最佳方法。

Linux基金會(huì)：將創(chuàng)新和社區(qū)帶入邊緣

Linux基金會(huì)(Linux Foundation，LF)是一個(gè)成立于2000年的非營(yíng)利性技術(shù)聯(lián)盟，旨在規(guī)范Linux，支持Linux的發(fā)展和推動(dòng)Linux的商業(yè)應(yīng)用。Linux基金會(huì)及其項(xiàng)目擁有來(lái)自40多個(gè)國(guó)家的1500多名企業(yè)成員和30000多個(gè)個(gè)人貢獻(xiàn)者。這些貢獻(xiàn)者支持了200多個(gè)開(kāi)源項(xiàng)目。

邊緣的LFN能力

作為L(zhǎng)inux基金會(huì)組織的一部分，LFN(Linux Foundation Networking，LFN)囊括了世界上最大的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)社區(qū)。LFN匯集了SDN (SoftwareDefined Networking，SDN)、NFV(Network Functions Virtualization，NFV)、MANO(Management and Orchestration MANO)、自動(dòng)化、分析、數(shù)據(jù)面加速等領(lǐng)先項(xiàng)目。

LFN項(xiàng)目與邊緣計(jì)算計(jì)劃深度集成，包括與LFE(Linux Foundation Edge，LFE)社區(qū)的強(qiáng)力協(xié)作(詳情見(jiàn)下文)，以在邊緣藍(lán)圖和用例中添加以網(wǎng)絡(luò)為中心的能力和特性。

onAP(Open Networking Automation Platform，ONAP)提供了一個(gè)支持LFN項(xiàng)目中的邊緣用例的示例。ONAP是一個(gè)實(shí)時(shí)的由策略驅(qū)動(dòng)的編排和自動(dòng)化平臺(tái)，支持物理和虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的編排和自動(dòng)化。通過(guò)LFN和LFE社區(qū)之間的協(xié)作，ONAP正在向給分布式邊緣位置上線邊緣云提供支持的方向擴(kuò)展。

在LFN和LFE社區(qū)協(xié)作的另一個(gè)示例，OPNFV(Open Platform for NFV，OPNFV)項(xiàng)目中，正在開(kāi)發(fā)建設(shè)邊緣云用例參考平臺(tái)。該項(xiàng)目側(cè)重于在一套定義好的邊緣計(jì)算場(chǎng)景，解決如有限的空間和電力資源、無(wú)人值守的操作、數(shù)萬(wàn)個(gè)位置的擴(kuò)展、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的加速和異構(gòu)平臺(tái)的支持等與邊緣相關(guān)的限制。

許多LFN項(xiàng)目直接被LFE社區(qū)用于邊緣用例。例如，模塊化的、開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò)定制和自動(dòng)化平臺(tái)ODL(OpenDaylight，ODL)以及用于網(wǎng)絡(luò)連接和安全的虛擬化解決方案Tungsten Fabric，都已被LFE社區(qū)用作基于Akraino邊緣堆棧的網(wǎng)絡(luò)邊緣項(xiàng)目的SDN基礎(chǔ)設(shè)施。

LFE概述

作為L(zhǎng)FN的同級(jí)組織，LFE成立于2019年，是一個(gè)傘形組織，旨在為獨(dú)立于硬件、硅、云或操作系統(tǒng)的邊緣計(jì)算建立一個(gè)開(kāi)放、可互操作的框架。

