從概念到現(xiàn)狀，一文讀懂邊緣計(jì)算

什么是“邊緣計(jì)算”？想要弄清楚這一概念的含義，我們還得從“云計(jì)算”談起。云計(jì)算（cloud computing）指的是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)“云”將巨大的數(shù)據(jù)計(jì)算處理程序分解成無(wú)數(shù)個(gè)小程序，然后，通過(guò)多部服務(wù)器組成的系統(tǒng)進(jìn)行處理和分析這些小程序得到結(jié)果并返回給用戶。用戶通過(guò)網(wǎng)絡(luò)獲得應(yīng)用所需的資源（硬件、平臺(tái)、軟件）。而提供資源的網(wǎng)絡(luò)被稱為“云”。

傳統(tǒng)云計(jì)算模型（來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)）

舉個(gè)簡(jiǎn)單的例子，這就好似我們現(xiàn)在的用電方式一樣。每個(gè)家庭或企業(yè)一般情況下并不自己生產(chǎn)“電”，而是大型發(fā)電站進(jìn)行集中發(fā)電，然后通過(guò)星羅棋布的電網(wǎng)，將“電”輸送到每家每戶。人們只需插上插座，按時(shí)交納電費(fèi)，便可以用上電?！霸朴?jì)算”就類似于這樣一種存在。那些提供云計(jì)算服務(wù)的公司，就好比“大型發(fā)電站”。1961 年，網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)領(lǐng)域?qū)＜壹s翰·麥卡錫就曾預(yù)言：“未來(lái)電腦運(yùn)算有可能成為一項(xiàng)公共事業(yè)，就像電話系統(tǒng)已成為一項(xiàng)公共事業(yè)一樣?！比欢?，正如文章開頭所說(shuō)，龐大的數(shù)據(jù)量將極易造成網(wǎng)絡(luò)擁堵，并且隨著5G時(shí)代的到來(lái)，我們對(duì)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性提出了更高的要求。因此我們需要將部分?jǐn)?shù)據(jù)在本地進(jìn)行處理。“邊緣計(jì)算”便是這樣一種模式。

所謂邊緣計(jì)算就是在網(wǎng)絡(luò)邊緣結(jié)點(diǎn)來(lái)處理、分析數(shù)據(jù)，而不是在中央服務(wù)器里整理后實(shí)施處理。在這里“邊緣節(jié)點(diǎn)”目前主要包括，通信基站、服務(wù)器、網(wǎng)關(guān)設(shè)備以及終端設(shè)備。與云計(jì)算相比邊緣計(jì)算在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲械奈恢酶停锤涌拷坝脩簟薄獢?shù)據(jù)產(chǎn)生的地方。作為對(duì)云計(jì)算方式的補(bǔ)充，邊緣計(jì)算彌補(bǔ)了云計(jì)算的諸多缺陷。

來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

邊緣計(jì)算的優(yōu)勢(shì)

邊緣計(jì)算與傳統(tǒng)云計(jì)算主要性能對(duì)比（來(lái)源：思科）

1、  低時(shí)延：由于數(shù)據(jù)是在邊緣結(jié)點(diǎn)進(jìn)行分析處理，降低了延遲，提升應(yīng)用的響應(yīng)速度。據(jù)運(yùn)營(yíng)商估計(jì)，如若經(jīng)由部署在接入點(diǎn)的MEC完成處理和轉(zhuǎn)發(fā)，則時(shí)延有望控制在1ms之內(nèi)。

2、  更安全：一些比較敏感的數(shù)據(jù)直接在邊緣進(jìn)行分析處理，不用全部上傳至云計(jì)算平臺(tái)，能夠盡可能的避免數(shù)據(jù)泄露問(wèn)題。

3、  減少數(shù)據(jù)傳輸：數(shù)據(jù)不需要全部傳輸?shù)皆贫?，減少智能設(shè)備和數(shù)據(jù)中心傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量，節(jié)省了大量帶寬成本，同時(shí)還能減小核心網(wǎng)絡(luò)的擁堵。

4、  提高可用性：邊緣計(jì)算分擔(dān)（offload）了中心服務(wù)器的計(jì)算任務(wù)，并且降低了出現(xiàn)單點(diǎn)故障的可能。另外很多智能終端設(shè)備在非工作狀態(tài)下處于閑置狀態(tài)，邊緣計(jì)算可以充分的對(duì)其加以利用，提高了資源的利用率。

