邊緣云產品的應用與發展

劉建平

（云宏信息科技股份有限公司 廣東省廣州市 510642）

1 邊緣計算和邊緣云

隨著物聯網的發展、5G 的普及，以及產業應用需求的催生，邊緣計算的需求越來越多。如同云計算的發展從一個籠統的概念，逐漸演變成清晰的云計算的三個層次：IaaS、PaaS 和SaaS，邊緣計算也從一個籠統的概念演變成端計算和邊緣云計算兩個分支。

何為邊緣計算[1]，邊緣計算是指在靠近物或數據源頭的一側，采用網絡、計算、存儲、應用核心能力為一體的開放平臺，就近提供最近端服務。其應用程序在邊緣側發起，產生更快的網絡服務響應，滿足行業在實時業務、應用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求。邊緣計算處于物理實體和工業連接之間，或處于物理實體的頂端。而云端計算，仍然可以訪問邊緣計算的歷史數據。

最初邊緣計算是由于物聯網的普及，部署在邊緣測的設備具備一定的計算能力，并且可以通過網絡將計算的結果反饋到中心服務器，進行存儲或者進行更深一步的復雜計算，從而獲取到預設想要的結果。

近年來，隨著萬物互聯、數字孿生等應用普及，數字生活、智慧城市等建設支撐的產業發展，在更多的邊緣側有越來越豐富的物聯網設備產生更多的數據，需要具備更強的計算能力、更大的存儲能力來解決更復雜的問題。而5G 無線網絡的誕生和應用，為邊緣計算提供高帶寬、低時延的網絡能力，更進一步催生并豐富了邊緣云的產品形態。

2 5G MEC移動邊緣計算

5G 的設計理念中，就原生地包括了邊緣云的產品形態，在ETSI（歐洲電信標準化協會）的模型設計里，將此概念定義為MEC（Mobile Edge Computing，移動邊緣計算）。

MEC 主要是指通過在靠近網絡接入側部署通用服務器，從而提供 IT 服務環境以及云計算能力，旨在進一步減少時延，提升網絡運營效率、提高業務分發、傳送能力，優化、改善終端用戶體驗。具體模型如圖1。

從圖1 可以看到，MEC 模型已經用到云計算的關鍵核心技術——虛擬化技術，并且可以提供接口能力，讓MEC 設備可以被中心側的OSS 進行遠程接入管理。

圖1

在物聯網應用、5G 普及的支撐下，虛擬化技術與邊緣計算的深度結合與融合，是順應趨勢的，技術上是相生相長的，應用上是前景廣闊的。

根據邊緣云計算的技術性能及應用案例的實踐經驗來看，相對于端計算，邊緣云計算的業務具備以下基本特點[3]：

（1）邊緣應用對數據存儲容量的需求變大——如果將大量連接設備產生的越來越多的數據傳輸到位置比較集中的云服務上，需要超大帶寬和回傳容量。而邊緣計算和本地數據處理可以減少需要傳輸的數據量。

（2）數據需求邊界可以劃定，搭建規劃清晰，投入成本可控可調節——就帶寬問題而言，遠距離傳輸大量數據也會產生成本。此外，很多設備產生的大量數據可能無關業務，因此不需要傳輸到中心云進行處理。

（3）便于在地實時分析數據，提升數據治理應用能力與及時反饋能力——數據是數字經濟的基礎資產。要具備將數據轉換為實時分析和操作的能力，需要將處理和計算功能的位置轉移到更接近生成或使用數據的設備。

（4）適合自主安全的私有化部署——許多場景不適合將敏感數據離開現場或自有服務器。圍繞數據隱私的國家法律法規也是一個影響因素。

（5）減輕對網絡高時延的依賴，維持足夠的計算與存儲能力——雖然5G 比4G 時延更低，但要在遠距離和多跳網絡中實現極低時延會很困難。

（6）增大按需部署的多路徑數據通信彈性——邊緣云計算能比集中模式提供更多的通信路徑，這種分布可以更好的保障數據通信的彈性。

5G 的MEC 有兩種建設方式，一種是運營商建設和運營，部署在基站側。另一種是企業專網的模式，邊緣云由企業建設，運營商負責提供本地5G接入。后者主要是面向在地的大型機構，比如園區、港口、大型制造業工廠、醫院、體育或展館以及大型賣場。而前者則屬于運營商的一種新的業務模式，用來作為區別公有云以外的另外一種基礎架構資源租賃服務。

而這種租賃服務也有兩類受眾群體。一種是企業邊緣云資源租賃，如中小企業、分支機構、醫院分中心、中小學校，它們的業務和應用主要是圍繞著本地服務，沒有太多的流量需要通過互聯網跨城域傳輸，無疑5G 的MEC 可以提供更高質量的云資源服務能力。另外一種是云應用邊緣分發。比如：云游戲、AR/VR、SaaS 云服務，云應用服務提供商根據受眾群體的物理位置，動態地將服務下發到邊緣側，讓用戶能夠享受到更好的服務體驗。最典型的是云游戲，比如在某個社區突然流行起來，游戲服務商可以將該游戲的接入動態部署到該社區的5G MEC，能夠輕松滿足瞬時爆發的算力挑戰。這有點類似原來運營商提供的CDN 服務，只是CDN 服務是用于內容分發，相當于存儲的邊緣應用，而邊緣云提供的是計算能力的邊緣分發，適用的場景更多、能力更強。

