本文選自最近人民郵電出版社新書《從云端到邊緣：邊緣計算的產業鏈與行業應用》第一章第二節“5G時代的邊緣計算”，作者吳冬升，5G產業技術聯盟車聯網專委會主任委員，現任高新興科技集團股份有限公司高級副總裁。

5G時代的邊緣計算

1.

移動邊緣計算概念

MEC概念最初于2013年提出，可利用無線接入網絡就近提供電信用戶所需IT服務和云端計算功能，創造一個具備高性能、低時延與高帶寬的電信級服務環境，加速網絡中各項內容、服務及應用的下載，讓消費者享有不間斷的、高質量的網絡體驗。IBM與Nokia Siemens在2013年共同推出了一個計算平臺，可在無線基站內部運行應用程序，向移動用戶提供業務。

MEC一方面可以改善用戶體驗，節省帶寬資源，另一方面通過將計算能力下沉到移動邊緣計算節點，可以集成第三方應用，為移動邊緣入口的服務創新提供無限可能。移動網絡和移動應用的無縫結合，將為應對各種OTT（Over The Top）應用提供有力武器。

ETSI于2014年成立移動邊緣計算規范工作組（Mobile Edge Computing Industry Specification Group），正式宣布推動移動邊緣計算標準化工作。其基本思想是把云計算平臺從移動核心網絡內部遷移到移動接入網邊緣，實現計算及存儲資源的彈性利用。這一概念將傳統電信蜂窩網絡與互聯網業務進行了深度融合，旨在減少移動業務交付的端到端時延，發掘無線網絡的潛在能力，從而提升用戶體驗，給電信運營商的運作模式帶來全新變革。

移動邊緣計算設備所應具備的一些特性包括NFV（Network Functions Virtualization網絡功能虛擬化）、SDN（Software Defined Network，軟件定義網絡）、邊緣計算存儲、高帶寬、綠色節能等。這些設備源于數據中心技術，但某些需求（如可靠性和通信帶寬等）又高于數據中心。

無論5G網絡采用CRAN（Centralized/Cloud Radio Access Network，集中化/云化無線接入網）架構或者DRAN（Distributed Radio Access Network，分布式無線接入網）架構，都將引入移動邊緣計算。5G網絡通過UPF（User Plane Function，用戶面功能）在網絡邊緣的靈活部署，實現數據流量本地卸載。5G UPF受5G核心網控制面統一管理，其分流策略由5G核心網統一配置。5G網絡還通過引入3種業務與會話連續性模式來支持邊緣計算，保證終端高移動性場景下的用戶體驗，如車聯網場景等。

5G網絡能力開放支持將網絡能力開放給邊緣應用。邊緣計算體系中已經定義了無線網絡信息服務、位置服務、QoS服務等API，這些API封裝后，將通過邊緣計算PaaS（Platform as a Service，平臺即服務）平臺開放給應用。用戶面網元的靈活下沉部署使5G網絡可以靈活地接入邊緣計算資源，促進邊緣計算的發展。同時，邊緣計算為5G低時延、大帶寬、大連接的典型業務提供了重要的技術基礎。

2016年，ETSI把MEC的概念擴展為多接入邊緣計算（MultiAccess Edge Computing），將邊緣計算從電信蜂窩網絡進一步延伸至其他無線接入網絡（如WiFi）。MEC可以看作一個運行在移動網絡邊緣的、運行特定任務的云服務器。

MEC將密集型計算任務遷移到附近的網絡邊緣服務器，可降低核心網和傳輸網的擁塞，減小負擔，緩解網絡帶寬壓力，實現低時延，帶來高帶寬，提高萬物互聯時代的數據處理效率，快速響應用戶請求并提升服務質量。同時通過網絡能力開放，應用能實時調用訪問網絡信息，有助于用戶體驗的提升。

多接入邊緣計算可以滿足5G新業務需求，首先是應用本地化，園區、企業、場館等自己的數據在本地閉環，實現數據不出場，滿足數據安全要求；其次是內容分布化，將高帶寬內容從中心到區域分布式部署，網聯汽車、智能駕駛等大量數據分流在MEC邊緣云進行實時分析和協同，避免核心網帶寬限制；最后是計算邊緣化，新型超低時延業務在邊緣才能滿足業務訴求，MEC App靠近用戶部署，縮短數據到中心云處理的時間，滿足業務低時延要求。

2.

移動邊緣計算體系架構

MEC分主機級和系統級兩個層次，其中MEC系統級包含MEC編排器、OSS

（Operations Support System，操作支持系統）、應用生命周期管理代理，主機級包含MEC主機和MEC主機級管理器，如圖1所示。

圖1 ETSI定義的MEC體系架構

MEC主機由虛擬化基礎設施、MEC平臺、MEC應用組成，其中MEC平臺為MEC應用發現和使用提供內部或外部服務的環境，并通過對第三方MEC應用的開放，加強網絡與業務的深度融合。

MEC主機級管理器包含MEC平臺管理器和虛擬化基礎設施管理器。隨著 5G和垂直行業的深度融合，網絡需要接入更多設備、處理海量數據、滿足低時延業務需求，傳統核心網集中式部署模式已不能滿足新業務需求，網絡隨業務流向邊緣遷移已是產業趨勢。