現(xiàn)狀——主要“玩家”

目前，邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)主要涉及設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用和數(shù)據(jù)四個(gè)領(lǐng)域。邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟提出的邊緣計(jì)算參考架構(gòu)1.0指出，設(shè)備域支撐現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)的智能交互和智能應(yīng)用；網(wǎng)絡(luò)域?yàn)橄到y(tǒng)互聯(lián)、數(shù)據(jù)聚合與承載提供連接服務(wù)；數(shù)據(jù)域提供全生命周期數(shù)據(jù)服務(wù)并保障數(shù)據(jù)的安全與隱私；應(yīng)用域需要實(shí)現(xiàn)邊緣行業(yè)應(yīng)用，支持邊緣業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)。

從“中信證券研究部”整理的資料來(lái)看，邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)涉及硬件、軟件、通信等多個(gè)方面的企業(yè)。上下游企業(yè)緊密聯(lián)系，通力合作。并加快邊緣計(jì)算方面的布局。

來(lái)源：中信證券研究部

對(duì)于上游企業(yè)，2019年2月25日，浪潮在世界移動(dòng)通信大會(huì)MWC2019上發(fā)布了首款基于OTII標(biāo)準(zhǔn)的邊緣計(jì)算服務(wù)器NE5260M5，該產(chǎn)品專為5G設(shè)計(jì)，可以承擔(dān)物聯(lián)網(wǎng)、MEC和NFV等5G應(yīng)用場(chǎng)景，適合邊緣機(jī)房的物理環(huán)境。華為發(fā)布的華為AR系列敏捷網(wǎng)關(guān)，具有高度的適應(yīng)性，能提供17種以上的物聯(lián)接口，并廣泛兼容各個(gè)行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議。另外，凌華科技推出模塊化工業(yè)云計(jì)算架構(gòu)MICA和架構(gòu)級(jí)邊緣服務(wù)器SETO-1000，用以分別應(yīng)對(duì)5G建設(shè)的集中式無(wú)線接入網(wǎng)（C-RAN）和分布式無(wú)線接入網(wǎng)（D-RAN），前者具有模塊化設(shè)計(jì)、工業(yè)級(jí)特性、云計(jì)算核心等特征；后者具有防塵防水、抵抗低溫等環(huán)境耐性，能適配高帶寬下的邊緣計(jì)算需求。當(dāng)然作為上游軟件提供商，他們也紛紛推出了自己的產(chǎn)品，例如思科IOx平臺(tái)以及華為L(zhǎng)iteos平臺(tái)。

根據(jù)中信證券的分析報(bào)告，中游企業(yè)在公有云市場(chǎng)上競(jìng)爭(zhēng)激烈，邊緣云服務(wù)提供商逐漸在細(xì)分領(lǐng)域進(jìn)行布局。從2015年起，國(guó)內(nèi)公共云市場(chǎng)除阿里云外，大量的中小企業(yè)占據(jù)了1/3的市場(chǎng)份額，大小廠商展開了激烈的價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)。因此部分云服務(wù)商積極拓展新的領(lǐng)域。目前已有多家公司涉足邊緣計(jì)算平臺(tái)和相關(guān)服務(wù)。此外，國(guó)內(nèi)三大通信運(yùn)營(yíng)商均已制定5G網(wǎng)絡(luò)商用計(jì)劃，并加大了對(duì)MEC相關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施的投入。

對(duì)于下游企業(yè)而言，邊緣計(jì)算不僅服務(wù)于手機(jī)、電腦等常規(guī)的智能終端設(shè)備。車聯(lián)網(wǎng)、智能家居概念的提出，為邊緣計(jì)算創(chuàng)造了新的需求。BAT等巨頭公司也紛紛參與到智能硬件產(chǎn)品的開發(fā)之中。

應(yīng)用與前景

根據(jù)中國(guó)移動(dòng)發(fā)布的《中國(guó)移動(dòng)邊緣計(jì)算白皮書》，目前智能制造、智慧城市、直播游戲和車聯(lián)網(wǎng)4個(gè)垂直領(lǐng)域?qū)吘売?jì)算的需求最為明確。

