邊緣計(jì)算和5G助力業(yè)務(wù)應(yīng)用

Keith Shaw 沈建苗

并非只有最前沿的應(yīng)用才能得益于邊緣計(jì)算和5G網(wǎng)絡(luò)。

在過(guò)去的十年間，云計(jì)算領(lǐng)域的進(jìn)展促進(jìn)了集中式的系統(tǒng)管理和運(yùn)營(yíng)方法，而移動(dòng)計(jì)算、SaaS和物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展則推動(dòng)計(jì)算界向分布式架構(gòu)發(fā)展。隨著5G和邊緣計(jì)算等技術(shù)的部署推廣，許多企業(yè)期望充分利用這兩種方法，同時(shí)提升應(yīng)用性能。

雖然5G和邊緣計(jì)算方面的炒作往往側(cè)重于機(jī)器人、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)和自動(dòng)駕駛汽車(chē)等領(lǐng)域的創(chuàng)新先進(jìn)應(yīng)用，但專(zhuān)家們表示，邊緣計(jì)算的好處不僅僅局限于這些應(yīng)用，它有望為IT專(zhuān)業(yè)人員提供更多的機(jī)會(huì)。

邊緣計(jì)算如何處理延遲？

在過(guò)去這十年，許多企業(yè)通過(guò)將資源集中在云提供商擁有的數(shù)據(jù)中心而得益于云計(jì)算，因?yàn)檫@節(jié)省了管理成本，還避免了內(nèi)部數(shù)據(jù)中心所需的資本支出。但是處理互聯(lián)網(wǎng)“邊緣”上的終端（比如物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備/傳感器和移動(dòng)設(shè)備）時(shí)，集中化帶來(lái)了性能問(wèn)題。

雖然如今的智能手機(jī)實(shí)際上是可塞入口袋的智能計(jì)算機(jī)，但它們?nèi)孕枰谠贫送瓿纱罅康奶幚砉ぷ鳌？突仿〈髮W(xué)的計(jì)算機(jī)科學(xué)教授Mahadev Satyanarayan問(wèn)道：“為什么不能把所有智能都放在終端？換句話(huà)說(shuō)，為什么你的智能手機(jī)就不能這么做？”

他說(shuō)：“答案是要進(jìn)行你想要完成的那種計(jì)算，就需要隨身攜帶比智能手機(jī)上多得多的計(jì)算資源。考慮一下智能手機(jī)上的視頻攝像頭，它極其輕盈。但如果想要用它進(jìn)行實(shí)時(shí)視頻分析，顯然無(wú)法借助如今手機(jī)上的計(jì)算芯片完成這項(xiàng)任務(wù)——你需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，這時(shí)問(wèn)題就開(kāi)始出現(xiàn)。”

解決方案就是在移動(dòng)計(jì)算中使用基于虛擬機(jī)的“小云”（cloudlet）——換句話(huà)說(shuō)，將微型數(shù)據(jù)中心放在靠近需要處理能力的網(wǎng)絡(luò)邊緣。2009年，在《IEEE普適計(jì)算》期刊上，Satyanarayanan與人合著的一篇頗有影響力的文章概述了這種解決方案。

Satyanarayanan解釋?zhuān)?G LTE網(wǎng)絡(luò)上，智能手機(jī)與蜂窩信號(hào)塔之間的信號(hào)往返時(shí)間平均約為12～15毫秒;如果受到老式系統(tǒng)及其他因素的影響，實(shí)際時(shí)間可能更長(zhǎng)。當(dāng)從智能手機(jī)向數(shù)據(jù)中心發(fā)信號(hào)時(shí)，這個(gè)過(guò)程可能需用時(shí)100～500毫秒，在一些情況下甚至需要整整1秒。Satyanarayanan稱(chēng)該延遲為“分布尾部”（tail of distribution），這對(duì)低延遲應(yīng)用而言是大問(wèn)題。

Satyanarayanan說(shuō)：“增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)等應(yīng)用中的用戶(hù)對(duì)尾部極其敏感。如果我讓你體驗(yàn)半小時(shí)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，哪怕有25分鐘的體驗(yàn)很贊，但你記住的只是5分鐘的糟糕體驗(yàn)。”

使邊緣計(jì)算頗具吸引力的正是可以在邊緣處縮減尾部。

5G連接

將智能移到邊緣這個(gè)概念三、四年前才真正流行開(kāi)來(lái)，當(dāng)時(shí)電信公司紛紛開(kāi)始制訂5G無(wú)線(xiàn)計(jì)劃，并認(rèn)識(shí)到5G的速度在最后一英里才有幫助。

還記得4G上數(shù)據(jù)與蜂窩信號(hào)塔之間來(lái)回的時(shí)間在12～15毫秒嗎？有了5G，供應(yīng)商稱(chēng)延遲時(shí)間僅為2～3毫秒，但是與邊遠(yuǎn)數(shù)據(jù)中心之間來(lái)回的時(shí)間仍可能需要至少100～500毫秒。Satyanarayanan說(shuō)：“如果你需要將數(shù)據(jù)一路傳回到千里之外的數(shù)據(jù)中心，即使最后一跳（hop）的延遲為零毫秒，那又有什么影響？”

