相比數(shù)據(jù)中心，邊緣計算架構差異在哪？

作者：洪學海 等 2021-07-22 07:52:07

云計算

邊緣計算 邊緣計算是繼分布式計算、網格計算、云計算之后的又一新型計算模型。邊緣計算是以云計算為核心，以現(xiàn)代通信網絡為途徑，以海量智能終端為前沿，通過優(yōu)化資源配置。

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邊緣計算是繼分布式計算、網格計算、云計算之后的又一新型計算模型。邊緣計算是以云計算為核心，以現(xiàn)代通信網絡為途徑，以海量智能終端為前沿，通過優(yōu)化資源配置，使得計算、存儲、傳輸、應用等服務更具智能，具備優(yōu)勢互補、深度協(xié)同的資源調度能力，是集云、網、端、智四位一體的新型計算模型，其概念蘊含豐富。

(1)邊緣計算是一種全局性的計算模型，涵蓋中心和邊緣。

邊緣計算的構成包括兩大部分：一是資源的邊緣化，具體包括計算、存儲、緩存、帶寬、服務等資源的邊緣化分布，把原本集中式的資源縱深延展，靠近需求側，提供高可靠、高效率、低時延的用戶體驗;二是資源的全局化，即邊緣作為一個資源池，而不是中心提供所有的資源，邊緣計算融合集中式的計算模型(例如：云計算、超算)，通過中心和邊緣之間的協(xié)同，達到優(yōu)勢互補、協(xié)調統(tǒng)一的目的。

(2)邊緣計算需要全局協(xié)同，以便得到高效的計算性能。

邊緣計算應從全局考慮問題，不僅僅局限于網絡的邊緣側，而是與處于中心位置的云計算中心、數(shù)據(jù)中心、超算中心等一道進行協(xié)同計算的模型，它們之間的協(xié)同計算、并行處理、網絡傳輸優(yōu)化等都需要全局考慮，以便獲得最優(yōu)的處理效率。

(3)邊緣計算是一種智能化的計算模型，會動態(tài)根據(jù)需求提供動態(tài)服務。

邊緣計算是對云、網、端三級結構的一種升級，是邁向智能化的重要一步。邊緣計算通常會具有情景感知能力，通過上下文感知業(yè)務場景、用戶需求、計算規(guī)模、存儲大小等，這樣才能有的放矢，根據(jù)用戶需求動態(tài)配置資源，使得該計算模型更具智能化。

(4)邊緣計算具有物理邊界、邏輯邊界、網關節(jié)點、邊緣節(jié)點、邊緣側、云側等概念。

邊緣計算的物理邊界是指處于邊緣設備的一端，在網關的邊緣側，靠近用戶。邏輯邊界是指在功能上處于邊緣，相對于集中式的云計算功能。網關節(jié)點是指承擔邊緣設備級聯(lián)、應用服務、任務分發(fā)等功能的服務端，權責上屬于服務的提供方，而不是最終功能的使用者。邊緣節(jié)點是指海量的智能終端設備，是真正靠近用戶的邊緣側設備，為用戶提供直接的計算、存儲、帶寬等服務。邊緣側是指海量終端側，靠近用戶，并且處于網關節(jié)點的外側。云側是指靠近云計算、高性能計算、大數(shù)據(jù)中心的一側，是處于功能核心位置的基礎設施。

(5)邊緣計算使得中心智能向前端智能擴展，智能協(xié)同將是未來發(fā)展趨勢。

邊緣計算一定程度上是把智能移動到邊緣，很多前端智能終端已經可以單獨處理復雜的處理任務，并可實時處理設備收集的、有價值的原始數(shù)據(jù)。邊緣網絡智能化的實現(xiàn)，是通過智能的管控手段對業(yè)務、性能、安全等指標進行統(tǒng)一的優(yōu)化、協(xié)同、配置和管理。此外，前端智能是邊緣計算的一種表現(xiàn)形式，使得人工智能的感知距離、感知種類、處理速度、傳輸時延等關鍵參數(shù)得到極大優(yōu)化和提升。

邊緣計算模型區(qū)別于傳統(tǒng)的云計算模型、網格計算模型、分布式計算等模型，是一種新型的計算模型。

1、從資源配置看

邊緣計算是調動全局的資源為其所用，是集中心側、邊緣側資源整體優(yōu)勢進行相應的處理，完成全局的最優(yōu)。也就是說，邊緣計算并不是孤立的計算模型，需要整體考慮資源的配置和調度。

2、從協(xié)同模式看

邊緣計算具備中心側和邊緣側兩方的資源，因此需要進行協(xié)同，本地能處理好的事情，就近處理，解決不了的事情交予中心側或其他協(xié)同方的資源進行處理。因此，邊緣計算模型是一種協(xié)同計算模型，與各個邊緣側、中心側都有關聯(lián)，需要統(tǒng)一的協(xié)調和資源調配，達到資源利用的最大化。

3、從智能程度看

邊緣計算需要優(yōu)勢互補，需要協(xié)同并進、需要感知用戶場景、需要優(yōu)化配置資源，而這些勢必需要機器智能，因此邊緣計算涵蓋一種智能化的、自動化的資源配置方式。事前簡單的用戶配置、參數(shù)定義，不能有效滿足用戶側的效用需求。用戶側需要實時得感知配置資源，以便就近提供高帶寬、高可靠、高性能的服務。