5G網絡原生采用云化建設，更加輕盈和靈活，以中心DC（大區中心機房）、區域DC（省層面機房）、核心DC（本地網核心機房）、邊緣DC（本地網匯聚機房）、接入局房DC、基站機房為基礎架構的分層DC化機房布局模式成為各運營商傳統機房改造和演進的共同路線。MEC系統級管理器需要協調不同MEC主機之間以及主機與5G核心網之間的操作（如選擇主機、應用遷移、策略交互等），一般部署在區域DC或者中心DC。

通常所說的MEC部署主要針對MEC系統的主機級部分，MEC對低時延業務的支持能力以及對流量和計算分流的能力，使其在 5G的三大業務場景中都有用武之地，三大業務場景及不同應用、不同用戶對時延、帶寬和計算分流的要求不相同，對應MEC的部署要求也不盡相同。

MEC主機應以業務為導向按需部署，并與UPF的下沉和分布式部署相互協同。在實際組網中，根據對操作性、性能或安全的相關需求，MEC可以靈活地部署在從基站附近到中央數據網絡的不同位置。但是不管如何部署，都需要由UPF來控制流量指向MEC應用或指向網絡。

3.??

邊緣計算和云計算

云計算是一種利用互聯網實現隨時隨地、按需、便捷地使用共享計算設施、存儲設備、應用程序等資源的計算模式。云計算系統由云平臺、云存儲、云終端、云安全4個基本部分組成。

云平臺從用戶的角度可分為公有云、私有云、混合云等。如果云的服務對象是社會上的客戶，該云就是公有云。而一個云如果只為單位（企業或機構）自己使用，該云就是私有云。如果一個云，既為單位自己使用，也對外開放資源服務，該云就是混合云。兩個或多個私有云的聯合也叫混合云。

云計算從提供服務的層次可分為IaaS（Infrastructure as a Service，基礎設施即服務）、PaaS和SaaS（Software as a Service，軟件即服務）。

云計算最為顯著的特點是采用虛擬化技術，突破了時間、空間界限。虛擬化技術包括應用虛擬和資源虛擬兩種。云計算支持用戶在任意位置、使用各種終端獲取應用服務。用戶并不需要關注具體的硬件實體，只需要選擇一家云服務商，注冊一個賬號，登錄它們的云控制臺，去購買和配置需要的服務（如云服務器、云存儲、內容分發網絡等），再為需要的應用做一些簡單的配置，就可以讓自己的應用對外服務了。這比傳統在企業的數據中心部署一套應用要簡單、方便得多，而且可以隨時隨地通過自己的 PC（Personal Computer，個人計算機）或移動設備來控制資源，像云服務商為每一個用戶都提供了一個互聯網數據中心一樣。

云計算還具有以下優點：

云計算支持動態可擴展。云計算具有高效的計算能力，在原有服務器的基礎上增加云計算功能能夠使計算速度迅速提高。基于云服務的應用可以對外提供7×24小時的服務，云的規模可以動態伸縮，來滿足應用和用戶規模增長的需要。而資源動態流轉意昧著在云計算平臺下實現資源調度機制后，資源可以流轉到需要的地方。例如，在系統業務負載高的情況下，可以啟動閑置資源，納入系統中，提高整個云平臺的承載能力，而在整個系統業務負載低的情況下，可以將業務集中起來，將其他閑置的資源轉入節能模式，從而在提高部分資源利用率的情況下，達到綠色、低碳的應用效果。

云計算支持按需部署。計算機包含許多應用、程序軟件等，不同的應用對應的數據資源庫不同。云計算平臺通過虛擬分拆技術，可以實現計算資源的同構化和可度量化，可以提供小到一臺計算機、多到干臺計算機的計算能力，根據用戶的需求快速分配計算能力及資源。在云計算平臺實現按需分配后，按量計費也成為云計算平臺向外提供服務時的有效收費形式。用戶可以根據自己的需要來購買服務，甚至可以按使用量來進行精確計費。這能大大節省IT成本，而資源的整體利用率也將得到明顯改善。

云計算可靠性高。云計算可以實現基礎資源的網絡冗余，這意昧著添加、刪除、修改云計算環境的任一資源節點，或任一資源節點異常容機，都不會導致云環境中各類業務的中斷，也不會導致用戶數據的丟失。這里的資源節點可以是計算節點、存儲節點和網絡節點。因為云計算一般會采用數據多副本容錯、計算節點同構可互換等措施來保障服務的高可靠性，單點服務器出現故障可以通過虛擬化技術對分布在不同物理服務器上的應用進行恢復或利用動態擴展功能部署新的服務器進行計算。

云計算可應對安全威脅。網絡安全已經成為所有企業或個人必須面對的問題，企業的IT團隊或個人很難應對那些來自網絡的惡意攻擊，而使用云服務則可以借助更專業的安全團隊來有效降低安全風險。

當然云計算除了以上優點外，也面臨諸多挑戰。

首先是實時性，傳感器接收到數據以后，云計算需要通過網絡將數據傳輸到數據中心，數據經過分析和處理后再由網絡反饋到終端設備，這樣數據來回傳輸就造成了較高的時延；其次云計算對帶寬的要求也越來越高，例如在公共安全領域，每一個高清攝像頭需要2Mbit/s的帶寬來傳輸視頻，這樣一個攝像頭一天就可以產生超過10GB的數據，如果這樣的數據全部傳輸到數據中心進行分析和存儲，帶寬消耗將非常大；然后是能耗，現在數據中心的能耗在業界已經占據了非常高的比例，國家也不斷對數據中心的能耗指標做出要求；最后是數據安全和隱私，數據經由網絡上傳到云端經歷了眾多環節，每個環節數據都有可能被泄露。