誠然，5G MEC 并不是邊緣云應用的全部，邊緣云應用也并不一定就要和5G 搭配在一起。

在智能互聯時代，邊緣云除了上述算力邊緣分發以外，還涌現出更貼切邊緣云的應用場景，即時垂直應用的邊緣部署。

3 軍方的移動邊緣云

目前，軍方的信息化裝備建設有從原來集中式改為分布式的趨勢，即將信息化系統部署在裝備上，如戰車、軍艦等設備，讓信息化系統能跟隨作戰裝備移動，從而使整套系統更機動、更健壯，不會因為目標單一而容易被敵方所破壞。

正因此，業務系統部署要在移動裝備上，運行環境更為惡劣，硬件設備更容易出現故障。如果因為硬件設備故障導致業務系統不能運行，造成數據丟失，則完全無法體現出機動性的優勢。所以，通過云的能力將邊緣服務器進行池化是一個非常適用的選擇，通過云的高可用、可遷移性和數據多副本的特性，能夠保證在服務器出現一定的硬件故障時，業務也可正常運行。不僅如此，邊緣云系統具備零運維的特點，可以減少對專業工程師的現場依賴。因為軍方在執行任務的時候，不可能還隨裝備配給具備IT 技能的專業人士，所以，系統的零運維、自恢復是屬于必不可少的能力要求。

4 變電站、配電站的邊緣云

隨著國家電網建設的不斷推進，近幾年，電網提出“泛在電力物聯網”的概念。泛在電力物聯網（UEIOT;Ubiquitous Electric Internet of Things），就是圍繞電力系統各環節，充分應用移動互聯、人工智能等現代信息技術、先進通信技術，實現電力系統各環節萬物互聯、人機交互，具有狀態全面感知、信息高效處理、應用便捷靈活特征的智慧服務系統。

在此背景之下，電網網絡的變電站、配電站將逐漸物聯網化，它們工作的所有設備會產生大量的物聯網數據，需要邊緣云的能力來解決，實現設備和儀器的狀態實時感知，自動巡檢和AI 分析等應用可以獲取設備狀態數據，進行智能判斷、異常報警。這些報警和人工干預可以及時地上報到中心云，中心云的監控人員可以掌握所轄區域的所有變電站、配電站的情況。這就要求邊緣云可以做到分離部署到不同的物理位置，但又能將業務數據和邊緣云的管理能力集中到中心云，通過中心云進行遠程調度和維護。

5 看守所的邊緣云

如圖2所示，國家的智慧監獄信息化建設已經越來越普及，而看守所這種單體規模不如監獄，但是信息化要求又基本與監獄高度相似的機構，邊緣云的模式可以用低成本的建設，快速提升看守所的管理能力。看守所邊緣云部署的獨有特點：

圖2

5.1 平臺輕量穩定、避免單點故障

（1）系統分散在全省各看守所點邊緣部署，需要云平臺輕量穩定，不耗費過多的系統資源；

（2）云平臺本身架構可靠，保障業務高可用，不依賴單點故障。

5.2 全省統一監控、統一運維

（1）它是由公安系統全省統一建設，省里要統一監管；

（2）看守所的應用有大量的視頻數據要存儲；

（3）由于系統邊緣部署，但是需要能對各邊緣站點的資源能夠統一管理和運維，可以通過云平臺納管全省各邊緣站點的資源情況；

（4）業務軟件可通過模板方式從省里統一下發，遠程快速安裝。

5.3 數據統一備份

（1）各看守所的業務系統和數據通過公安專網統一備份到省級云平臺，支持全量和增量備份；

（2）備份數據可快速回復到故障的邊緣節點。

6 垂直領域邊緣云的發展趨勢

除了上述幾個應用案例，在各行各業還有非常多類似的應用，都是屬于某一個應用的垂直場景，大體都具備單個點規模不大、總體邊緣節點非常多、物理位置非常分散的特點。歸納起來，它們對邊緣云的功能要求除了基本的計算、存儲能力以外，還有以下一些需求特點：

（1）要支持分離部署、集中管理、統一監控、遠程升級。

（2）一個邊緣云有多種業務混合，每種業務對資源的要求會有進一步的細分，有要求低時延的應用，也有要求大存儲的應用。

（3）現場不具備專業人員對設備進行操作和維護，要求邊緣云具備現場零運維、自修復的能力。

（4）業務相對穩定、固定，要求在特定的環境下能保證業務的可持續性和數據的安全性。

（5）總體規模不大，對邊緣云系統架構要求精簡，系統消耗資源盡可能的少、建設成本要低、部署要便捷、建設周期要短。

（6）在國內信創的大背景下，建設方還有可能要求邊緣云運行在國產服務器上，比如鯤鵬、飛騰或龍芯服務器。

（7）建設內容通常是國家的基礎設施環境的，對邊緣云有安全要求，需要滿足等保測評，具備一定的安全、容災和備份能力。

所以，我們相信，在未來的信息化建設中，邊緣云將會有更多的應用場景，它不再是大云的一個補充，而是云計算的另外一種重要的產品形態，并且與人工智能、大數據、物理網、區塊鏈等多種技術不斷融合，實現更多的技術創新，支撐更多、更強大、更智能的業務和應用。