什么是邊緣計算？為什么說它是物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的必然選擇？

作者：佚名 2021-06-04 13:36:59

云計算

邊緣計算 邊緣計算將計算資源從中心化的數(shù)據(jù)中心和云轉(zhuǎn)移到更接近設(shè)備的位置，但本質(zhì)上其仍是一種云計算模型。通過部署靠近數(shù)據(jù)源的計算機或服務(wù)器，它允許在網(wǎng)絡(luò)的“邊緣”或外部處理來自物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，而不是在云數(shù)據(jù)中心。

 邊緣計算將計算資源從中心化的數(shù)據(jù)中心和云轉(zhuǎn)移到更接近設(shè)備的位置，但本質(zhì)上其仍是一種云計算模型。通過部署靠近數(shù)據(jù)源的計算機或服務(wù)器，它允許在網(wǎng)絡(luò)的“邊緣”或外部處理來自物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)據(jù)，而不是在云數(shù)據(jù)中心。由于數(shù)據(jù)的本地化處理，邊緣計算架構(gòu)最終減少了帶寬和網(wǎng)絡(luò)擁塞的壓力，從而允許物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和web應(yīng)用程序更快地運行，以提高服務(wù)質(zhì)量和彈性。邊緣計算基礎(chǔ)設(shè)施是設(shè)備和云之間的中間層，服務(wù)由分布式邊緣節(jié)點提供。

由于邊緣計算使算力更加靠近數(shù)據(jù)源頭或商業(yè)業(yè)務(wù)的關(guān)鍵位置，為企業(yè)應(yīng)用帶來了更快的速度、更高的可靠性和更多的靈活性。邊緣計算、云計算和5G的融合將使算力網(wǎng)絡(luò)按照企業(yè)價值實現(xiàn)的流程和地點布置，極大地優(yōu)化了數(shù)據(jù)價值的實現(xiàn)速度和質(zhì)量。

 

什么是邊緣計算？

電商、視頻、社交、工控、物管，不同的企業(yè)應(yīng)用都對網(wǎng)絡(luò)傳輸和算力有著顯著的需求差別。5G加持的高速算力網(wǎng)絡(luò)融合了云、網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)絡(luò)邊緣，企業(yè)可以更加自主地決定在哪里及如何處理其數(shù)據(jù)及應(yīng)用。

一種選擇是集中提供大容量存儲和高速并發(fā)計算能力的云數(shù)據(jù)中心，這在過去的十年都是一種主要潮流和做法；另一種是在邊緣（即數(shù)據(jù)產(chǎn)生或服務(wù)交付點更近的位置，這通常是廣域網(wǎng)絡(luò)的邊緣）提供充足算力，這帶來了超低的時延和更低的網(wǎng)絡(luò)流量，有助于提高服務(wù)的效率及質(zhì)量，更快地產(chǎn)生決策反饋。

邊緣計算使云資源（算力、存儲和網(wǎng)絡(luò)）更接近應(yīng)用程序、設(shè)備和用戶。它通過使用小型算力單元來滿足數(shù)據(jù)本地化高速傳輸和實時處理，而不需要長途傳輸?shù)皆苹驍?shù)據(jù)中心去處理。邊緣計算在終端設(shè)備中嵌入機器學(xué)習(xí)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)數(shù)據(jù)處理、運行容器的能力，甚至是直接運行完整虛擬機的能力。這些設(shè)備可以像照相機一樣小，在用于復(fù)雜處理時也可以像完整的機架服務(wù)器一樣大。無論設(shè)備的大小和功能如何，這些設(shè)備上的軟件都以某種形式連接到后端云。

下面是一個實例，說明如何在現(xiàn)實世界中利用資源密集型設(shè)備實現(xiàn)邊緣計算。

某品牌DeepLens相機集成了1080p攝像頭、Linux操作系統(tǒng)和專用軟件。該集成軟件允許在服務(wù)商的機器學(xué)習(xí)算法直接在相機上執(zhí)行。