IDC的邊緣戰(zhàn)略研究主任Dave McCarthy同意這一觀(guān)點(diǎn)。

他說(shuō)：“5G本身縮短了終端與移動(dòng)信號(hào)塔之間的網(wǎng)絡(luò)延遲，但并未解決到數(shù)據(jù)中心的距離，這對(duì)延遲敏感的應(yīng)用而言可能是大問(wèn)題。如果將邊緣計(jì)算部署到5G網(wǎng)絡(luò)中，可以盡量縮短這段實(shí)際距離，從而大大縮短響應(yīng)時(shí)間。”

他補(bǔ)充道，這使得邊緣計(jì)算對(duì)于部署推廣5G網(wǎng)絡(luò)和新的移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）服務(wù)至關(guān)重要。

專(zhuān)家們表示，認(rèn)識(shí)到邊緣計(jì)算與5G并非密不可分很重要。5G網(wǎng)絡(luò)絕對(duì)需要邊緣計(jì)算技術(shù)才能取得成功，而邊緣計(jì)算可以在不同的網(wǎng)絡(luò)上運(yùn)行，包括4G LTE、Wi-Fi及其他類(lèi)型的網(wǎng)絡(luò)。

邊緣計(jì)算和5G如何助力業(yè)務(wù)應(yīng)用？

在將5G速度與邊緣計(jì)算的處理能力結(jié)合起來(lái)后，專(zhuān)注于需要低延遲的應(yīng)用完全合情合理。這就是為什么早期使用場(chǎng)景往往涉及虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、人工智能和機(jī)器人，它們需要利用計(jì)算資源迅速做出決策。但是眾多業(yè)務(wù)應(yīng)用有望得益于邊緣計(jì)算和5G。

STL Partners的邊緣計(jì)算首席顧問(wèn)兼業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人Dalib Adib說(shuō)：“在本地邊緣，已經(jīng)有許多應(yīng)用有望‘遷移過(guò)去或充分利用移動(dòng)邊緣計(jì)算。使用場(chǎng)景方面有一個(gè)甜區(qū)，比如用到視頻、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的那些使用場(chǎng)景。”

專(zhuān)家們列舉了邊緣計(jì)算在企業(yè)的眾多使用場(chǎng)景，包括如下：

·? 制造、油氣和能源等行業(yè)擁有資本密集型資產(chǎn)的公司企業(yè)，使用5G和邊緣計(jì)算用于維護(hù)和維修活動(dòng)。這包括指導(dǎo)技術(shù)人員維修的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)應(yīng)用，以及將無(wú)人機(jī)用于鐵路、橋梁或樓宇的直觀(guān)檢查，利用先進(jìn)分析技術(shù)找出潛在的瑕疵或需要維護(hù)的部件。

·? 生產(chǎn)設(shè)施的實(shí)時(shí)流程優(yōu)化。由智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備生成的數(shù)據(jù)可以動(dòng)態(tài)調(diào)整校準(zhǔn)設(shè)置，從而提高成品率、減少瑕疵。

·? 基于狀態(tài)的監(jiān)測(cè)——使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器來(lái)檢查某個(gè)資產(chǎn)或機(jī)器上的特定參數(shù)，確保運(yùn)行正常。

·? 用于監(jiān)視的視頻分析，比如使用實(shí)時(shí)處理來(lái)確定進(jìn)入樓宇的人是員工還是訪(fǎng)客，并核實(shí)員工身份。

·? 視頻分析在緊急情況下為執(zhí)法部門(mén)的決策者提供實(shí)時(shí)建議。

·? 醫(yī)療保健行業(yè)的遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用——使用視頻和分析技術(shù)來(lái)診斷患者，或遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)患者。

Satyanarayanan預(yù)計(jì)，會(huì)開(kāi)發(fā)出旨在充分利用邊緣計(jì)算諸多優(yōu)點(diǎn)（比如低延遲和帶寬可擴(kuò)展性）的邊緣原生應(yīng)用。他表示，這類(lèi)應(yīng)用可能會(huì)進(jìn)一步推動(dòng)市場(chǎng)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)和邊緣計(jì)算的需求。

他與合著者在2019年的文章《邊緣原生應(yīng)用的重要作用》中寫(xiě)道：“增強(qiáng)人類(lèi)認(rèn)知能力的邊緣原生應(yīng)用是邊緣計(jì)算的潛在殺手級(jí)應(yīng)用。這些應(yīng)用可以實(shí)時(shí)改善人類(lèi)認(rèn)知能力的一些方面（比如任務(wù)處理、長(zhǎng)期記憶和人臉識(shí)別等）。如果充分利用邊緣計(jì)算，就可以將尺寸、體積、能耗和散熱都比用戶(hù)攜帶或佩戴的計(jì)算資源大得多的計(jì)算資源運(yùn)用于這種任務(wù)。”