邊緣計算則可以完美地解決以上諸多問題，在網絡邊緣就可以完成對數據的分析和處理，數據甚至都不必上傳至云端，大幅縮短數據傳輸時間，減輕通信網絡的帶寬壓力，數據在邊緣處理和存儲也更加高效、安全。

實際上，云計算與邊緣計算的關系更像大腦與神經中樞、神經元的關系，大腦即云計算中心，神經中樞與神經元則代表下沉到不同程度的邊緣計算。傳感器從邊緣設備對數據進行初始采集，到邊緣層對一部分數據進行實時處理，再傳輸到核心層進行深度的計算和分析，最后將分析結果反饋到邊緣，對邊緣智能進行優化和完善。兩者構成了一套完整的系統，云計算負責對全局性、非實時、長周期的數據進行處理與分析，在長周期維護、業務決策支撐等領域發揮優勢，而邊緣計算根據特定的需求對局部性、實時、短周期的數據進行處理與分析，能更好地支撐本地業務的實時智能化決策與執行。

4.??

邊緣計算和云邊協同

云邊協同可實現中心云與邊緣側的協同，包括資源協同、數據協同、智能協同、應用管理協同、業務管理協同、服務協同、安全策略協同等多種協同。

邊緣計算是云計算的協同和補充，兩者并非替代關系。邊緣計算與云計算只有通過緊密協同才能更好地滿足各種場景的需求，從而放大邊緣計算和云計算各自的應用價值。邊緣計算靠近執行單元，也是云端所需高價值數據的采集和初步處理單元，可以更好地支撐云端應用。反之，云計算通過大數據分析優化輸出的業務規則或模型并下發到邊緣側，

邊緣計算基于新的業務規則或模型運行。云邊協同將放大邊緣計算與云計算的應用價值。邊緣計算服務于云計算，云計算通過為邊緣側提供更新來實現反哺，兩者相輔相成，形成一個閉環。以物聯網為例，云計算與邊緣計算相互協同，可以獲取更大的效益。數據是物聯網中最為重要的資源之一，數據處理水平對物聯網的發展具有限制作用。從數據產生的角度來看，物聯網中設備眾多，所采集的數據無論是種類還是數量都很多，數據傳輸和處理對于傳輸網絡和算力網絡都是一種挑戰。在缺少邊緣計算的情況下，數據需要全部上傳到云端進行處理，在這種情況下，云端面臨的壓力十分巨大。

通過云邊協同，邊緣計算節點能完成自己管轄范圍內的數據計算和存儲工作，這對分擔云計算壓力起到積極作用。在數據應用上，大部分數據并非一次性數據，數據經過邊緣計算節點處理后仍要匯聚到中心云，在中心云進行進一步的處理。云計算在進行數據分析和挖掘、數據共享的同時會進行算法模型的訓練和升級，并將結果傳輸到前端，前端設備得以升級和更新，完成自主學習閉環。數據傳輸到中心云后，會進行備份以避免邊緣計算節點出現意外而造成數據丟失的情況。在云邊協同下，物聯網實現自主學習閉環，達到最佳的效益。

云邊協同涉及IaaS、PaaS、SaaS各層面的全面協同。邊緣計算IaaS與云端IaaS可實現對網絡、虛擬化資源、安全等的資源協同；邊緣計算PaaS與云端PaaS可實現數據協同、智能協同、應用管理協同、業務管理協同等；邊緣計算SaaS與云端SaaS可實現服務協同。云邊協同的內涵如圖2所示。

（1）資源協同:邊緣計算節點提供計算、存儲、網絡、虛擬化等基礎設施資源，具有本地資源調度管理能力，同時可與云端協同，接受并執行云端資源調度管理策略，包括邊緣計算節點的設備管理、資源管理以及網絡連接管理。其中計算資源協同指的是在邊緣云資源不足的情況下，可以調用中心云的資源進行補充，并滿足邊緣側應用對資源的需要，中心云可以提供的資源包括裸機、虛擬機和容器等；網絡資源協同指的是邊緣側與中心云的連接網絡可能存在多條，在距離最近的網絡發生擁塞的時候，網絡控制器可以進行感知，并將流量引入較為空閑的鏈路上，而控制器通常部署在中心云上，網絡探針部署在云的邊緣；存儲資源協同指的是當邊緣云中的存儲不足時，將一部分數據存儲到中心云，在應用需要的時候通過網絡將其傳輸至客戶端，從而節省邊緣側的存儲資源。

圖2 云邊協同的內涵

（2）數據協同:邊緣計算節點主要負責現場/終端數據的采集，按照規則或數據模型對數據進行初步的處理與分析，并將處理結果以及相關數據上傳到云端；云端提供海量數據的存儲、分析與價值挖掘。邊緣與云的數據協同，支持數據在邊緣與云之間可控、有序地流動，形成完整的數據流轉路徑，高效、低成本地對數據進行生命周期管理與價值挖掘。

（3）智能協同:邊緣計算節點按照AI（Artificial Intelligence，人工智能）模型執行推理，實現分布式智能；云端開展AI的集中式模型訓練，并將模型下發至邊緣計算節點。

（4）應用管理協同:邊緣計算節點提供應用部署與運行環境，并對本節點多個應用的生命周期進行管理和調度；云端主要提供應用開發、測試環境，以及應用的生命周期管理能力，包括應用的推送、安裝、卸載、更新、監控及日志等。