邊緣計(jì)算的典型應(yīng)用場(chǎng)景（來(lái)源：中國(guó)移動(dòng)）

智能制造

在智能制造領(lǐng)域，工廠利用邊緣計(jì)算智能網(wǎng)關(guān)進(jìn)行本地?cái)?shù)據(jù)采集，并進(jìn)行數(shù)據(jù)過(guò)濾、清洗等實(shí)時(shí)處理。同時(shí)邊緣計(jì)算還可以提供跨層協(xié)議轉(zhuǎn)換的能力，實(shí)現(xiàn)碎片化工業(yè)網(wǎng)絡(luò)的統(tǒng)一接入。一些工廠還在嘗試?yán)锰摂M化技術(shù)軟件實(shí)現(xiàn)工業(yè)控制器，對(duì)產(chǎn)線機(jī)械臂進(jìn)行集中協(xié)同控制，這是一種類似于通信領(lǐng)域軟件定義網(wǎng)絡(luò)中實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)控分離的機(jī)制，通過(guò)軟件定義機(jī)械的方式實(shí)現(xiàn)了機(jī)控分離。

智慧城市

智慧城市，主要包括智慧樓宇、物流和視頻監(jiān)控等多個(gè)方面。邊緣計(jì)算可以實(shí)現(xiàn)對(duì)城市中運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集分析。例如，在城市路面檢測(cè)中，在道路兩側(cè)路燈上安裝傳感器收集城市路面信息，檢測(cè)空氣質(zhì)量、光照強(qiáng)度、噪音水平等環(huán)境數(shù)據(jù)，當(dāng)路燈發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)反饋至維護(hù)人員。邊緣計(jì)算還可以利用本地部署的GPU服務(wù)器，實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的人臉識(shí)別、物體識(shí)別等智能圖像分析。

雖然當(dāng)前城市中部署了大量的IP攝像頭，但是大部分?jǐn)z像頭都不具備前置的計(jì)算功能，而需要將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理，或者需要人工的方式來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)篩選。然而，安珀警報(bào)助手（Amber alert assistant）的開發(fā)，使其可以自動(dòng)化地在邊緣設(shè)備上部署視頻分析程序，并與附近的邊緣設(shè)備協(xié)同實(shí)時(shí)地對(duì)視頻進(jìn)行處理，同時(shí)和周邊攝像頭進(jìn)行聯(lián)動(dòng)，以完成犯罪車輛的實(shí)時(shí)追蹤。

直播游戲

在直播游戲領(lǐng)域，邊緣計(jì)算可以為CDN提供豐富的存儲(chǔ)資源，并在更加靠近用戶的位置提供音視頻的渲染能力，讓云桌面，云游戲等新型業(yè)務(wù)模式成為可能。特別在AR/VR場(chǎng)景中，邊緣計(jì)算的引入可以大幅降低AR/VR終端設(shè)備的復(fù)雜度，從而降低成本，促進(jìn)整體產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展。

車聯(lián)網(wǎng)

隨著深度學(xué)習(xí)和傳感器等技術(shù)的發(fā)展，汽車不再僅僅是傳統(tǒng)的出行和運(yùn)輸工具，而是不斷智能化，我們稱這樣新型的汽車為智能網(wǎng)聯(lián)車（connected and autonomous vehicles, CAVs）智能網(wǎng)聯(lián)車的出現(xiàn)催生出了一系列新的應(yīng)用場(chǎng)景，例如自動(dòng)駕駛、車聯(lián)網(wǎng)以及智能交通。我們以“自動(dòng)駕駛”為例，由于它配備了非常多的傳感器，汽車可以隨時(shí)隨地感知周圍的環(huán)境，并也源源不斷的產(chǎn)生數(shù)據(jù)。所以，“自動(dòng)駕駛汽車”就好似一個(gè)“移動(dòng)的數(shù)據(jù)中心”。

來(lái)源：網(wǎng)絡(luò)

Intel曾經(jīng)的一份報(bào)告指出，一輛自動(dòng)駕駛車輛一天產(chǎn)生的數(shù)據(jù)為4TB，這些數(shù)據(jù)無(wú)法全部上傳至云端處理，需要在邊緣節(jié)點(diǎn)（汽車）中存儲(chǔ)和計(jì)算，從而形成指令。另一方面，無(wú)人駕駛汽車對(duì)于“延遲”的要求非常苛刻，尤其是當(dāng)汽車在高速行駛的過(guò)程中，通信延遲需要控制在極短的范圍之內(nèi)，并且網(wǎng)絡(luò)的可靠性對(duì)于安全駕駛也是至關(guān)重要的。

