邊緣雲端計算簡介
去年底，中國電子技術標準化研究院、阿里雲等單位共同編制併發布了一份《邊緣雲端計算技術與標準化白皮書》，定義了邊緣雲端計算的概念和標準等，白皮書篇幅略長，邊緣計算社群將通過幾篇文章拆解白皮書。
邊緣計算概念
和雲計算出現的時候一樣，目前業界對邊緣計算（Edge Computing）的定義和說法有很多種。ISO/IEC JTC1/SC38對邊緣計算給出的定義：邊緣計算是一種將主要處理和資料儲存放在網路的邊緣節點的分散式計算形式。邊緣計算產業聯盟對邊緣計算的定義是指在靠近物或資料來源頭的網路邊緣側，融合網路、計算、儲存、應用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智慧服務，滿足行業數字化在敏捷連線、實時業務、資料優化、應用智慧、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。 國際標準組織 ETSI 的定義為在行動網路邊緣提供 IT 服務環境和計算能力，強調靠近移動使用者，以減少網路操作和服務交付的時延，提高使用者體驗。隨著5G 技術的逐步成熟，MEC（Multi-Access Edge Computing，也被稱為 Mobile Edge Computing ）作為 5G 的一項關鍵技術成為行業上下游生態合作伙伴們共同關注的熱點。目前，ETSI 對 MEC 的定義是指在網路邊緣為應用開放者和內容服務商提供所需的雲端計算功能和 IT服務環境。
上述邊緣計算的各種定義雖然表述上各有差異，但基本都在表達一個共識： 在更靠近終端的網路邊緣上提供服務。
從技術的角度看，“人聯網”時代“雲端二體協同”是一種基本的技術組合形態。而在“物聯網”時代，數以千億計的各種裝置將會聯網，大量的“攝像頭， 感測器”將會成為物聯網世界的眼睛，是“智慧化”服務的基礎。萬物互聯時代 的基本需求是“低時延，大頻寬，大連線，本地化”。 目前的“雲端二體協同計算”已經無法滿足“低時延，低成本”的需求。頻寬成本和傳輸時延都是個大問 題，需要引入邊緣計算來解決這個問題。所以，“雲邊端三體協同”是物聯網時代的計算組合形態，邊緣計算是物聯網時代不可或缺的基礎設施之一。邊緣計算逐步發展成為“全球覆蓋，無處不在”的通用基礎設施。未來邊緣計算和雲端計算是相輔相成，相互配合，邊緣計算的定位是拓展雲的邊界，能夠把計算力拓展到離“萬物”一公里以內的位置。將邊緣計算和雲端計算相結合，目前業界有很多嘗試，也是技術研究的一大熱點。
邊緣雲端計算概念
要定義邊緣雲端計算的概念，首先需要明確雲端計算的概念。現階段廣為接受的雲端計算定義是 ISO/IEC 17788《資訊科技雲端計算概覽與詞彙》 的定義：雲端計算是一種將可伸縮、彈性、共享的物理和虛擬資源池以按需自服務的方式供應和管理，並提供網路訪問的模式。雲端計算模式由關鍵特徵、雲端計算角色和活動、雲能力型別和雲服務類別、雲部署模型、雲端計算共同關注點組成。
但目前對雲端計算的概念都是基於集中式的資源管控來提出的，即使採用多個數據中心互聯互通形式，依然將所有的軟硬體資源視為統一的資源進行管理，調 度和售賣。隨著5G、物聯網時代的到來以及雲端計算應用的逐漸增加，集中式的雲已經無法滿足終端側“大連線，低時延，大頻寬”的雲資源需求。結合邊緣計算的概念，雲端計算將必然發展到下一個技術階段，就是將雲端計算的能力拓展至距 離終端更近的邊緣側，並通過雲邊端的統一管控實現雲端計算服務的下沉，提供端到端的雲服務，邊緣雲端計算的概念也隨之產生。
本文給出的邊緣雲端計算定義為： 邊緣雲端計算，簡稱邊緣雲，是基於雲端計算技術的核心和邊緣計算的能力，構築在邊緣基礎設施之上的雲端計算平臺。 形成邊緣位置的計算、網路、儲存、安全等能力全面的彈性雲平臺，並與中心雲和物聯網 終端形成“雲邊端三體協同” 的端到端的技術架構，通過將網路轉發、儲存、計算，智慧化資料分析等工作放在邊緣處理，降低響應時延、減輕雲端壓力、降 低頻寬成本，並提供全網排程、算力分發等雲服務。 邊緣雲端計算的基礎設施包括但不限於：分散式 IDC，運營商通訊網路邊緣基礎設施，邊緣側客戶節點（如邊緣閘道器，家庭閘道器等）等邊緣裝置及其對應的網路環境。
圖 1 表述了邊緣雲端計算的基本概念。邊緣雲作為中心雲的延伸，將雲的部分服務或者能力（包括但不限於儲存、計算、網路、AI、大資料、安全等）擴充套件到邊緣基礎設施之上。中心雲和邊緣雲相互配合，實現中心-邊緣協同、全網算力排程、全網統一管控等能力，真正實現“無處不在”的雲。
邊緣雲端計算本質上是基於雲端計算技術，為“萬物互聯”的終端提供低時延、 自組織、可定義、可排程、高安全、標準開放的分散式雲服務。
邊緣雲可以最大程度上與中心雲採用統一架構、統一介面、統一管理，這樣能夠最大程度地降低使用者開發和運維成本，真正實現將雲端計算的範疇拓展至距離資料來源產生更近的地方，彌補傳統架構的雲端計算在某些應用場景中的不足之處。
根據所選擇的邊緣雲端計算基礎設施的不同以及網路環境的差異，邊緣雲端計算 技術適用於以下一些場景：
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將雲的計算能力延展到離“萬物”10 公里的位置，例如將服務覆蓋到 “鄉鎮，街道級十公里範圍圈”的計算場景。