（5）業務管理協同:邊緣計算節點主要提供模塊化、微服務化的應用/數字孿生/網絡等實例；云端主要提供按照客戶需求實現應用/數字孿生/網絡等的業務編排能力，按需為客戶提供相關網絡增值業務。

（6）服務協同:邊緣計算節點按照云端策略實現部分邊緣計算SaaS，通過邊緣計算SaaS與云端SaaS的協同實現面向客戶的按需SaaS；云端主要提供SaaS在云端和邊緣計算節點的服務分布策略，以及云端承擔的SaaS能力。

除此之外，還存在安全策略協同。邊緣計算節點提供了部分安全策略，包括接入端的防火墻、安全組等，而中心云提供了更為完善的安全策略，包括流量清洗、流量分析等。在安全策略協同的過程中，中心云若發現某個邊緣云存在惡意流量，可以對其進行阻斷，防止惡意流量在整個邊緣云平臺中擴散。

MEC在組網上與傳統網絡的本質區別是控制面與用戶面的分離，一般控制面集中部署在云端，用戶面根據不同的業務需求下沉到接入側或區域匯聚側。用戶面下沉的同時，根據業務具體需要可以將云服務環境、計算、存儲、網絡等資源部署到網絡邊緣側，實現各類應用和網絡更緊密的結合，用戶也將獲取更為豐富的網絡資源和業務服務。

云邊協同能夠更好地支撐強調視頻、圖像辨識處理或者對網絡低時延、高帶寬要求苛刻的各類新應用場景業務的實現，如自動駕駛、無人機、AR/VR、智慧城市等，支撐運營商逐漸從管道提供商轉變為產業整合商，最終成為業務提供商；同時客戶利用云邊協同能力，能夠根據網絡邊緣側更加詳細的無線網絡條件對各項指標進行優化，利用運營商提供的豐富的邊緣資源實現業務定制化開發，從而大幅提升業務性能，最終實現商業價值。

5.??

邊緣計算和網絡切片

3GPP從R14開始進行網絡切片的研究。網絡切片是提供特定網絡能力的、端到端的邏輯專用網絡，通過在同一個物理網絡上構建端到端、按需定制和隔離的邏輯網絡，提供不同的功能、性能、成本、連接關系的組合，支持獨立運維，為不同的業務和用戶群提供差異化的網絡服務。這樣一來，就將原本QoS的“業務類別/業務特性”二維擴充成了“網絡切片/業務類別/業務特性”三維，同時解決了行業用戶對網絡的安全隔離和獨立運維的要求。借助網絡切片端到端的設計、監控和保障，可以實現對網絡SLA（Service Level Agreement，服務等級協定）的可保障服務，不會因為公共網絡資源競爭方式影響業務質量，滿足行業用戶對通信可靠性的要求。

網絡切片能夠實現按需定制、端到端保障、安全隔離，是由5G諸多關鍵技術支撐的。SBA（Serviced Based Architecture，服務化架構）:基于SDN/NFV的核心網SBA 架構實現了軟硬件解相、網元功能解相，使核心網具備極大的靈活性和彈性，縮短了新業務上線的時間，降低了成本。要實現網絡切片，NFV是先決條件。

NFV是將網絡中專用設備的軟硬件功能如核心網中的MME（Mobility Management Enitity，移動管理節點）、SGW（Serving GateWay，服務網關）、PGW（PNDGateWay，PDN網關）和PCRF（Policyand Charging Rule Function，策略和計費規則功能），無線接入網中的數字單元等）轉移到VMs（Virtual Machines，虛擬主機）上。

這些虛擬主機是基于行業標準實現的商用服務器，低成本且安裝簡便。簡單地說，就是用基于行業標準的服務器、存儲和網絡設備來取代網絡中專用的網元設備。網絡經過功能虛擬化后，無線接入網部分叫邊緣云（Edge Cloud），而核心網部分叫核心云（Core Cloud）。邊緣云中的VMs和核心云中的VMs通過SDN互聯互通。

CPUS（Control and User Plane Separation，控制面與用戶面分離）:目的是讓網絡用戶面功能擺脫“中心化”的方式，使其既可靈活部署于核心網（中心數據中心），又可部署于接入網（邊緣數據中心），最終實現分布式部署。網絡切片結合CUPS，可以靈活地進行分流，實現不同的組網性能和滿足不同的安全隔離要求。

CU/DU（Centralized Unit/Distributed Unit，中心單元/分布式單元）分離:NGRAN在架構上的功能，將BBU（Building Baseband Unit，基帶處理單元）重構為CU和DU，以對處理內容的實時性進行區分。CU/DU分離對網絡切片來說，提供了一種滿足不同組網性能的方式，可有效降低前傳的帶寬需求；RANCU內部的移動性不可見，從而降低CN的信令開銷和復雜度；采用CU控制協議和安全協議集中化后，CU的出現更有利于NFV架構實現Cloud RAN，擴展了RAN側的功能。

NG-RAN資源保障:接入網提供靈活的資源保障機制，包括基于5QI（5GQoSIdentifier，5GQoS識別碼）的調度、基于DRB（Data Resource Bearer，終端與基站之間的數據承載）的接納控制和基于PRB（Physical Resource Block，物理資源模塊）的物理資源比例保障、頻譜隔離、AAU（Active Antenna Unit，有源天線單元）隔離等多種方式，提供不同的業務資源隔離和硬件隔離的組合，滿足不同安全和業務質量保障的需求。

