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2022世界杯预选赛中国赛程(www.9cx.net):一文读懂边缘盘算焦点手艺

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边缘盘算(Edge Computing)是云盘算向边缘的延伸,本文对边缘盘算、雾盘算、MEC、Cloudlet、漫衍式云等边缘盘算领域相关看法和手艺的界说、架构、场景等举行了对照剖析,并对该领域的手艺生长趋势给出了展望与展望。

一. 概述在整个行业数字化转型的大靠山下,在 IoT、5G、 VR、AI 等营业云化需求驱动和手艺生长推动下,边缘盘算(Edge Computing)看法应运而生并迅速获得了行业的普遍关注。相对于经典云盘算带来的“云端”的海量盘算能力,边缘盘算实现了资源和服务向边缘位置的下沉, 从而能够降低交互时延、减轻网络肩负、厚实营业类型、优化服务处置,提升服务质量和用户体验。

边缘盘算看法并无明确界说,雾计 算、MEC、Cloudlet、 边 缘 计 算、 分 布 式 云 等 概 念 迭 出,ETSI、ITU、OpenFog、ECC、OEC、3GPP、ISO、IEC、 IEEE、Linux 基金会、OpenStack 基金会等业界主流尺度 化、开源和行业组织都在起劲推进但都有所偏重。本文针对边缘盘算、雾盘算、MEC、Cloudlet、漫衍式云等领域内焦点手艺的界说、架构、场景等举行简介,并举行对照剖析。

二 . 雾盘算雾盘算(Fog Computing)是2011年 cisco 提出的看法,OpenFog 同盟是雾盘算的主要推动者,其雾盘算界说为:一种系统级的水平架构,将盘算、存储、网络、 控制和决议等资源和服务漫衍到从云到物的任何位置,旨在解决 IoT、AI、VR、5G 等营业场景需求。①水平架构:支持多个行业垂直应用领域,将智能和服务分发到用户和营业;②云到物的服务延续:使服务和应用漫衍在云和物之间、更靠近物的位置;③系统级:是物和云之间的整个系统,从物到网络边缘再到云,笼罩多个协议条理,而非特定的协议或端到端系统的一部门。

雾盘算和云盘算相互依赖,互为弥补;部门功效适合于由雾盘算节点执行, 部门功效则适合于在云上运行;详细界限依据详细的应用、场景和网络环境等有所差异。FCN(Fog Computing Node,雾盘算节点)是智能终端装备和云之间的智能接入网络的中介盘算网元,可以是物理的也可以是虚拟的,与智能终端装备或接入网紧耦合,在终端装备和云之间提 供数据治理和通讯服务等功效。

OpenFog 同盟给出雾盘算参考架构如图 1 所示:其中,主要从雾盘算节点、软件、功效要求等角度举行了形貌:

图1—OpenFog 同盟雾盘算参考架构

(1)雾盘算节点:主要包罗节点资源、节点治理、协议抽象层等组件。其中,节点资源包罗盘算、存储、网络、加速器等;节点治理包罗硬件设置治理和平安珍爱;协议抽象层实现传感器等终端装备的适配和对接,支持异构终端、雾节点之间的兼容互通。

(2)软件:主要包罗节点治理和软件背板、应用支持、应用服务等 3 层。其中,节点治理认真雾节点或系统的软硬件设置和状态维护,并维护其可用性、可靠性和性能;软件背板上运行节点各种软件,并实现节点间通讯;应用支持提供应用治理、运行时引擎、应用服务器、新闻和事宜、平安服务、数据存储和治理、剖析工具和框架等软件供多个应用(微服务)使用和共享;应用服务依据部署、场景、资源可用性等的差异而差异,主要包罗毗邻服务、支持服务、剖析服务、集成服务、UI 服务等。

(3)功效要求:主要包罗性能和扩展性、平安、可治理性、数据剖析和控制、IT 服务和跨节点应用等方面。包罗:需凭证场景需求匹配流量模子,保证节点间相互隔离互不滋扰;借助虚拟化和容器等手艺提升可扩展性;提供节点平安、数据平安、网络平安、平安监控和治理等从云到网络边缘再到物的整个系统平安;可治理性包罗治理接口、雾节点生命周期治理、自力的治理层等;将海量数据的网络、存储、传输、剖析等功效下沉到网络边缘,靠近数据源,按需实现特定的数据处置能力;实现应用和服务在雾盘算系统条理中按需部署和互操作,支持节点间数据共享,支持跨节点应用等。