智能模型直接在設(shè)備上執(zhí)行，而不是過去常見的處理流程——設(shè)備捕捉圖像或視頻，將視頻發(fā)送到云端后臺處理，然后將響應(yīng)結(jié)果返回給設(shè)備。這些網(wǎng)絡(luò)邊緣的本地處理能力提供了一組近乎實時的智能工具，可以集成到業(yè)務(wù)應(yīng)用程序中。

邊緣計算原理

什么促成了邊緣計算？

云計算一直是過去十年IT界的關(guān)鍵話題和重要投資方向，也是頭部科技企業(yè)技術(shù)和服務(wù)創(chuàng)新重要的競爭領(lǐng)域。

伴隨大量對云計算褒獎，對于云計算的成本、供應(yīng)商鎖定（遷移陷阱）及安全性也存在眾多警告。主流思想認為云計算對大多數(shù)敏捷IT架構(gòu)都更安全、更完整和更具可伸縮性，但有一個問題一直存在爭論，即部分數(shù)據(jù)和應(yīng)用無法在云環(huán)境中輕松操作和遷移，甚至在同一廠商的不同站點間遷移也是如此。因此，多云策略(即同時使用公有云、本地的私有云和混合云)已成為成功應(yīng)用云計算的可靠途徑。多云也適用于高帶寬的、低延時應(yīng)用和設(shè)備，這促進了邊緣計算的演進和發(fā)展，并最終使企業(yè)在云+邊緣的戰(zhàn)略中受益。

邊緣計算提供的分布式算力為企業(yè)提供了在數(shù)據(jù)源頭或關(guān)鍵價值交付點處理數(shù)據(jù)的靈活性和可能性。由于網(wǎng)絡(luò)帶寬和時延的約束，云計算中心的集中算力池?zé)o法滿足很多超大數(shù)據(jù)量或時間敏感的用例，例如大型生產(chǎn)線的實時控制、自動駕駛。在云-網(wǎng)絡(luò)-邊緣間有機地布置算力資源，將提供低時延、平衡的算力供應(yīng)及網(wǎng)絡(luò)帶寬保障。

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的廣泛部署使邊緣計算架構(gòu)成為企業(yè)的必然計算架構(gòu)。雖然機器對機器通信(M2M，物聯(lián)網(wǎng)的鼻祖)已經(jīng)存在了幾十年，但由于近年來物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量的快速增長、它們傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的數(shù)量和速度的飛速提高，以及將機器學(xué)習(xí)與設(shè)備的完美集成（AIoT），物聯(lián)網(wǎng)在今天得到了長足的發(fā)展。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備要求在毫秒級處理數(shù)據(jù)，它們對響應(yīng)速度、存儲容量和新功能的迫切需要使云計算架構(gòu)因延遲太大而越來越不現(xiàn)實。通常，云數(shù)據(jù)中心位于距離設(shè)備、應(yīng)用程序和數(shù)據(jù)數(shù)公里或更遠的地方，為高帶寬的應(yīng)用程序和設(shè)備帶來性能問題。對于必須在不到一秒的時間內(nèi)完成的進程，延遲障礙會阻礙其響應(yīng)速度和正常功能的實現(xiàn)。在邊緣計算架構(gòu)下，復(fù)雜的事件處理及響應(yīng)在設(shè)備或靠近設(shè)備的計算系統(tǒng)中執(zhí)行，由于消除了原始狀態(tài)數(shù)據(jù)和響應(yīng)數(shù)據(jù)的往返問題，使整個事件的響應(yīng)能更快地完成。