傳輸網切片支持:利用VPN（Virtual Private Network，虛擬專用網絡）技術實現軟隔離，業務流量在虛擬網絡中傳輸；QoS技術通過流量監管和流量整形應對網絡擁塞等實現不同業務的差分服務，通過“VPN+QoS”可以實現傳輸網的軟切片。FlexE技術在承載設備的MAC（MediumAccessControl，介質訪問控制）層和P日Y（PhysicalLayer，物理層）之間定義一個FlexEshim子層，對物理端口帶寬進行基于時間片的切分，劃分出若干個子通道端口，把這些子通道端口切片劃分到不同的網絡切片，通過硬件的時隙復用將各個切片之間的業務在轉發層面上完全隔離，實現傳輸網硬切片。

網絡切片端到端編排與管理:引入CSMF（Communication Service Management Function，通信服務管理功能）、NSMF（Network Slice Management Function，網絡切片管理功能）、NSSMF（Network Slice Subnet Management Function，網絡切片子網絡管理功能）等幾個管理功能。CSMF接收用戶的通信服務需求，并將之轉化為對網絡切片的需求，向NSMF下發；NSMF將對網絡切片的需求轉化為核心網、接入網、承載網的切片需求，并下發至各子網的NSSMF；各NSSMF將需求轉化為對網絡服務的要求，下發給各子網的NFVO（NFVOrchestrator，NFV編排器）/SDNO（SDNOrchestrator，SDN編排器）/EMS（Element Management System，網元管理系統），并由其進行資源檢查和切片創建，實現網絡切片的端到端編排和生命周期管理。

由于5G網絡需要服務各種類型和需求的設備，如果為每一種服務建一個專有網絡，成本很高。而利用網絡切片技術運營商可以基于一個硬件基礎設施切分出多個虛擬的端到端網絡，每個網絡切片從設備到接入網到傳輸網再到核心網在邏輯上隔離，可滿足各種類型服務的不同特征需求，保證從核心網到接入網，包括終端等環節，能動態、實時、有效地分配網絡資源，從而保證質量、時延、速度、帶寬等。

移動邊緣計算的業務感知功能與網絡切片技術在一定程度上是相似的。移動邊緣計算的主要技術特征之一為低時延，這就使得移動邊緣計算可以支持對時延要求較為苛刻的業務類型，也意昧著移動邊緣計算是超低時延切片中的關鍵技術。隨著移動邊緣計算的應用，網絡切片技術將由單純地切分出多個虛擬的端到端網絡擴充到為不同高要求的時延切分出虛擬的端到端網絡。

網絡切片中采用的SDN技術也會反過來助力移動邊緣計算。SDN的設計理念是將網絡的控制面和數據面分離。在傳統網絡構架中采用硬件方式，使得數據面和控制面集成在一起，通過命令行來實現控制。因為功能集成在一起，所以配置部署較為煩瑣且對維護人員要求較高。

此外，就設備本身而言，部署完成后系統改裝難度高，且發生問題時排查難度大，會在維護上造成不便。SDN ?就是在這一背景下出現的革新網絡技術，包含3層結構:網絡基礎設施層、控制層和應用層。網絡基礎設施層數據面的轉發交由專用交換機運作，在降低交換機設計難度和提高數據寬帶的同時，促使網絡成本降低。控制策略的轉發則在控制層完成，策略可集中運行在通用的服務器上，通過改變控制面即可實現對網絡部署的改變，操作上具有簡便性。

對于不同業務和應用的支持，則是應用層提供支援，其通過提供開放API，實現資源的靈活調配。SDN的技術理念與邊緣計算有相似之處，將SDN技術導入邊緣計算，可實現百萬級別海量設備的接入與靈活擴張，從而使自動化運維管理進入高效、低成本的模式，實現網絡與安全的策略協同與融合。

6.?

邊緣計算和SD-WAN

SD-WAN（Software Defined Wide Area Network，軟件定義廣域網）是將SDN技術應用到廣域網場景中所形成的一種服務，這種服務用于連接廣闊地理范圍的企業網絡、數據中心、互聯網應用及云服務。

SD-WAN具有如下典型特點。

（1）接口“通吃”，負載均衡:站在分公司的角度來看，SD-WAN不再強制只允許使用MPLS（Multi Protocol Label Switching，多協議標簽交換），而是可以允許MPLS、xSDL（Digital Subscriber Line，數字用戶線路）、PON（Passive Optical Network，無源光網絡）光纖寬帶、LTE（Long Term Evolution，長期演進），甚至5G等多種連接類型。CPE（Customer Premises Equipment，用戶駐地設備）可以支持多種接口的綁定，從而變成一個接口資源池。借助軟件能力，某些設備商的CPE可以識別上干種應用的等級，并提供不同的服務質量。這樣一來，企業用戶對MPLS專線的依賴大大降低，普通光纖寬帶和4G也能派上用場。用戶的帶寬利用率提升了，流量成本也隨之下降。

（2）自主選擇最佳路徑:廣域網技術的關鍵在于路徑選擇。對于不同的分公司，SD-WAN可以根據現有網絡情況和配置策略，自主選擇最佳路徑。SD-WAN還具備負載均衡的能力，以此來增強網絡的可靠性。其實在運營商網絡里，還有很多PoP（Point of Presence，入網點）幫助解決跨運營商之間的鏈路擁塞和負荷問題。

