深入探索邊緣計(jì)算：物聯(lián)網(wǎng)和5G時(shí)代的技術(shù)趨勢(shì)

隨著物聯(lián)網(wǎng)規(guī)模的快速增長(zhǎng)，集中式的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、處理模式將面臨難解的瓶頸和壓力，此時(shí)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(dòng)ICT產(chǎn)業(yè)發(fā)展的下一個(gè)重要驅(qū)動(dòng)力。

邊緣計(jì)算（Edge Computing）的概念由此而生。邊緣計(jì)算成為新興萬(wàn)物互聯(lián)應(yīng)用的支撐平臺(tái)，目前已是大勢(shì)所趨。本文旨在介紹邊緣計(jì)算與云計(jì)算的關(guān)系、基本特點(diǎn)和屬性、參考架構(gòu)、主要應(yīng)用場(chǎng)景，以及在5G通信中的作用。

一、邊緣計(jì)算與云計(jì)算形成互補(bǔ)關(guān)系

根據(jù)歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（ETSI）的定義，多接入邊緣計(jì)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(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用等核心能力的開放平臺(tái)，就近提供邊緣智能服務(wù)，來(lái)滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷聯(lián)接、實(shí)時(shí)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(jì)算成為物理世界和數(shù)字世界間的重要橋梁

在有了云計(jì)算的同時(shí)，為什么還需要邊緣計(jì)算？主要存在以下幾點(diǎn)原因：1） 網(wǎng)絡(luò)帶寬與計(jì)算吞吐量均成為云計(jì)算的性能瓶頸：2） 物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代數(shù)據(jù)量激增，對(duì)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(shí)處理。

如果說(shuō)“云計(jì)算”所能實(shí)現(xiàn)的是大而全的話，那么“邊緣計(jì)算”更多則是“小而美”，從數(shù)據(jù)源頭入手，以“實(shí)時(shí)、快捷”的方式完成與“云計(jì)算”的應(yīng)用互補(bǔ)。比較兩者，云計(jì)算聚焦非實(shí)時(shí)、長(zhǎng)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(jì)算則聚焦實(shí)時(shí)、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(shí)智能化處理與執(zhí)行。

二、邊緣計(jì)算的基本特點(diǎn)與屬性

參考邊緣計(jì)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(duì)邊緣計(jì)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(jì)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(jì)算的基礎(chǔ)。所聯(lián)接物理對(duì)象的多樣性及應(yīng)用場(chǎng)景的多樣性，需要邊緣計(jì)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(shí)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(jì)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(shí)、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(jià)值創(chuàng)造，將更好的支撐預(yù)測(cè)性維護(hù)、資產(chǎn)管理與效率提升等創(chuàng)新應(yīng)用；同時(shí)，作為數(shù)據(jù)第一入口，邊緣計(jì)算也面臨數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)性、確定性、完整性、準(zhǔn)確性、多樣性等挑戰(zhàn)。

約束性：邊緣計(jì)算產(chǎn)品需適配工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)惡劣的工作條件與運(yùn)行環(huán)境。在工業(yè)互聯(lián)場(chǎng)景下，對(duì)邊緣計(jì)算設(shè)備的功耗、成本、空間也有較高的要求。邊緣計(jì)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(chǎng)景。

分布性：邊緣計(jì)算實(shí)際部署天然具備分布式特征。這要求邊緣計(jì)算支持分布式計(jì)算與存儲(chǔ)、實(shí)現(xiàn)分布式資源的動(dòng)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(jì)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(jì)算聚焦非實(shí)時(shí)、長(zhǎng)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(jì)算則聚焦實(shí)時(shí)、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(shí)智能化處理與執(zhí)行。下面將介紹邊緣計(jì)算聯(lián)盟提出的邊緣計(jì)算參考架構(gòu)和邊緣計(jì)算的主要應(yīng)用場(chǎng)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(tái)能力、管理與安全能力、應(yīng)用與服務(wù)能力。（2）云端：平臺(tái)能力、邊緣開發(fā)測(cè)試云。

圖：邊云協(xié)同總體參考架構(gòu)

四、邊緣計(jì)算主要應(yīng)用場(chǎng)景

從細(xì)分價(jià)值市場(chǎng)的維度，邊緣計(jì)算主要分為三類：電信運(yùn)營(yíng)商邊緣計(jì)算、企業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算、工業(yè)邊緣計(jì)算。

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

圖：邊緣計(jì)算分類及主要業(yè)務(wù)形態(tài)

物聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算主要由電信運(yùn)營(yíng)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(jì)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(shí)HoliEdge等。

智慧家庭邊緣計(jì)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(chǎng)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(jià)值。

廣域接入網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)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(dòng)識(shí)別區(qū)分企業(yè)客戶的不同業(yè)務(wù)流，并自動(dòng)匹配相應(yīng)的服務(wù)質(zhì)量保障（QoS）；同時(shí)支持按需的網(wǎng)絡(luò)增值業(yè)務(wù)自動(dòng)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(shí)具備實(shí)時(shí)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(jì)算（MEC）提供了一個(gè)新的生態(tài)和價(jià)值鏈。MEC使能電信運(yùn)營(yíng)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(huì)關(guān)于多接入邊緣計(jì)算（MEC）的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)度

五、邊緣計(jì)算在5G通信中的作用

5G時(shí)代的多元化應(yīng)用催生了邊緣計(jì)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(jì)算將加速ICT融合落地。

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

圖：5G時(shí)代的邊緣化應(yīng)用催生了邊緣側(cè)增量需求

在萬(wàn)物互聯(lián)的5G智能化時(shí)代，如果僅采用中心云計(jì)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(shí)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(jì)算服務(wù)器顯得尤其重要。

5G通信時(shí)代中邊緣計(jì)算的第二個(gè)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(shí)延、大帶寬和海量連接的需求。

圖：5G三大應(yīng)用場(chǎng)景中，超低時(shí)延、大帶寬和海量連接均需要邊緣計(jì)算

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

邊緣計(jì)算具有聚焦實(shí)時(shí)、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(shí)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(shí)、安全、高效地處理工業(yè)自動(dòng)化中的低延時(shí)數(shù)據(jù)處理要求，是能夠同時(shí)滿足5G和智能制造發(fā)展需求的關(guān)鍵核心技術(shù)。