對復(fù)雜事件的響應(yīng)速度在部分物聯(lián)網(wǎng)用例中是關(guān)鍵的，某些時候甚至是致命的。例如對L2級以上的自動駕駛汽車在遇到突然的車道侵入時必須立即剎車，否則就會有撞車的風(fēng)險。將激光雷達或攝像頭捕捉的數(shù)據(jù)送到云端處理并返回響應(yīng)的往返時間太長，這無法滿足任務(wù)要求。如自動駕駛汽車擁有邊緣計算能力，則停止汽車的決定完全可以由汽車的機載計算機或路側(cè)邊緣計算單元處理并決定，從而防止事故的發(fā)生。極端情況下，即使發(fā)生事故，所有數(shù)據(jù)也都可以被發(fā)送到云端，以對車輛狀態(tài)和行為進行監(jiān)控、分析和管理，并在此基礎(chǔ)上優(yōu)化模型并優(yōu)化機載程序。

邊緣計算的優(yōu)點

邊緣計算是一個更大的生態(tài)系統(tǒng)的一部分，有潛在的未被發(fā)現(xiàn)的優(yōu)點。一些明顯的優(yōu)點包括:

減少延遲和提高速度

部署于邊緣的算力減少了數(shù)據(jù)傳輸延時，提高了響應(yīng)速度時間。對于多數(shù)應(yīng)用程序來說，毫秒級的響應(yīng)是顛覆性的。

安全

數(shù)據(jù)在本地進行分析處理，并受到本地網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)提供商閉環(huán)系統(tǒng)的集成安全方案保護。

節(jié)約成本

通過將數(shù)據(jù)保存在最需要它的邊緣，并優(yōu)化上傳中央數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)流，從而降低了帶寬和成本。

遠程可靠性

邊緣設(shè)備在本地存儲和處理數(shù)據(jù)，并與邊緣數(shù)據(jù)中心一起工作，可以克服任何間歇性連接問題。

快速的可伸縮性

邊緣數(shù)據(jù)中心和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的部署可以讓企業(yè)迅速擴大運營規(guī)模。

邊緣計算的關(guān)鍵優(yōu)點

邊緣計算的關(guān)鍵術(shù)語

邊緣計算:邊緣計算是一種物理計算基礎(chǔ)設(shè)施，部署于設(shè)備和超大規(guī)模云之間，支持各種應(yīng)用程序。邊緣計算使處理能力更接近最終用戶/設(shè)備/數(shù)據(jù)來源，降低了到云數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)往返流量，減少了延遲。

電信級邊緣計算:由電信運營商部署并管理的分布式計算，它可以擴展到網(wǎng)絡(luò)邊緣甚至用戶側(cè)邊緣?？蛻艨梢栽跀?shù)據(jù)源附近緩存并由低延遲的應(yīng)用程序處理數(shù)據(jù)，可以減少回程通信流量和成本。

內(nèi)部/私有部署邊緣計算:客戶內(nèi)部的計算資源，由網(wǎng)絡(luò)運營商針對應(yīng)用程序和功能進行管理。這些功能在跨分布式邊緣架構(gòu)的云化虛擬環(huán)境中運行。內(nèi)部邊緣計算保持了敏感數(shù)據(jù)的私有化。

邊緣云:在邊緣計算之上的虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施和業(yè)務(wù)模型。邊緣云同時具有云服務(wù)器和本地服務(wù)器的優(yōu)點，因為它具有靈活性和可伸縮性，并且有能力處理由計劃外最終用戶活動的增加而導(dǎo)致的突發(fā)工作負載峰值。

私有云:通過私有網(wǎng)絡(luò)向一組特定用戶提供計算服務(wù)的云部署模型。私有云提供了公共云的優(yōu)點，如可伸縮性和敏捷性，但關(guān)鍵的區(qū)別是，私有云通過云基礎(chǔ)設(shè)施的內(nèi)部托管提供了更高的安全性和數(shù)據(jù)隱私性。

網(wǎng)絡(luò)邊緣:無線局域網(wǎng)或數(shù)據(jù)中心等企業(yè)網(wǎng)絡(luò)連接到互聯(lián)網(wǎng)等第三方網(wǎng)絡(luò)的地方。即CE—PE設(shè)備的CE側(cè)。