（3）部署簡單，秒速完成:在評價SD-WAN的部署速度時會用到ZTP（ZeroTouchProvisioning，零接觸部署），簡單來說就是即插即用。除了CPE上電后自動獲取配置之外，還可以用掃碼或郵件部署的方式完成配置。以郵件部署方式為例，在部署SD-WAN時，總部的IT工程師只需要提前配置好數據，然后將配置好的數據通過郵件的方式發給分公司的某個員工，該員工即可通過鏈接，完成設備的配置，非常方便和快捷，不再需要專業IT人士到場進行配置和安裝。

（4）自管自控，智能運維:SD-WAN具有SDN的基因，所以在網絡的管理上擁有先天的優勢。所有SD-WAN的管理平臺都是圖形可視化的。管理員通過網管界面可以清楚地看到SD-WAN的運行情況，并及時對出現的問題進行處理。這就大大降低了維護的難度，也縮短了故障的處理時間。

SD-WAN與邊緣計算可以通過兩種主要方式進行協同工作:SD-WAN可以將流量路由到邊緣資源；SD-WAN可以和邊緣計算共享基礎架構。

SD-WAN服務可以選擇性地將應用程序流量定向到提供最佳可用服務的資源，目的地可以包括現場或附近邊緣設施中的資源。路由到邊緣流量的SDWAN服務可以使位于多個相距較遠區域的多個位置的企業受益。每個區域可能在一個或兩個位置具有邊緣計算資源，SD-WAN可以將流量適當地引向它們。

使用邊緣計算基礎架構可以托管基于虛擬設備或網絡功能虛擬化的SD-WAN服務。

反過來，通用的客戶端設備或其他SD-WAN分支設備可以滿足邊緣計算服務的需求。SD-WAN與邊緣計算協同工作，一方面提升鏈路資源的綜合利用率，降低流量成本，使得普通鏈路也能達到專線的網絡帶寬；另一方面通過集中式的網絡策略配置和最佳路徑的自動選擇，實現負載均衡，保證網絡質量。同時，兩者可以將基礎網絡功能通過軟件化實現，達到軟硬件解相，為網絡服務的快速部署提供途徑。

SD-WAN與邊緣計算通過協同工作，可以實現對SD-WAN服務的端到端控制，支撐企業客戶按需快速構建廣域接入網絡:一方面提供了豐富的網絡管理的 ?API，便于全方位管控，增強客戶體驗；另一方面運營商可以集成各種增值服務，收益從管道轉向軟件與服務。

SD-WAN與邊緣計算協同工作還能夠幫助企業客戶節約網絡部署、維護、升級等成本，更便利地定制及靈活調整廣域網絡，并通過集中式的管控和NFV功能的應用使得網絡質量得到很好的保障。

7.??

邊緣計算和CDN

傳統CDN（Content Delivery Network，內容分發網絡）技術注重緩存，其基本思路是盡可能避開互聯網上有可能影響數據傳輸速度和穩定性的瓶頸和環節，使內容傳輸得更快、更穩定。通過在網絡各處放置節點服務器，在現有的互聯網基礎之上構造一層智能虛擬網絡，CDN系統能夠實時地根據網絡流量和各節點的連接、負載狀況以及到用戶的距離和響應時間等綜合信息將用戶的請求重新導向離用戶最近的服務節點上。其目的是使用戶就近取得所需內容，解決網絡擁擠的狀況，提高用戶訪問網站的響應速度。這種邊緣化的設計使在線內容的分發或傳輸得到優化，進而提高網絡效率和用戶體驗。在互聯網時代，互聯網上的任何內容都可以通過CDN提供，包括數據流里的圖像、文件下載、直播等。

在“云計算 +物聯網”時代，由于數據大量爆發，需要傳輸的數據將會呈指數級增長，對于整個網絡的承載將會是一個極大的考驗。從傳統CDN運作模式看，終端所產生的數據需要回溯到中心云進行處理，而在傳輸海量數據的情況下，將出現使用成本和技術實現這兩個較為突出的問題。首先傳統CDN使用費一直居高不下，其中最主要的原因是資費收取不夠靈活，無法實現按需收取，而技術問題則表現在帶寬上。以移動網為例，傳統CDN系統一般部署在省級IDC機房，而非移動網絡內部，因此，數據需要通過較長的傳輸路徑才能到達數據中心。另外，目前OTT廠家已經部署了很多CDN節點，但CDN節點主要部署在固網內部，移動用戶訪問視頻業務均需要通過核心網后端實現，為運營商的網絡資源傳輸帶寬帶來很大的挑戰。尤其在流媒體、AR、VR等應用爆發的情形下，大流量數據將對傳輸網造成較大的沖擊，數據傳輸等問題會日益突出。從客觀因素看，傳統CDN已不能滿足“云計算+物聯網”時代海量數據的存儲、計算及交互需求。

傳統CDN和邊緣計算有著本質區別，如表1所示。邊緣計算的典型架構中包括能力開放系統及邊緣云基礎設施，這使得邊緣計算擁有開放API能力以及本地化計算能力，而這些恰恰是傳統CDN所欠缺的。傳統CDN的核心是借助緩存數據來實現節點傳輸數據能力的提升，而邊緣計算則是利用靠近數據源的邊緣來對數據進行分類。傳統CDN是將數據回溯到數據中心進行處理，而邊緣計算不需要。邊緣計算可利用自身資源對數據進行處理，實現為云計算中心減負的目的，也能有效地減少兩者之間的數據流量，減少對傳輸網絡的沖擊。

