边缘云产品的应用与发展

2022-03-21版权声明我要投稿

  摘要:本文首先阐述了边缘计算和边缘云的相关概念,并通过分析不同的业务场景对边缘云的技术要求,探讨了边缘云产品未来的发展趋势。

  关键词:边缘计算;边缘云;5G MEC;

  随着物联网的发展、5G的普及,以及产业应用需求的催生,边缘计算的需求越来越多。如同云计算的发展从一个笼统的概念,逐渐演变成清晰的云计算的三个层次:Iaa S、Paa S和Saa S,边缘计算也从一个笼统的概念演变成端计算和边缘云计算两个分支。

  何为边缘计算[1],边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧,采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台,就近提供最近端服务。其应用程序在边缘侧发起,产生更快的网络服务响应,满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。边缘计算处于物理实体和工业连接之间,或处于物理实体的顶端。而云端计算,仍然可以访问边缘计算的历史数据。

  最初边缘计算是由于物联网的普及,部署在边缘测的设备具备一定的计算能力,并且可以通过网络将计算的结果反馈到中心服务器,进行存储或者进行更深一步的复杂计算,从而获取到预设想要的结果。

  近年来,随着万物互联、数字孪生等应用普及,数字生活、智慧城市等建设支撑的产业发展,在更多的边缘侧有越来越丰富的物联网设备产生更多的数据,需要具备更强的计算能力、更大的存储能力来解决更复杂的问题。而5G无线网络的诞生和应用,为边缘计算提供高带宽、低时延的网络能力,更进一步催生并丰富了边缘云的产品形态。

2 5G MEC移动边缘计算

  5G的设计理念中,就原生地包括了边缘云的产品形态,在ETSI(欧洲电信标准化协会)的模型设计里,将此概念定义为MEC(Mobile Edge Computing,移动边缘计算)。

  MEC主要是指通过在靠近网络接入侧部署通用服务器,从而提供IT服务环境以及云计算能力,旨在进一步减少时延,提升网络运营效率、提高业务分发、传送能力,优化、改善终端用户体验。具体模型如图1。

  从图1可以看到,MEC模型已经用到云计算的关键核心技术——虚拟化技术,并且可以提供接口能力,让MEC设备可以被中心侧的OSS进行远程接入管理。

  在物联网应用、5G普及的支撑下,虚拟化技术与边缘计算的深度结合与融合,是顺应趋势的,技术上是相生相长的,应用上是前景广阔的。

  根据边缘云计算的技术性能及应用案例的实践经验来看,相对于端计算,边缘云计算的业务具备以下基本特点[3]:

  (1)边缘应用对数据存储容量的需求变大——如果将大量连接设备产生的越来越多的数据传输到位置比较集中的云服务上,需要超大带宽和回传容量。而边缘计算和本地数据处理可以减少需要传输的数据量。

  (2)数据需求边界可以划定,搭建规划清晰,投入成本可控可调节——就带宽问题而言,远距离传输大量数据也会产生成本。此外,很多设备产生的大量数据可能无关业务,因此不需要传输到中心云进行处理。

  (3)便于在地实时分析数据,提升数据治理应用能力与及时反馈能力——数据是数字经济的基础资产。要具备将数据转换为实时分析和操作的能力,需要将处理和计算功能的位置转移到更接近生成或使用数据的设备。

  (4)适合自主安全的私有化部署——许多场景不适合将敏感数据离开现场或自有服务器。围绕数据隐私的国家法律法规也是一个影响因素。

  (5)减轻对网络高时延的依赖,维持足够的计算与存储能力——虽然5G比4G时延更低,但要在远距离和多跳网络中实现极低时延会很困难。

  (6)增大按需部署的多路径数据通信弹性——边缘云计算能比集中模式提供更多的通信路径,这种分布可以更好的保障数据通信的弹性。

  5G的MEC有两种建设方式,一种是运营商建设和运营,部署在基站侧。另一种是企业专网的模式,边缘云由企业建设,运营商负责提供本地5G接入。后者主要是面向在地的大型机构,比如园区、港口、大型制造业工厂、医院、体育或展馆以及大型卖场。而前者则属于运营商的一种新的业务模式,用来作为区别公有云以外的另外一种基础架构资源租赁服务。

  而这种租赁服务也有两类受众群体。一种是企业边缘云资源租赁,如中小企业、分支机构、医院分中心、中小学校,它们的业务和应用主要是围绕着本地服务,没有太多的流量需要通过互联网跨城域传输,无疑5G的MEC可以提供更高质量的云资源服务能力。另外一种是云应用边缘分发。比如:云游戏、AR/VR、Saa S云服务,云应用服务提供商根据受众群体的物理位置,动态地将服务下发到边缘侧,让用户能够享受到更好的服务体验。最典型的是云游戏,比如在某个社区突然流行起来,游戏服务商可以将该游戏的接入动态部署到该社区的5G MEC,能够轻松满足瞬时爆发的算力挑战。这有点类似原来运营商提供的CDN服务,只是CDN服务是用于内容分发,相当于存储的边缘应用,而边缘云提供的是计算能力的边缘分发,适用的场景更多、能力更强。