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“物聯網雲端計算平臺”能夠將雲的計算能力延展到“萬物”的身邊，可稱為“一公里範圍圈”，工廠、樓宇等都是這類覆蓋的計算場景。
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除了網路能夠覆蓋到的“十公里計算場景”和“一公里計算場景”，邊緣雲端計算還可以在網路無法覆蓋的地域，通常被稱之為“網路黑洞”的區域提供“邊緣雲端計算服務”，例如“山海洞天”（深山、遠海航船、 礦井、飛機）等需要計算的場景，在需要的時候將能夠處理的資料進行實時處理，聯網之後再與中心雲協同處理。
邊緣雲端計算服務應具備以下特點：
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全覆蓋：提供各種覆蓋場景的一站式邊緣計算服務和敏捷交付能力。
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彈性伸縮：按需購買，按量付費，實現業務的彈性伸縮需求，節省了自建所需的供應鏈管理、建設及資金投入成本。
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開放靈活：提供“標準開放”的邊緣雲端計算平臺，可方便與中心雲系統對接，按業務需求靈活部署各類應用。
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安全穩定：利用雲端計算核心技術積累構建安全穩定的邊緣雲端計算核心系統。
在使用邊緣雲端計算服務之後，使用者可以進一步擴充套件自身的應用，獲得以下收益：
1. 降低時延：邊緣雲端計算服務可以提供 5ms以下的終端訪問時延。
2. 業務本地化：採用雲邊端三體協同架構後，大量的處理響應在本地發生， 終端到雲的訪問頻次將減少 80%以上。
3. 降低成本：引入邊緣雲端計算後，計算、儲存、網路等成本可以節省 30% 以上。
4. 敏捷交付：採用邊緣雲端計算服務後，可以獲得“一分鐘敏捷交付”的能力。
5. 高安全：具備與傳統雲服務一體化的高安全能力，包括DDoS 清洗和黑洞防護能力、多租戶隔離、異常流量自動檢測和清洗、中心-邊緣安全管 控通道等。
6. 開放易用：包括開放的執行環境、靈活部署各類雲服務和應用、線上遠端管理、執行指標視覺化監控等。
綜上所述，邊緣雲端計算具備網路低時延、支援海量資料訪問、彈性基礎設施等特點。同時，空間距離的縮短帶來的好處不只是縮短了傳輸時延，還減少了複雜網路中各種路由轉發和網路裝置處理的時延。此外，由於網路鏈路爭搶的機率大大減小，能夠明顯降低整體時延。邊緣雲端計算給傳統雲中心增加了分散式能力，在邊緣側部署部分業務邏輯並完成相關的資料處理，可以大大緩解將資料傳回中心雲的壓力。邊緣雲端計算還能夠提供基於邊緣位置的計算、網路、儲存等彈性虛擬化的能力，並能夠真正實現“雲邊協同”。
邊緣計算與邊緣雲端計算的關係
傳統觀點認為，邊緣計算和傳統雲端計算是有一定的邊界的，在 ISO/IEC JTC1/SC38中，明確確定了邊緣層、本地層和雲層的界限，其應對的計算場景不同，在應用場景開拓上針對各自優勢體現出差異。
以“視訊場景”為例，收集影象、視訊、聲音等資料的感測器是智慧城市的感知“器官”。例如，交通系統中數以十萬、百萬計的視訊裝置需要 TB 級以上的頻寬連續上傳監控資料。目前的網路頻寬無法承載這樣的連續上傳，造成雲端計算的應用受到限制。當我們引入邊緣計算技術來處理上述問題時，由於邊緣基礎設施的差異性大，種類繁多，邊緣應用開發、部署、運營、維護都會面臨各種問題、困難和風險。
邊緣雲端計算能夠最大程度上與傳統雲端計算在架構、介面、管理等關鍵能力上實現統一，最終將邊緣裝置與雲進行整合，成為雲的一部分。邊緣雲端計算與傳統 雲端計算的關係，類似人類的“大腦”與遍佈全身的“神經系統”的關係，相輔相 成。為了讓“物理世界”更加智慧，邊緣雲端計算將神經系統從“雲”這個大腦開 始，層層前移，一觸到底，直達“物理世界”的每一個角落。通過將雲端計算的能 力進行拓展，邊緣雲端計算能夠深入到更多之前傳統雲端計算無法覆蓋的邊緣應用場景。
邊緣雲端計算還可以通過分佈在距離終端最近的基礎設施，為終端側資料來源提供具有針對性的算力。這些算力可以將部分資料處理終結在邊緣側，另外一部分則可以處理後再回傳至中心雲。這樣，邊緣雲端計算就提供了一種新的彈性算力資源，通過與中心雲的協同和配合，為終端提供滿足技術需求的雲端計算服務。
在上文提到的“視訊場景”中使用邊緣雲端計算不僅能夠解決 TB 級甚至更大 的視訊流低成本接入的問題，還可以提供豐富的計算能力（如CPU,GPU，FPGA 等）， 在邊緣完成視訊的分析和識別工作後再將結構化的資料快速傳遞迴中心雲（大腦）進行資訊融合。邊緣雲端計算不僅實現了“低時延，低成本”的協同，還能有效抵抗網路抖動等不穩定因素，提升系統整體的魯棒性。
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