傳統CDN和邊緣計算部分資源可復用。傳統CDN與邊緣計算都是為了給用戶創造更快的響應速度和更好的用戶體驗而構建的體系，盡可能地靠近數據源實現傳輸能力的有效提升。無論是傳統CDN還是邊緣計算，都可以提供存儲服務。為實現快速響應目標，兩者的部署方式具有相似的地方，都需要靠近網絡邊緣，因而帶寬資源可實現復用。

CDN將以“邊緣云+AI”的新形式發展。為了實現快速響應需求，使服務能力、服務狀態和服務質量更加透明，CDN將以“邊緣云+AI”的新形式進行迭代。通過將CDN ?節點部署到移動網絡內部，可有效緩解傳統網絡的壓力，并且提升用戶體驗，而這一目標的實現則需要運用邊緣云將vCDN（virtual Content Delivery Network，虛擬內容分發網絡）下沉到運營商的邊緣數據中心。基于云邊協同構建CDN，不僅可以在IDC的基礎上擴大CDN資源池，還可以有效地利用邊緣云進一步提升CDN節點滿足資源彈性伸縮的能力。

CDN云邊協同適用于“本地化+熱點內容”頻繁請求的場景，適用于商超、住宅、辦公樓宇、校園等。對于近期熱點視頻和內容，可能出現本地化頻繁請求，通過一次遠端內容回溯本地建立vCDN節點。本地區內多次請求熱點內容均可從本地節點分發，提高命中率，降低響應時延，提升QoS指標。同理，還可將此類過程應用于4K、8K、AR、VR、3D等場景，快速建立本地化場景和環境，同時提高用戶體驗，避免用戶有眩暈感和出現時延卡頓。

表1? 傳統CDN與邊緣計算對比

8 .?

邊緣計算和物聯網

物聯網指通過各類有線/無線、實時/非實時接口，各種行業通信協議，使傳統的“物”接入互聯網并實現“物”之間的互聯、互通、互操作，支撐互聯網對“物”的狀態、信息的感知及信息的后續處理。各種有線/無線、實時/非實時接口及通信協議是物聯網的關鍵支撐。無線接入的機會主要來自設備地理分布離散的市場，如智慧城市、車聯網、智慧交通與物流、智慧健康等；有線接入的機會主要來自設備地理分布相對集中的市場，如智能園區、智能制造等。

大量物聯網場景由于業務局限在小范圍內，所有采用短距離通信的物聯網終端、傳感器等節點均需要通過網關等樞紐類設備進行回傳才能到達云計算中心，這些樞紐設備就成為邊緣計算運行的“天然”載體。

而LPWAN（Low Power Wide Area Network，低功耗廣域網）是為廣泛分布、免維護、低頻小包數據傳輸場景服務，存在基于授權頻譜和非授權頻譜的技術。其中NBIoT（Narrow Band Internet of Things，窄帶物聯網）基于授權頻譜和蜂窩網絡，可直接部署于GSM（Global System for Mobile Communications，全球移動通信系統）網絡、UMTS（Universal Mobile Telecommunications System，通用移動通信系統）網絡、LTE網絡和5G網絡。

LoRa（Long Range Radio，遠距離無線電）基于非授權頻譜，它最大的特點之一就是在同樣的功耗條件下比其他無線方式傳播的距離更遠（它在同樣的功耗下比傳統的無線射頻通信距離擴大3～5倍），實現了低功耗和遠距離傳播的統一。無論是基于授權頻譜還是基于非授權頻譜的技術，LPWAN的無線接入網或基站側可以作為數據計算、處理的初步場所，形成邊緣智能的載體，這也是移動邊緣計算的組成部分。

除常見的無線通信之外，一些特殊場景會采用有線通信連接，或自身所在行業的通信協議，如工業場景中最為流行的Modbus、日ART、PROFIBUS等協議，以滿足工業現場數據傳輸的需求。在這些場景中通信協議更為復雜和碎片化，大量數據需要在現場進行處理后直接執行操作，且回傳至云計算中心前也需要中樞類設備進行協議轉換，這些中樞類設備也稱為邊緣計算的載體。

當然，不存在一種網絡技術標準可以同時滿足各種距離和不同網絡性能的要求。5G網絡具有很強的包容性，融合了大量不同的通信技術標準，但依然難以滿足所有物聯網應用的通信要求。完整的物聯網解決方案往往會采用多種網絡通信技術來面對復雜環境，保障業務的連續性。

例如，一個園區解決方案中針對園區工廠生產環節采用工業通信方式，而針對樓宇節能管理采用ZigBee、藍牙等短距離通信技術，針對園區各類資產管理采用LPWAN技術。當需要一個園區整體解決方案時，所有的數據均需匯集到一個平臺上，而在匯集到平臺之前，通過各類通信技術連接的終端和傳感器節點數據之間存在的差異，在靠近數據源的位置部署邊緣計算節點很有意義。另外，根據IHS的數據，當前有80%以上的連接是非IP類連接，需要網關等邊緣設備與IP類連接進行數據交互。

不同物聯網通信技術之間實現兼容性，需要中間設備、平臺以及相關軟件技術進行翻譯。這中間不少工作就放在邊緣側進行，利用邊緣側嵌入式終端的存儲、計算、通信能力，實現異構通信技術的數據融合。各類通信協議數據回傳途中，均有相應的軟硬件節點作為數據的樞紐，而這個樞紐構成天然的邊緣計算部署載體。因此，物聯網形成異構網絡的場景直接驅動邊緣計算的發展。

9.??