邊緣計(jì)算進(jìn)一步的業(yè)務(wù)效益

專(zhuān)家們表示，邊緣計(jì)算除了低延遲優(yōu)勢(shì)外，還可以為企業(yè)帶來(lái)諸多優(yōu)勢(shì)，包括節(jié)省帶寬成本、更豐富的隱私選項(xiàng)、遵從法規(guī)以及為網(wǎng)絡(luò)連接不穩(wěn)定的情形提供支持。

在帶寬方面，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以在邊緣處理數(shù)據(jù)，然后僅將必要的數(shù)據(jù)發(fā)回到云服務(wù)器。設(shè)想一下：不將來(lái)自覆蓋樓宇或機(jī)場(chǎng)的100個(gè)視頻攝像頭的數(shù)據(jù)發(fā)送到中央云服務(wù)器進(jìn)行人臉識(shí)別或其他實(shí)時(shí)分析可以節(jié)省多少帶寬。

加強(qiáng)數(shù)據(jù)隱私是另一個(gè)好處。Satyanarayanan表示，在邊緣存儲(chǔ)和處理數(shù)據(jù)可防止數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程云服務(wù)器的過(guò)程中，不法分子可以通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)算法從數(shù)據(jù)流中提取個(gè)人信息。

IDC的McCarthy說(shuō)，此外，“在一些情況下，邊緣計(jì)算是一種遵守政府或行業(yè)法規(guī)的方法。比如說(shuō)，歐洲的《數(shù)據(jù)保護(hù)通用條例》（GDPR）規(guī)定了數(shù)據(jù)主權(quán)方面的要求，限制了可以在何處傳輸和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)。邊緣計(jì)算使企業(yè)可以對(duì)應(yīng)用軟件部署在何處擁有更大的控制權(quán)。”

邊緣計(jì)算還惠及在網(wǎng)絡(luò)連接不穩(wěn)定的情形下員工需要使用移動(dòng)應(yīng)用程序的公司。

McCarthy說(shuō)：“這在終端進(jìn)出覆蓋區(qū)域的行業(yè)很普遍，比如運(yùn)輸業(yè)、采礦業(yè)和農(nóng)業(yè)。通過(guò)在本地運(yùn)行應(yīng)用邏輯，功能可以保持持久性，生成的信息則可以在以后上傳到云或其他數(shù)據(jù)中心。”

其他例子包括自然災(zāi)害后的中斷或敵方會(huì)斷開(kāi)互聯(lián)網(wǎng)連接以干擾通信的軍事應(yīng)用。

最后，對(duì)于希望將計(jì)算資源從集中式專(zhuān)用設(shè)備移出去的企業(yè)而言，邊緣計(jì)算的靈活性和可擴(kuò)展性可能是一項(xiàng)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)。STL Partners的Adib說(shuō)：“這正是促使制造、物流倉(cāng)儲(chǔ)、零售、油氣和采礦等行業(yè)紛紛采用邊緣計(jì)算的原因。”

疫情因素

盡管有以上種種優(yōu)勢(shì)，企業(yè)仍可能將5G和邊緣計(jì)算視為次要技術(shù)。不過(guò)邊緣計(jì)算出現(xiàn)了另一個(gè)更直接的用途：它有助于支持因疫情封鎖或在家辦公命令而居家工作的員工。

許多企業(yè)繼續(xù)使用需要采用虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)（VDI）才能運(yùn)行的老式應(yīng)用程序或?qū)Ｓ械亩ㄖ栖浖S多這類(lèi)解決方案都需要員工在附近。

Satyanarayanan解釋道：“如果你在家工作，這種解決方案效果不佳。使用VDI基礎(chǔ)架構(gòu)，需要極短的延遲，需要將擊鍵操作和鼠標(biāo)移動(dòng)發(fā)送到基本上是遠(yuǎn)程桌面的地方。邊緣計(jì)算為所謂的EdgeVDI打開(kāi)了一扇門(mén)，可將虛擬機(jī)從企業(yè)內(nèi)部的私有數(shù)據(jù)中心移動(dòng)到邊緣處的設(shè)備。你會(huì)注意到，由于疫情，VDI業(yè)務(wù)迅猛增長(zhǎng)，就是這個(gè)原因。”

據(jù)IDC的McCarthy聲稱(chēng)，響應(yīng)不斷變化的工作模式，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）也在擁抱邊緣計(jì)算。

他說(shuō)：“更多的員工在辦公室時(shí)，那些辦公樓通過(guò)企業(yè)級(jí)技術(shù)連接到互聯(lián)網(wǎng)。現(xiàn)在由于改為在家工作，電纜公司及其他多系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)商在處理更龐大的負(fù)載。良好的邊緣策略可以讓企業(yè)在不同類(lèi)型的基礎(chǔ)架構(gòu)之間靈活地轉(zhuǎn)移工作負(fù)載，相比集中式方法可以為員工和客戶(hù)提供更好的服務(wù)。”

本文作者Keith Shaw是一名自由撰稿人，撰寫(xiě)IT文章方面有20多年的經(jīng)驗(yàn)。

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https：//www.computerworld.com/article/3573769/edge-computing-and-5g-give-business-apps-a-boost.html