特別需要關(guān)注的概念是邊緣云。盡管邊緣計算和邊緣云這兩個術(shù)語經(jīng)?；Q使用，但它們所指代的內(nèi)容略有不同。邊緣計算主要是指位于設(shè)備和超大規(guī)模云之間的支持各種應(yīng)用程序的物理計算基礎(chǔ)設(shè)施，而邊緣云是部署在邊緣計算之上的虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施和業(yè)務(wù)模型。

邊緣云和云一樣具有靈活性和可擴展性。與靜態(tài)的、內(nèi)部服務(wù)器不同，它有能力處理由計劃外最終用戶活動的增加引起的突然的工作負載峰值。它還有助于在測試和部署新應(yīng)用程序時進行擴展，因此是一個很好的企業(yè)解決方案。它帶來的效率和可伸縮性是具備經(jīng)濟效益的。

在何處部署邊緣計算?

網(wǎng)絡(luò)邊緣是跨越終端設(shè)備和云/互聯(lián)網(wǎng)之間的任何位置，而電信邊緣計算的邊緣是其中的一個子集。在公共網(wǎng)絡(luò)內(nèi)外，有多個潛在的位置可以進行電信級邊緣計算部署。這些包括客戶空間、蜂窩基站、終端機房以及接入和核心網(wǎng)絡(luò)中的網(wǎng)絡(luò)匯聚點。

運營商決定邊緣計算基礎(chǔ)設(shè)施部署位置取決于三個因素:

a)該運營商目前的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)

b)運營商支持網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序運行的數(shù)據(jù)中心設(shè)施部署方案

c)運營商必須滿足的需求和服務(wù)場景。

邊緣計算技術(shù)的類型

霧計算

霧計算指的是通過在云和邊緣設(shè)備之間戰(zhàn)略性地布置計算節(jié)點來擴展云，從而計算基礎(chǔ)設(shè)施分散化。在需要處理數(shù)據(jù)的用戶或物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備附近存儲數(shù)據(jù)并部署算力和應(yīng)用程序，從而在集中式云計算中心之外創(chuàng)建霧計算單元，以減少處理數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸時間。

多址邊緣計算(MEC，Multi-address Edge Computing)

根據(jù)歐洲電信標準協(xié)會(ETSI)的定義:MEC為應(yīng)用程序開發(fā)者和內(nèi)容提供商提供云計算能力和位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的IT服務(wù)環(huán)境。這種環(huán)境的特點是超低延遲和高帶寬，以及應(yīng)用程序可以利用的對無線網(wǎng)絡(luò)的實時訪問。

微數(shù)據(jù)中心

微型數(shù)據(jù)中心提供與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心相同的組件，但可以在數(shù)據(jù)源附近本地部署，具有高度的移動性和堅固性。高度靈活的微數(shù)據(jù)中心可以自定義構(gòu)建和配置，以適應(yīng)特殊情況的需求。例如，可以將集裝箱或撬裝的微數(shù)據(jù)中心快速部署到服務(wù)不足的地區(qū)或災(zāi)難現(xiàn)場。

微云(Cloudlets)

cloudlets是移動性增強的小型云數(shù)據(jù)中心，支持資源虛擬并放置在接近邊緣設(shè)備的地方。通過專門設(shè)計的低延遲計算能力，cloudlets能改進資源密集型和交互式移動應(yīng)用程序的響應(yīng)速度和性能。

應(yīng)急響應(yīng)單元

這些移動的、獨立的設(shè)備單元在緊急情況下提供可互操作的應(yīng)急通信。他們可以被迅速部署到任何重大活動、危機或災(zāi)難現(xiàn)場，在高度熟練的運維支持團隊的管理下，為受影響地區(qū)增強或重建通信。

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