挑戰(zhàn)

然而，邊緣計(jì)算現(xiàn)如今還沒(méi)有完全成熟，并且它也不是一個(gè)完美無(wú)瑕的計(jì)算方式。施巍松教授曾在他的論文《Edge Computing : Vision and Challenges》中表示，“邊緣計(jì)算具有”編程可行性、命名和數(shù)據(jù)抽象三方面的問(wèn)題。

1、編程可行性：在云計(jì)算平臺(tái)編程是非常便捷的，因?yàn)樵粕嫌刑囟ǖ木幾g平臺(tái)，大部分程序都可以在云上運(yùn)行。但是在邊緣層編程就會(huì)面臨一個(gè)平臺(tái)異構(gòu)的問(wèn)題，每一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的邊緣都是不一樣的，可能是ios系統(tǒng)，也有可能是安卓或者linux等等，不同平臺(tái)下的編程又是不同的。

2、命名：命名方案對(duì)于編程、尋址、事物識(shí)別和數(shù)據(jù)通信非常重要，但是在邊緣計(jì)算中還沒(méi)有行之有效的數(shù)據(jù)處理方式。邊緣計(jì)算中事物的通信是多樣的，可以依靠wifi、藍(lán)牙等通信技術(shù)，因此，僅僅依靠tcp/ip協(xié)議棧并不能滿足這些異構(gòu)的事物之間進(jìn)行通信。邊緣計(jì)算的命名方案需要處理事物的移動(dòng)性，動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，隱私和安全保護(hù)等問(wèn)題。傳統(tǒng)的命名機(jī)制如DNS（域名解析服務(wù)）、URI（統(tǒng)一資源標(biāo)志符）都不能很好的解決動(dòng)態(tài)的邊緣網(wǎng)絡(luò)的命名問(wèn)題。目前正在提出的NDN（命名分發(fā)網(wǎng)絡(luò)）解決此類問(wèn)題也有一定的局限性。在一個(gè)相對(duì)較小的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，我們提出一種解決方案，如下圖所示，我們描述一個(gè)事物的時(shí)間、地點(diǎn)以及正在做的事情，這種統(tǒng)一的命名機(jī)制使得管理變得非常容易。當(dāng)然，當(dāng)環(huán)境上升到城市的高度的時(shí)候，這種命名機(jī)制可能就不是很合適了。

來(lái)源：《Edge Computing：Vision and Challenges》

3、數(shù)據(jù)抽象：在物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境中會(huì)有大量的數(shù)據(jù)生成，并且由于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的異構(gòu)環(huán)境，生成的數(shù)據(jù)是各種格式的，把各種各樣的數(shù)據(jù)格式化對(duì)邊緣計(jì)算來(lái)說(shuō)是一個(gè)挑戰(zhàn)。同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)邊緣的大部分事物只是周期性的收集數(shù)據(jù)，定期把收集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給網(wǎng)關(guān)，而網(wǎng)關(guān)中的存儲(chǔ)是有限的，他只能存儲(chǔ)最新的數(shù)據(jù)，因此邊緣結(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)會(huì)被經(jīng)常刷新。利用集成的數(shù)據(jù)表來(lái)存儲(chǔ)感興趣的數(shù)據(jù)，表內(nèi)部的結(jié)構(gòu)可以如下圖所示，用id、時(shí)間、名稱、數(shù)據(jù)等來(lái)表示數(shù)據(jù)。

來(lái)源：《Edge Computing : Vision and Challenges》

如果篩選掉過(guò)多的原始數(shù)據(jù)，將導(dǎo)致邊緣結(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)報(bào)告的不可靠，如果保留大量的原始數(shù)據(jù)，那么邊緣結(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)又將是新的問(wèn)題；同時(shí)這些數(shù)據(jù)應(yīng)該是可以被引用程序讀寫和操作的，由于物聯(lián)網(wǎng)中事物的異構(gòu)性，導(dǎo)致數(shù)據(jù)庫(kù)的讀寫和操作會(huì)存在一定的問(wèn)題。

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