  诚然,5G MEC并不是边缘云应用的全部,边缘云应用也并不一定就要和5G搭配在一起。

  在智能互联时代,边缘云除了上述算力边缘分发以外,还涌现出更贴切边缘云的应用场景,即时垂直应用的边缘部署。

3 军方的移动边缘云

  目前,军方的信息化装备建设有从原来集中式改为分布式的趋势,即将信息化系统部署在装备上,如战车、军舰等设备,让信息化系统能跟随作战装备移动,从而使整套系统更机动、更健壮,不会因为目标单一而容易被敌方所破坏。

  正因此,业务系统部署要在移动装备上,运行环境更为恶劣,硬件设备更容易出现故障。如果因为硬件设备故障导致业务系统不能运行,造成数据丢失,则完全无法体现出机动性的优势。所以,通过云的能力将边缘服务器进行池化是一个非常适用的选择,通过云的高可用、可迁移性和数据多副本的特性,能够保证在服务器出现一定的硬件故障时,业务也可正常运行。不仅如此,边缘云系统具备零运维的特点,可以减少对专业工程师的现场依赖。因为军方在执行任务的时候,不可能还随装备配给具备IT技能的专业人士,所以,系统的零运维、自恢复是属于必不可少的能力要求。

4 变电站、配电站的边缘云

  随着国家电网建设的不断推进,近几年,电网提出“泛在电力物联网”的概念。泛在电力物联网(UEIOT;Ubiquitous Electric Internet of Things),就是围绕电力系统各环节,充分应用移动互联、人工智能等现代信息技术、先进通信技术,实现电力系统各环节万物互联、人机交互,具有状态全面感知、信息高效处理、应用便捷灵活特征的智慧服务系统。

  在此背景之下,电网网络的变电站、配电站将逐渐物联网化,它们工作的所有设备会产生大量的物联网数据,需要边缘云的能力来解决,实现设备和仪器的状态实时感知,自动巡检和AI分析等应用可以获取设备状态数据,进行智能判断、异常报警。这些报警和人工干预可以及时地上报到中心云,中心云的监控人员可以掌握所辖区域的所有变电站、配电站的情况。这就要求边缘云可以做到分离部署到不同的物理位置,但又能将业务数据和边缘云的管理能力集中到中心云,通过中心云进行远程调度和维护。

5 看守所的边缘云

  如图2所示,国家的智慧监狱信息化建设已经越来越普及,而看守所这种单体规模不如监狱,但是信息化要求又基本与监狱高度相似的机构,边缘云的模式可以用低成本的建设,快速提升看守所的管理能力。看守所边缘云部署的独有特点:

  5.1 平台轻量稳定、避免单点故障

  (1)系统分散在全省各看守所点边缘部署,需要云平台轻量稳定,不耗费过多的系统资源;

  (2)云平台本身架构可靠,保障业务高可用,不依赖单点故障。

  5.2 全省统一监控、统一运维

  (1)它是由公安系统全省统一建设,省里要统一监管;

  (2)看守所的应用有大量的视频数据要存储;

  (3)由于系统边缘部署,但是需要能对各边缘站点的资源能够统一管理和运维,可以通过云平台纳管全省各边缘站点的资源情况;

  (4)业务软件可通过模板方式从省里统一下发,远程快速安装。

  5.3 数据统一备份

  (1)各看守所的业务系统和数据通过公安专网统一备份到省级云平台,支持全量和增量备份;

  (2)备份数据可快速回复到故障的边缘节点。

6 垂直领域边缘云的发展趋势

  除了上述几个应用案例,在各行各业还有非常多类似的应用,都是属于某一个应用的垂直场景,大体都具备单个点规模不大、总体边缘节点非常多、物理位置非常分散的特点。归纳起来,它们对边缘云的功能要求除了基本的计算、存储能力以外,还有以下一些需求特点:

  (1)要支持分离部署、集中管理、统一监控、远程升级。

  (2)一个边缘云有多种业务混合,每种业务对资源的要求会有进一步的细分,有要求低时延的应用,也有要求大存储的应用。

  (3)现场不具备专业人员对设备进行操作和维护,要求边缘云具备现场零运维、自修复的能力。

  (4)业务相对稳定、固定,要求在特定的环境下能保证业务的可持续性和数据的安全性。

  (5)总体规模不大,对边缘云系统架构要求精简,系统消耗资源尽可能的少、建设成本要低、部署要便捷、建设周期要短。

  (6)在国内信创的大背景下,建设方还有可能要求边缘云运行在国产服务器上,比如鲲鹏、飞腾或龙芯服务器。

  (7)建设内容通常是国家的基础设施环境的,对边缘云有安全要求,需要满足等保测评,具备一定的安全、容灾和备份能力。

  所以,我们相信,在未来的信息化建设中,边缘云将会有更多的应用场景,它不再是大云的一个补充,而是云计算的另外一种重要的产品形态,并且与人工智能、大数据、物理网、区块链等多种技术不断融合,实现更多的技术创新,支撑更多、更强大、更智能的业务和应用。

参考文献

  [1] 边缘计算词条.百度百科.

  [2]ETSI GS MEC 0010-2 Multi-access Edge Computing(MEC);MEC Management;Part 2:Application lifecycle, rules and requirements management、边缘计算标准组织ETSI MEC ISG.

  [3] 5G时代的边缘计算:中国的技术和市场发展、GSMA.

作者:刘建平 单位:云宏信息科技股份有限公司

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