雾盘算可用于 IoT、5G、AI 等多种场景,解决对内陆化平安、客户位置感知、天真部署和可扩展、低时延等的需求。其中,IoT 是 FC重点面向的场景,交通、智慧 都会、智慧楼宇、工业制造业、零售企业、康健医疗、农业、政府军队、智慧家庭、运营商等都有应用。其中的一些代表性场景如智能汽车和交通控制、可视化平安和监控、智慧都会等。

三.MECMEC 是ETSI 提出并主推的看法,履历了从移动边缘盘算(Mobile Edge Computing) 到多接入边缘盘算(Multi-access Edge Computing)的演变。其中,移动边缘盘算是指在移动网络边缘提供 IT 服务环境和云盘算 能力,将网络营业下沉到更靠近移动用户的无线接入网侧, 旨在降低延时,实现高效网络管控和营业分发,改善用户体验;多接入边缘盘算是指在网络边缘为应用研发商和内容提供商提供 IT 服务环境和云盘算能力,该环境为应用提供超低延时、高带宽、实时接入等特征能力。MEC 主要特征包罗:就近接入、超低时延、位置可见、数据剖析等。ETSI MEC 给出的系统参考架构如图 2 所示。其中,主要包罗如下组件:

图2—ETSI MEC系统参考架构

(1)MEC主机:由虚拟化基础设施和 MEP 组成,用以承载各种 MEC应用。其中,虚拟化基础设施数据面认真执行移动边缘平台吸收到的流量规则,并实现流量转发。MEP(MEC Platform,MEC 平台)提供一系列功效, 用以实现 MEC 应用在特定虚拟化基础设施上运行并使提 供移动边缘服务。

(2)MEC应用:是运行在 MEC 主机虚拟化基础设施上的虚拟机,支持与 MEC平台交互,以构建和提供MEC服务。MEC应用带有一系列规则和需求,包罗所需要的资源、最大时延、可用服务等。这些需求由MEC系统级治理举行确认。

(3)移动边缘主机级治理:包罗移动边缘平台治理器 MEPM、虚拟化基础设施治理器 VIM,对移动边缘主机和其上运行的应用举行治理。其中,VIM(Virtualisation infrastructure manager,虚拟化基础设施治理器)的功效可参考 ETSI NFV VIM,主要提供虚拟化资源治理功效;MEPM(Mobile edge platform manager,移动边缘平台治理器)主要实现应用生命周期治理、MEP 网元治理、 应用规则和需求治理等。

(4)移动边缘系统级治理:包罗 MEO、OSS 等组件。MEO(Mobile edge orchestrator,移动边缘编排器) 是焦点组件,认真维护移动边缘系统的整体视图、激活应用包、基于约束条件选择合适的移动边缘主机以实现应用实例化、触发应用实例化和终结、触发应用重定位等。根据营业需求和方案架构,ETSI 将 MEC 场景分为三类,每一类的方案架构趋同,各种之间各有差异:①面向客户的服务,包罗游戏、远程桌面应用、增强和辅助现实、辅助认知等。②运营商和第三方服务,包罗流动装备位置跟踪、大数据、平安、企业服务等。③网络性能和QoE 提升,包罗内容和DNS缓存、性能优化、视频优化等。其中,主要包罗7大场景:智能移动视频加速、监控视频流剖析、AR(增强现实)、麋集盘算辅助、企业专网、车联网、IoT 网关。

四. CloudletCloudlet 是2013年 Carnegie Mellon University(卡内基梅隆大学)提出的看法,源于移动盘算、IoT 与云盘算的融合,代表“移动装备/IoT 装备—cloudlet—云”三层系统架构的中央层,可看作是一个“data center in a box”,旨在使云更靠近用户。基于此,OEC 给出了对边缘盘算的界说:边缘盘算在靠近用户侧提供小型数据中央(边缘节点),提升用户对盘算和存储资源的使用体验。Cloudlet主要包罗四大特征:仅以软件形态部署、具备盘算 / 毗邻 / 平安能力、就近部署、基于尺度云手艺构建等。

OEC 给出的边缘盘算参考架构如图3 所示,包罗移动装备、边缘服务器、后端系统等组件。其中:边缘服务器主要基于Cloudlet实现,包罗3 层:

(1)基础设施层:包罗硬件、虚拟化和治理;(2)开放云平台:提供app运行支持环境和能力开放, 并实现统一治理;(3)应用:基于虚机实例承载移动装备卸载的各种应用(如图3 所示)。

