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深入探索邊緣計算:物聯網和5G時代的技術趨勢

日期:2019/10/8 11:11:34
摘要:隨著物聯網規模的快速增長,集中式的數據存儲、處理模式將面臨難解的瓶頸和壓力,此時在靠近數據產生的網絡邊緣提供數據處理的能力和服務,將是推動ICT產業發展的下一個重要驅動力。

關鍵詞:5G時代

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應用的支撐平臺,目前已是大勢所趨。本文旨在介紹邊緣計算與云計算的關系、基本特點和屬性、參考架構、主要應用場景,以及在5G通信中的作用。

一、邊緣計算與云計算形成互補關系

根據歐洲電信標準協會(ETSI)的定義,多接入邊緣計算是在靠近人、物或數據源頭的網絡邊緣側,通過融合了網絡、計算、存儲、應用等核心能力的開放平臺,就近提供邊緣智能服務,來滿足行業數字化在敏捷聯接、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。它可以作為聯接物理和數字世界的橋梁,使能智能資產、智能網關、智能系統和智能服務。

在有了云計算的同時,為什么還需要邊緣計算?主要存在以下幾點原因:1) 網絡帶寬與計算吞吐量均成為云計算的性能瓶頸:2) 物聯網時代數據量激增,對數據安全提出更高的要求:3) 終端設備產生海量“小數據”,需要實時處理。

如果說“云計算”所能實現的是大而全的話,那么“邊緣計算”更多則是“小而美”,從數據源頭入手,以“實時、快捷”的方式完成與“云計算”的應用互補。比較兩者,云計算聚焦非實時、長周期數據的大數據分析,能夠為業務決策支撐提供依據;邊緣計算則聚焦實時、短周期數據的分析,能更好地支撐本地業務的實時智能化處理與執行。

二、邊緣計算的基本特點與屬性

參考邊緣計算聯盟(ECC)與工業互聯網聯盟(AII)在2018年底發布的白皮書中對邊緣計算的定義,作為連接物理世界與數字世界間的橋梁,邊緣計算具有聯接性、約束性、分布性、融合性和數據第一入口等基本特點與屬性。

聯接性:聯接性是邊緣計算的基礎。所聯接物理對象的多樣性及應用場景的多樣性,需要邊緣計算具備豐富的聯接功能。聯接性需要充分借鑒吸收網絡領域先進研究成果,同時還要考慮與現有各種工業總線的互聯、互通、互操作。

數據第一入口:邊緣計算作為物理世界到數字世界的橋梁,是數據的第一入口,擁有大量、實時、完整的數據,可基于數據全生命周期進行管理與價值創造,將更好的支撐預測性維護、資產管理與效率提升等創新應用;同時,作為數據第一入口,邊緣計算也面臨數據實時性、確定性、完整性、準確性、多樣性等挑戰。

約束性:邊緣計算產品需適配工業現場相對惡劣的工作條件與運行環境。在工業互聯場景下,對邊緣計算設備的功耗、成本、空間也有較高的要求。邊緣計算產品需要考慮通過軟硬件集成與優化,以適配各種條件約束,支撐行業數字化多樣性場景。

分布性:邊緣計算實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、實現分布式資源的動態調度與統一管理、支撐分布式智能、具備分布式安全等能力。

融合性:OT與ICT的融合是行業數字化轉型的重要基礎。邊緣計算作為“OICT”融合與協同的關鍵承載,需要支持在聯接、數據、管理、控制、應用、安全等方面的協同。

總體而言,云計算聚焦非實時、長周期數據的大數據分析,能夠為業務決策支撐提供依據;邊緣計算則聚焦實時、短周期數據的分析,能更好地支撐本地業務的實時智能化處理與執行。下面將介紹邊緣計算聯盟提出的邊緣計算參考架構和邊緣計算的主要應用場景。

三、邊云協同總體參考架構

為了支撐上述邊云協同能力與內涵,需要相應的參考架構與關鍵技術。參考架構需要考慮下述因素:連接能力、信息特征、以及資源約束性。

根據上述考量,邊云協同的總體參考架構應該包括下述模塊與能力:(1)邊緣側:基礎設施能力、邊緣平臺能力、管理與安全能力、應用與服務能力。(2)云端:平臺能力、邊緣開發測試云。

四、邊緣計算主要應用場景

從細分價值市場的維度,邊緣計算主要分為三類:電信運營商邊緣計算、企業與物聯網邊緣計算、工業邊緣計算。

圍繞上述三類邊緣計算,業界主要的ICT、OT、OTT、電信運營商等玩家紛紛基于自身的優勢構建相關能力,布局邊緣計算,形成了當前主要的六種邊緣計算的業務形態:物聯網邊緣計算、工業邊緣計算、智慧家庭邊緣計算、廣域接入網絡邊緣計算、邊緣云以及多接入邊緣計算(MEC)。

物聯網邊緣計算主要由電信運營商、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絡、智慧家居、智慧家庭安防等場景,使能家庭內的網絡、家電、家具等智能化,改進和提升用戶體驗,深度挖掘并匹配家庭客戶需求與價值。

廣域接入網絡邊緣計算主要為企業客戶提供靈活彈性的廣域網絡接入能力(WAN),自動識別區分企業客戶的不同業務流,并自動匹配相應的服務質量保障(QoS);同時支持按需的網絡增值業務自動化部署。

邊緣云主要是由公有云服務商提供,一般作為其云服務在邊緣側的延伸,同時具備實時響應、離線運行等能力,從而延伸云服務的覆蓋領域和范圍。

多接入邊緣計算(MEC)提供了一個新的生態和價值鏈。MEC使能電信運營商可以在網絡邊緣分流業務;向第三方應用及服務開放邊緣網絡能力。

五、邊緣計算在5G通信中的作用

5G時代的多元化應用催生了邊緣計算的快速發展,傳統的數據中心將向邊緣側延伸,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器滿足催生的邊緣側增量需求。

在萬物互聯的5G智能化時代,如果僅采用中心云計算模式(中心云),已經不能滿足高效地處理網絡邊緣端所產生的海量數據。因此分布在網絡邊緣端,提供實時數據處理、分析決策的小規模云數據中心的邊緣云和邊緣計算服務器顯得尤其重要。

5G通信時代中邊緣計算的第二個重要作用是通過新的網絡拓撲架構——核心網下沉和邊緣數據中心滿足5G超低時延、大帶寬和海量連接的需求。

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用領域的發展。

邊緣計算具有聚焦實時、短周期數據的分析能力,能更好地支撐本地業務的實時智能化處理與執行。作為數據的第一入口能夠實時、安全、高效地處理工業自動化中的低延時數據處理要求,是能夠同時滿足5G和智能制造發展需求的關鍵核心技術。