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深入探索边缘计算:物联网和5G时代的技术趋势

发布时间:2019-10-09 来源:金属加工

随着物联网规模的快速增长,集中式的数据存储、处理模式将面临难解的瓶颈和压力,此时在靠近数据产生的网络边缘提供数据处理的能力和服务,将是推动ICT产业发展的下一个重要驱动力。

边缘计算(Edge Computing)的概念由此而生。边缘计算成为新兴万物互联应用的支撑平台,目前已是大势所趋。本文旨在介绍边缘计算与云计算的关系、基本特点和属性、参考架构、主要应用场景,以及在5G通信中的作用。

一、边缘计算与云计算形成互补关系

根据欧洲电信标准协会(ETSI)的定义,多接入边缘计算是在靠近人、物或数据源头的网络边缘侧,通过融合了网络、计算、存储、应用等核心能力的开放平台,就近提供边缘智能服务,来满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。它可以作为联接物理和数字世界的桥梁,使能智能资产、智能网关、智能系统和智能服务。

图:边缘计算成为物理世界和数字世界间的重要桥梁

在有了云计算的同时,为什么还需要边缘计算?主要存在以下几点原因:1) 网络带宽与计算吞吐量均成为云计算的性能瓶颈:2) 物联网时代数据量激增,对数据安全提出更高的要求:3) 终端设备产生海量“小数据”,需要实时处理。

如果说“云计算”所能实现的是大而全的话,那么“边缘计算”更多则是“小而美”,从数据源头入手,以“实时、快捷”的方式完成与“云计算”的应用互补。比较两者,云计算聚焦非实时、长周期数据的大数据分析,能够为业务决策支撑提供依据;边缘计算则聚焦实时、短周期数据的分析,能更好地支撑本地业务的实时智能化处理与执行。

二、边缘计算的基本特点与属性

参考边缘计算联盟(ECC)与工业互联网联盟(AII)在2018年底发布的白皮书中对边缘计算的定义,作为连接物理世界与数字世界间的桥梁,边缘计算具有联接性、约束性、分布性、融合性和数据第一入口等基本特点与属性。

联接性:联接性是边缘计算的基础。所联接物理对象的多样性及应用场景的多样性,需要边缘计算具备丰富的联接功能。联接性需要充分借鉴吸收网络领域先进研究成果,同时还要考虑与现有各种工业总线的互联、互通、互操作。

数据第一入口:边缘计算作为物理世界到数字世界的桥梁,是数据的第一入口,拥有大量、实时、完整的数据,可基于数据全生命周期进行管理与价值创造,将更好的支撑预测性维护、资产管理与效率提升等创新应用;同时,作为数据第一入口,边缘计算也面临数据实时性、确定性、完整性、准确性、多样性等挑战。

约束性:边缘计算产品需适配工业现场相对恶劣的工作条件与运行环境。在工业互联场景下,对边缘计算设备的功耗、成本、空间也有较高的要求。边缘计算产品需要考虑通过软硬件集成与优化,以适配各种条件约束,支撑行业数字化多样性场景。

分布性:边缘计算实际部署天然具备分布式特征。这要求边缘计算支持分布式计算与存储、实现分布式资源的动态调度与统一管理、支撑分布式智能、具备分布式安全等能力。

融合性:OT与ICT的融合是行业数字化转型的重要基础。边缘计算作为“OICT”融合与协同的关键承载,需要支持在联接、数据、管理、控制、应用、安全等方面的协同。

总体而言,云计算聚焦非实时、长周期数据的大数据分析,能够为业务决策支撑提供依据;边缘计算则聚焦实时、短周期数据的分析,能更好地支撑本地业务的实时智能化处理与执行。下面将介绍边缘计算联盟提出的边缘计算参考架构和边缘计算的主要应用场景。

三、边云协同总体参考架构

为了支撑上述边云协同能力与内涵,需要相应的参考架构与关键技术。参考架构需要考虑下述因素:连接能力、信息特征、以及资源约束性。

根据上述考量,边云协同的总体参考架构应该包括下述模块与能力:(1)边缘侧:基础设施能力、边缘平台能力、管理与安全能力、应用与服务能力。(2)云端:平台能力、边缘开发测试云。

图:边云协同总体参考架构

四、边缘计算主要应用场景

从细分价值市场的维度,边缘计算主要分为三类:电信运营商边缘计算、企业与物联网边缘计算、工业边缘计算。

围绕上述三类边缘计算,业界主要的ICT、OT、OTT、电信运营商等玩家纷纷基于自身的优势构建相关能力,布局边缘计算,形成了当前主要的六种边缘计算的业务形态:物联网边缘计算、工业边缘计算、智慧家庭边缘计算、广域接入网络边缘计算、边缘云以及多接入边缘计算(MEC)。

图:边缘计算分类及主要业务形态

物联网边缘计算主要由电信运营商、ICT厂商、OT 厂商提供, 典型的解决方案如华为EC-IoT, 思科Fo g Computing,SAP Leonardo IoT Edge等。

工业边缘计算主要由OT厂商提供,典型的解决方案如西门子Industrial Edge、和利时HoliEdge等。

智慧家庭边缘计算主要围绕智慧家庭网络、智慧家居、智慧家庭安防等场景,使能家庭内的网络、家电、家具等智能化,改进和提升用户体验,深度挖掘并匹配家庭客户需求与价值。

广域接入网络边缘计算主要为企业客户提供灵活弹性的广域网络接入能力(WAN),自动识别区分企业客户的不同业务流,并自动匹配相应的服务质量保障(QoS);同时支持按需的网络增值业务自动化部署。

边缘云主要是由公有云服务商提供,一般作为其云服务在边缘侧的延伸,同时具备实时响应、离线运行等能力,从而延伸云服务的覆盖领域和范围。

多接入边缘计算(MEC)提供了一个新的生态和价值链。MEC使能电信运营商可以在网络边缘分流业务;向第三方应用及服务开放边缘网络能力。

图:欧洲电信标准协会关于多接入边缘计算(MEC)的标准进度

五、边缘计算在5G通信中的作用

5G时代的多元化应用催生了边缘计算的快速发展,传统的数据中心将向边缘侧延伸,边缘计算将加速ICT融合落地。

5G通信时代中边缘计算的第一个重要作用是通过部署边缘计算服务器满足催生的边缘侧增量需求。

图:5G时代的边缘化应用催生了边缘侧增量需求

在万物互联的5G智能化时代,如果仅采用中心云计算模式(中心云),已经不能满足高效地处理网络边缘端所产生的海量数据。因此分布在网络边缘端,提供实时数据处理、分析决策的小规模云数据中心的边缘云和边缘计算服务器显得尤其重要。

5G通信时代中边缘计算的第二个重要作用是通过新的网络拓扑架构——核心网下沉和边缘数据中心满足5G超低时延、大带宽和海量连接的需求。

图:5G三大应用场景中,超低时延、大带宽和海量连接均需要边缘计算

边缘计算的第三大重要作用是通过部署边缘云和多接入边缘计算快速带动这些重要应用领域的发展。

边缘计算具有聚焦实时、短周期数据的分析能力,能更好地支撑本地业务的实时智能化处理与执行。作为数据的第一入口能够实时、安全、高效地处理工业自动化中的低延时数据处理要求,是能够同时满足5G和智能制造发展需求的关键核心技术。


文章来源:财联社

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