LFE有以下開(kāi)源項(xiàng)目：

• Akraino是一個(gè)軟件堆棧，支持針對(duì)邊緣計(jì)算系統(tǒng)和應(yīng)用進(jìn)行了優(yōu)化的高可用云服務(wù)。它為用戶提供了新的靈活性，可以快速擴(kuò)展邊緣云服務(wù)，最大化邊緣所支持的應(yīng)用和功能，確保系統(tǒng)的可靠性，確保這些系統(tǒng)始終保持完全正常的運(yùn)行。2020年1月推出的Akraino第2版包括6個(gè)藍(lán)圖族和14個(gè)藍(lán)圖。這些藍(lán)圖支持電信云(如Radio Edge Cloud，REC)和網(wǎng)絡(luò)云(如Unicycle)的用例,為定義和管理基礎(chǔ)設(shè)施生命周期提供了框架。
• Baetyl(發(fā)音為“Beetle”)是邊緣計(jì)算的通用平臺(tái)，將不同類(lèi)型的硬件設(shè)施和設(shè)備能力操控成標(biāo)準(zhǔn)化的容器運(yùn)行環(huán)境和API，通過(guò)云端和本地的遠(yuǎn)程控制臺(tái)，實(shí)現(xiàn)應(yīng)用、服務(wù)和數(shù)據(jù)流的高效管理。
• EdgeXFoundry是一個(gè)廠商中立的、松耦合的微服務(wù)框架，它提供了兩種選擇：即插即用現(xiàn)有的不斷成長(zhǎng)的第三方產(chǎn)品生態(tài)系統(tǒng)或?qū)崿F(xiàn)自有創(chuàng)新。
• Fledge是一個(gè)工業(yè)邊緣框架，專攻于關(guān)鍵操作、預(yù)測(cè)性維護(hù)、態(tài)勢(shì)感知和安全。Fledge旨在將工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、傳感器和現(xiàn)代機(jī)器與云和現(xiàn)有的舊系統(tǒng)集成在一起。
• HomeEdge是一個(gè)強(qiáng)大、可靠、智能的家庭邊緣計(jì)算開(kāi)源框架、平臺(tái)和生態(tài)系統(tǒng)。它提供了一個(gè)可互操作、靈活和可擴(kuò)展的邊緣計(jì)算服務(wù)平臺(tái)，支持API與庫(kù)和運(yùn)行態(tài)一起使用。
• 邊緣計(jì)算開(kāi)放術(shù)語(yǔ)項(xiàng)目提供了邊緣計(jì)算領(lǐng)域相關(guān)的術(shù)語(yǔ)集，通過(guò)詞匯共享，改善溝通和加速創(chuàng)新，提供一個(gè)廠商中立的平臺(tái)，共同討論邊緣計(jì)算提供的吸引人的解決方案。
• ProjectEVE是一個(gè)邊緣計(jì)算引擎，支持在分布式邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)上開(kāi)發(fā)、編排和管理云原生應(yīng)用和舊應(yīng)用。通過(guò)支持容器、集群虛擬機(jī)和unikernel，為物聯(lián)網(wǎng)的邊緣部署提供了靈活的基礎(chǔ)。
• 除上述基線項(xiàng)目的描述外，這些項(xiàng)目正在研究和孵化一些對(duì)邊緣用例很重要的技術(shù)。例如，在Akraino社區(qū)，專家們正在探索云原生卸載堆棧，以應(yīng)對(duì)在通用處理器內(nèi)核上支持25G、50G和100G鏈路的相關(guān)重大挑戰(zhàn)。

其他LF計(jì)劃

在LFN和LFE組織之外，以下社區(qū)和項(xiàng)目也與邊緣應(yīng)用相關(guān)：

• 云原生計(jì)算基金會(huì)(Cloud Native Computing Foundation，CNCF)，Linux基金會(huì)的一個(gè)項(xiàng)目，推動(dòng)了云原生計(jì)算的采用，旨在建立與廠商無(wú)關(guān)的開(kāi)發(fā)者、最終用戶、IT技術(shù)與服務(wù)提供商之間的社區(qū)，在容器、微服務(wù)與服務(wù)網(wǎng)格化等技術(shù)上開(kāi)展協(xié)作，以達(dá)到在云計(jì)算平臺(tái)上開(kāi)發(fā)和部署可擴(kuò)展應(yīng)用的目標(biāo)。
• 云原生計(jì)算基金會(huì)為計(jì)劃在網(wǎng)絡(luò)中使用云原生技術(shù)的通信服務(wù)提供商及其廠商建立了電信用戶組，以便就需求、最佳實(shí)踐、差距分析和類(lèi)似文檔進(jìn)行協(xié)作。
• 由GSMA和LF于2019年合作成立的CNTT(Common NFVi Telco Taskforce，CNTT)，作為開(kāi)放委員會(huì)運(yùn)作，負(fù)責(zé)創(chuàng)建和記錄公共NFVi框架。該框架由GSMA和OPNFV共同管理，目標(biāo)是創(chuàng)建參考實(shí)現(xiàn)方式和架構(gòu)，以減少VNF和CNF在開(kāi)發(fā)和使用中的電信運(yùn)營(yíng)成本，縮減上市時(shí)間和降低復(fù)雜性。還成立了CNTT邊緣工作組。

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