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图3—OEC基 Cloudlet 的边缘盘算系统参考架构

Cloudlet 和OEC主要针对移动与云盘算的融合场景,适用于四大场景类型,包罗高度响应的云服务、扩展边缘剖析、隐私战略执行、屏障云中止。其中,典型场景包罗:VR、vCPE、企业服务(如虚拟桌面)、公共平安、传感器数据服务、汽车服务、移动app优化、工业 4.0、无人机支持服务、康健和体育服务、在线游戏、通讯服务优化等。

五. 边缘盘算ECC(EdgeComputing Consortium,边缘盘算产业同盟)2016 年确立,是边缘盘算的起劲推动者。ECC的边缘盘算界说:是在靠近物或数据源头的网络边缘侧,融合网络、盘算、存储、应用焦点能力的漫衍式开放平台, 就近提供边缘智能服务,知足行业数字化在迅速联接、实时营业、数据优化、应用智能、平安与隐私珍爱等方面的要害需求。它可以作为联接物理和数字天下的桥梁,使能智能资产、智能网关、智能系统和智能服务。

ECC以为,边缘盘算与云盘算是行业数字化转型的两大主要支持,两者在网络、营业、应用、智能等方面的协同将有助于支持行业数字化转型更普遍的场景与更大的价值缔造。其中,云盘算适用于非实时、长周期数据、营业决议场景,而边缘盘算在实时性、短周期数据、内陆决议等场景方面有不能替换的作用。ECC给出EC的主要特征包罗联接性、 数据第一入口、约束性、漫衍性、融合性等。ECC提出的边缘盘算参考架构如图 4 所示。其中,主要包罗如下条理化组件:

图4—ECC 边缘盘算参考架构

(1)ECN(Edge Computing Node,边缘盘算节点):由基础设施层、虚拟化层、边缘虚拟服务组成,提供总线 协议适配、流式数据剖析、时序数据库、平安等通用服务,并按需集成特定的行业化应用服务。(2)联接盘算 Fabric:一个虚拟化的联接和盘算服务层,屏障异构ECN 节点,提供资源发现和编排,支持ECN节点间数据和知识模子共享,支持营业负载动态调 度和优化,支持漫衍式的决媾和战略执行。(3)营业 Fabric:模子化的事情流,由多种类型的 功效服务根据一定逻辑关系组成和协作,支持界说事情流和事情负载、可视化出现、语义检查和战略冲突检查、营业 Fabric、服务等模子的版本治理等。(4)智能服务:开发服务框架通过集成开发平台和工具链集成边缘盘算和垂直行业模子库,提供模子与应用 的全生命周期服务;部署运营服务主要提供营业编排、应用部署和应用市场等三项焦点服务。(5)治理服务:支持面向终端、网络、服务器、存储、数据、应用的隔离、平安、漫衍式架构的统一治理;支持面向工程、集成、部署、营业与数据迁徙、集成测试、集成验证与验收等全生命周期治理。(6)数据全生命周期服务:提供数据预处置、数据剖析、数据分发和战略执行、数据可视化和存储等服务。支持通过营业Fabric界说数据全生命周期的营业逻辑,知足营业实时性等要求。(7)平安服务:主要包罗节点平安、网络平安、数据平安、应用平安、平安态势感知、身份和认证治理等服 务,笼罩边缘盘算架构的各个层级,并为差异层级按需提供差其余平安特征。

边缘盘算通过与行业使用场景和相关应用相连系,依据差异行业的特点和需求,完成了从水平解决方案平台到垂直行业的落地,在差异行业构建了众多创新的垂直行业解决方案。现在,ECC 给出的焦点场景主要面向 IoT,范 例包罗:梯联网、智慧水务、智能楼宇、智慧照明等。

六. 漫衍式云漫衍式云是 ITU-T 2016 年提出并主推的看法,是对云盘算模式的扩展,在兼具云盘算以网络为中央、以服务 为提供方式、资源池化和透明化、高扩展高可靠性特征的同时,基于营业 / 用户需求,天真、迅速、按需、智能地提供漫衍式、低延迟、高性能、平安可靠、绿色节能、能力开放的信息化基础设施,知足全社会各行业数字化转型 需要。漫衍式云主要具备如下能力特征:漫衍式、低延迟、高性能、平安可靠、绿色节能、能力开放等。漫衍式云系统框架如图 5 所示。漫衍式云系统主要包罗两类组件:

图5—ITU-T 漫衍式云系统框架

(1)漫衍式云节点:是具备自治治理能力的自力的云节点,提供云基础设施及服务,为各种营业和应用提供 运行环境;凭证所处的位置、节点规模及在漫衍式云系统中的作用,分为焦点云、区域云、边缘云等差其余云节点;凭证差其余营业场景需求,天真接纳一种或多种节点组合,实现营业能力的按需部署。焦点云节点:基于大规模云基础设施,支持提供包罗 IaaS、PaaS、SaaS 的完整的云服务系统,为各种漫衍式云营业和应用提供支持和运营环境,具备海量数据剖析和处置能力。区域云节点:功效架构与焦点云类似,中到大规模云基础设施,偏重于提供区域性云基础设施和服务,为区域性营业和应用提供支持和运营环境,按需知足区域性营业及平安、律例、治理需求。边缘云节点:在网络边缘、靠近用户和数据源的位置, 提供内陆化基础设施资源、数据处置能力、边缘应用和营业。面向差异营业场景、差异部署位置的边缘云节点,形状、能力、功效需求各异。

(2)漫衍式云治理系统:实现对漫衍式云节点的统一治理,包罗统一的资源治理、网元和应用治理、营业编 排、运营治理、服务治理、平安治理、研发支持、系统集 成治理、数据治理等。

漫衍式云偏重于云节点之间、边缘与焦点之间的协 同,能够提供比单一位置的盘算更厚实的营业和应用能力,适用于多种营业场景,其中,既包罗经典云盘算场景, 也包罗边缘盘算场景,还包罗边缘、焦点协同场景,涵盖 5G、IoT、AI、 平安、CORD、CDN、 云服务等各种营业场景。

七. 焦点手艺辨析雾盘算、MEC、Cloudlet、边缘盘算、漫衍式云等技 术都是在新的营业需求和手艺生长驱动下,融合“边缘” 理念与云盘算手艺的一种详细实现,简要辨析如表 1 所示, 其中主要差异在于:

(1)定位:雾盘算旨在构建一个系统,实现云到物的服务毗邻,与云协同运作;MEC 则被视为 5G 焦点关 键手艺;Cloudlet 是就近部署的微型数据中央;边缘盘算 旨在构建边缘的开放平台;漫衍式云则将经典焦点云、区域云与边缘云统一为一个整体。

(2)场景:雾盘算重点面向 IoT;MEC 主要 提供移动 RAN 应用方案;Cloudlet 在网络边缘实 现盘算能力卸载;边缘盘算主要面向 IoT 智能服务;漫衍式云则旨在涵盖多种场景。

(3)应用和数据:雾盘算、MEC、Cloudlet 偏重于提供面向应用的使能与运营支持环境,实现应用的自动化部署治理和营业提供;边缘盘算和漫衍式云除了对应用的支持外,还提供对多样化数据的网络、存储、处置、剖析、战略执行等能力,构建包罗数据内陆化处置和云端大数据处置的条理化协同系统(如表 1 所示)。

八. 展望整体而言,边缘盘算仍处于生长初期,在 Gartner 生长成熟度曲线上位于炒作巅峰,未来将迎来发作式增进。边缘盘算的焦点手艺主要包罗边缘节点(如路由器、交流机、基站、vCPE、数据中央等)、边缘网络、边缘治理系统、 边缘应用和服务等。其中,所涉及的硬件基础设施、软件手艺等大多已具备,但需凭证边缘盘算需求举行适配或优化,如边缘节点对盘算能力的支持,边缘节点的性能、可靠性和灾备,边缘盘算义务的智能调剂,异构边缘节点的统一治理,数据漫衍机制和一致性,边缘盘算网络架构和性能优化,大规模边缘应用和服务,边缘功效和手艺(如 数据细化、视频压缩和剖析等)等,这些都有待于进一步研究。

作者先容陈天,现就职于中国电信股份有限公司广东研究院,主要研究偏向为云盘算、SDN/NFV。

陈楠,博士,现就职于中国电信股份有限公司广东研究院,主要研究偏向为互联网、云盘算、IDC。

李阳春,博士,现就职于中国电信股份有限公司广东研究院,主要研究偏向为数据网络、 IPv6、SDN/NFV。

樊勇兵,博士,中国通讯学会高级会员,高级工程师,中国电信 IP 人才,现任全球云网OpenCirrus中国电信节点认真人,中国电信重点实验室——数据多媒体实验室认真人,中国电信数据网支持中央主要成员,耐久从事互联网研究,现在认真中国电信云盘算、IDC 等方面的事情。

参考文献

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