邊緣計算和區塊鏈

區塊鏈是一個共享數據庫，存儲于其中的數據或信息，具有“不可偽造”“全程留痕”“可以追溯”“公開透明”“集體維護”等特征。基于這些特征，區塊鏈技術奠定了堅實的“信任”基礎，創造了可靠的“合作”機制，具有廣闊的應用前景。

區塊鏈技術具有分布式處理、數據防篡改、多方共識等技術特征，實現去中心化的信任建立、保存和傳遞能力。分布式是技術基礎，防篡改可保證數據的完整性和可靠性，透明性和多方共識可保證數據的可驗性和可信性。去中心化信任是區塊鏈技術特征的自然結果，確保數據能夠高效、透明、安全、可信地存儲和傳遞。

物聯網終端設備有限的計算能力和可用耗能是制約區塊鏈應用發展的重要瓶頸，而邊緣計算恰好可以解決這一問題。移動邊緣計算服務器可以替終端設備完成工作量證明、加密和達成可能性共識等計算任務。另外，邊緣計算與區塊鏈融合能提高物聯設備整體效能。以物聯網設備為例，一方面邊緣計算可以充當物聯設備的“局部大腦”，存儲和處理同一場景中不同物聯設備傳回的數據，并優化和修正各種設備的工作狀態和路徑，從而實現場景整體應用最優；另一方面，物聯終端設備可以將數據“寄存”到邊緣計算服務器，并在區塊鏈技術的幫助下保證數據的可靠性和安全性，同時為將來物聯設備按服務收費等多種發展方式提供可能。

邊緣計算可以為區塊鏈服務提供資源和網絡能力。區塊鏈平臺和應用可以部署在邊緣計算平臺上，為各種行業應用提供區塊鏈服務。在資源層面，邊緣計算平臺為區塊鏈節點的部署提供新的選擇，區塊鏈可以與業務應用共用邊緣計算節點資源，減少云端資源開銷，區塊鏈節點和應用以軟件形式快速部署在邊緣計算節點和邊緣云上，具有部署效率高等優勢；在通信層面，由于邊緣計算平臺靠近用戶側，相比將數據傳輸到云端，降低了通信時延，從用戶角度來看，邊緣計算傳播路徑更加可控，還可以采取優化策略，將經常使用的賬本數據、賬戶狀態等數據、業務數據緩存在邊緣計算節點中，提高通信效率，降低數據傳輸時延；在能力層面，移動邊緣計算平臺集成運營商網絡能力，部署在邊緣計算節點的區塊鏈應用可調用運營商面向垂直行業開放的能力，從而形成“信息+信任”特色區塊鏈服務。

反過來，區塊鏈為邊緣計算提供可靠的信任機制。在邊緣計算中引入區塊鏈服務能夠實現不同產業之間的協同，為垂直行業提供中立、可信、易用的“信息+信任”平臺，具體優勢如下。

可以賦能安全:邊緣計算基礎設施、數據轉發設備、邊緣計算平臺等靠近用戶部署，設備、配置、數據、應用等完整性和真實性面臨巨大挑戰，而在“端一邊一網一云”架構下分散的各方，也有互訪的需求，區塊鏈可以幫助建立邊緣計算系統的完整保障和防偽存證，也可以幫助“端一邊一網一云”各方實現去中心化認證。

可以賦能協同:運營商網絡原有的架構，甚至包括5G新架構，采用逐級集中、骨干網互聯互通的模式，不同的邊緣計算節點之間難以有效協同，“端一邊一網一云”各方之間無法協同取證，借助疊加在邊緣計算節點上的區塊鏈服務，可打通不同邊緣之間、“端一邊一網一云”各方之間的孤島，實現信息互通，產生跨網協同效應。

可以賦能共享:邊緣計算節點為運營于其上的各方服務和第三方應用提供計算、網絡和存儲資源，終端、數據、功能也可以作為共享資源，開放給多個應用使用，這些資源都可以統一通過邊緣計算平臺上承載的區塊鏈應用進行交互，以充分發揮其價值。

END

感謝閱讀，以上內容出自：

《從云端到邊緣：邊緣計算的產業鏈與行業應用》

一本由點及面全景解讀邊緣計算的圖書

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內容簡介

本書在介紹5G時代邊緣計算內涵和核心技術的基礎上，分析了邊緣計算產業鏈的基本情況，涵蓋上游云服務商和硬件設備廠商、中游電信運營商及邊緣計算運營和管理服務提供商、下游OTT廠商及智能終端和應用開發商等。本書重點聚焦5G時代邊緣計算可重點應用的行業，包括交通行業（涵蓋自動駕駛、智能網聯、智能交通、智慧道路）、安防行業、云游戲行業、工業互聯網、能源互聯網、智慧城市和智能家居等，結合這些行業的發展趨勢，深入闡述邊緣計算在其中的實踐進展和典型案例。

作者簡介

吳冬升，5G產業技術聯盟車聯網專委會主任委員，粵港澳大灣區自動駕駛產業聯盟副理事長，現任高新興科技集團股份有限公司高級副總裁。近20年B2B/B2G整合營銷經驗，對5G、車聯網、物聯網、大數據、人工智能、數字化轉型、智慧城市有深刻洞察。

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