4、從異構處理看

參與邊緣計算的設備眾多，設備的異構是邊緣計算的一大特征。傳統(tǒng)的云計算往往通過設備的虛擬化、形成眾多的虛擬機來進行統(tǒng)一管理。而邊緣計算的設備異構型不能簡單的虛擬化來解決，其復雜程度要遠遠高于云計算。例如：不同類型、不同指標、不同參數(shù)、不同用途、不同廠商、不同功能的設備需要互聯(lián)，需要統(tǒng)一處理相應的問題。設備間的互聯(lián)互通將是邊緣計算模型中不可或缺的組成部分，是目前該技術面臨的一大挑戰(zhàn)。

5、從服務模式看

云計算具有三層服務模式，即：IaaS、PaaS、SaaS，而邊緣計算將對此模式進行改變或補充。邊緣計算不具有典型的三層模式，邊緣計算無需統(tǒng)一屏蔽底層的差異，而是根據(jù)應用需求進行把控。邊緣計算模型不具備云計算典型的三層服務模式。邊緣計算模型需要考慮問題是如何和云計算三層模型進行有效的對接和協(xié)同，而不是進行統(tǒng)一。因此，邊緣計算具有其差異性和特殊性，不是典型的三層服務模型。

6、從體系結構看

邊緣計算是在靠近網絡邊緣側大規(guī)模部署智能終端設備，和傳統(tǒng)的云、網、端三層模型具有一致性，但是亦有區(qū)別。原因在于，云、網、端只是基礎設施的布局，是靜態(tài)的一種結構，而邊緣計算本質是一種動態(tài)的、自動化的資源配置方式，從而區(qū)別于以上靜態(tài)結構。更確切的講，邊緣計算是云、網、端、智四位一體的模型，智能縱向涵蓋云、網、端，從上到下均涵蓋。因此邊緣計算是一種具備智能的云、網、端結構，智能化是其重要的特征之一。

(1)ETSI 參考架構

根據(jù)ETSI的GS MEC 003規(guī)范，移動邊緣系統(tǒng)參考架構，如下圖所示，由兩個層次組成，即：網絡層、移動邊緣主機層、移動邊緣系統(tǒng)層。

(2)Intel MEC架構

根據(jù) Intel MEC 架構，如下圖所示，移動邊緣計算位于無線接入點與有線網絡之間，其系統(tǒng)組成包括路由子系統(tǒng)、能力開放子系統(tǒng)、平臺管理子系統(tǒng)、邊緣云基礎設施。前三個子系統(tǒng)部署在 MEC 服務器內，而邊緣云基礎設施則由部署在網絡邊緣側的小型或微型數(shù)據(jù)中心構成。邊緣側，通過構建多個邊緣云和移動基站構建無線接入網，連接移動終端設備和核心網絡。用戶通過無線基站內部設施或邊緣云獲得本地化的公有云服務，并可連接其他企業(yè)的私有云實現(xiàn)混合云服務。MEC 系統(tǒng)是一開放性的平臺，基于云平臺的虛擬化環(huán)境平臺，支持第三方應用在邊緣云內部的虛擬機(VM)上運行。

(3)ECC 參考架構

邊緣計算產業(yè)聯(lián)盟(ECC，Edge Computing Consortium)提出的邊緣計算參考架構 1.0，采用層次化設計，共分為 4 個功能域：

• 應用域基于設備、網絡、數(shù)據(jù)功能域提供的開放接口，實現(xiàn)邊緣行業(yè)應用，支撐邊緣業(yè)務運營。
• 數(shù)據(jù)域提供數(shù)據(jù)優(yōu)化服務，包括數(shù)據(jù)的提取、聚合、互操作、語義化以及分析與呈現(xiàn)的全生命周期服務，并保障數(shù)據(jù)的安全與隱私性。
• 網絡域為系統(tǒng)互聯(lián)、數(shù)據(jù)聚合與承載提供聯(lián)接服務。
• 設備域通過貼近或嵌入傳感、儀表、機器人和機床等設備的現(xiàn)場節(jié)點，支撐現(xiàn)場設備實現(xiàn)實時的智能互聯(lián)及智能應用。

ECC 邊緣計算參考架構 2.0從橫向上分為四個層次，包括：邊緣計算節(jié)點層、聯(lián)接計算 Fabiric 層、業(yè)務 Fabric 層、智能服務層。多視圖呈現(xiàn)，概念視圖、功能設計視圖、部署視圖。

(4)霧計算參考架構

OpenFog Consortium 發(fā)布 OpenFog 參考架構旨在支持物聯(lián)網、5G、人工智能等數(shù)據(jù)密集型需求而形成的通用技術框架。OpenFog 參考架構的關鍵是該架構所基于的八個核心技術原則，每個被稱為支柱，分別是安全性、可擴展性、開放性、自主性、RAS(可靠性、可用性、可維護性)、敏捷性、層次性架構和可編程性。

OpenFog 參考架構包括多個水平層次、透視面、垂直視角來進行描述，如下圖所示。水平層次包括：硬件平臺基層設施層、硬件平臺虛擬化層、節(jié)點管理與軟件背板層、應用支持層、應用服務層。垂直視角包括：性能、安全、管理、數(shù)據(jù)分析與控制、IT 業(yè)務與跨霧應用。

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