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边缘计算概述

背景

AR/VR,4K/8K高清视频,物联网,工业互联网,车联网等众多新型业务涌现,对网络的传输容量数据分发能力提出了极高的要求。同时,进入5G时代,接入网络的设备(ip数量)剧增。面对流量的增长与日益提高的用户体验需求,通信网络会承受很大的压力,所以必须要对网络架构进行改变,满足5G时代的超低延迟(1ms),超大带宽(10Gbps),超大连接(100万台设备)的需求。


边缘计算概念引入

应对

为了应对当前的挑战,业界提出了在网络边缘提供计算处理与数据存储的能力,这就是边缘计算

基本思想

边缘计算的基本思想,是把云计算平台(包括计算、存储、网络资源)迁移到网络边缘,并试图实现传统移动通信网、互联网和物联网之间的深度融合。

优势

边缘计算是一种开放、弹性、协作的生态系统,可以推动不同网络之间的数据互动。

  • 开放性

打破了传统网络的封闭性,将网络内部的基础设施、网络数据和多样化服务转化为开放的资源,以服务的形式提供给用户和开发者。

  • 弹性

支持资源的灵活调用和配置,通过自动化的方式实现快速响应,使其能够适应业务可能出现的规模激增和快速新增的应用需求,也能在充分降低资源使用者总体使用成本的同时提供充足的能力。

  • 协作性

可以将移动通信网络、互联网、物联网更加紧密地结合在一起。同时,加强边缘计算与云计算的协作,以及分布式边缘计算环境下的相互协作对于改善网络整体性能也有重要的意义。

历程与分类

业界普遍认可的边缘计算方案有:微云(Cloudnet),雾计算(Fog Computing),多接入边缘计算(Multi-acces Edge Computing,MEC)三种。另外,云接入网(Cloud Radio Acces Network,C-RAN)作为与边缘计算相辅相成的技术也受到广泛的关注。

C-RAN

云计算在大规模数据储存、高效快速计算等方面优势明显,得益于云计算的快速发展,在2009年,中国移动率先提出了C-RAN的概念。C-RAN是基于集中化处理、协作式无线电、实时云计算架构的绿色无线接入网架构。C-RAN的基本思想是通过充分利用低成本高速光传输网络,直接在远端天线和集中化的中心节点间传送无线信号,以构建覆盖上百个基站服务区域甚至上百平方千米的无线接入系统。

C-RAN网络架构基于分布式基站的思想,分布式基站由基带单元(Based Band Unit, BBU)和射频拉远单元(Remote Radio Unit, RRU)组成。

  • BBU

集中了算有数字基带处理功能,并形成虚拟基带池。

  • RRU

只负责数字-模拟变换后的射频收发功能。

实时云计算的引入使物理资源得到了全局最优利用,从而可以有效的解决“潮汐效应”带来的资源浪费问题。同时。C-RAN架构适于引进各种协同技术,以期达到减小干扰,降低功耗,提升频谱效率的目的。

总体来看,C-RAN实现接入网的云化,这更容易实现资源的灵活按需调整,从而使网络具备更高的灵活性和可扩展性,这就是边缘计算实现广泛部署需要考量的问题,因此需要在C-RAN和边缘计算之间谋求深层次的融合,以帮助边缘计算的发展。

微云

微云是一种位于互联网边缘的用于移动性增强的小型云数据中心,微云的主要目的是通过为移动设备提供强大的计算资源,以更低的延迟支持资源密集型和交互式的移动应用。在微云方案描述中,网络分为移动设备、微云和云端3层架构,其中微云代表网络层次架构的中间层,可视为一个小型的数据中心,因此他被认为是对云计算基础设施的延伸,他的提出使移动设备和云端的联系更加紧密。

雾计算

物联网应用对网络的感知能力、处理能力、分析能力都有较高的要求,所以充分利用这些资源提升边缘网络的服务质量和终端用户的体验质量具有重要意义,而且云计算向网络边缘拓展的趋势也越来越成为业界共识。在此背景下,思科研究人员在2011年提出了雾计算的概念。

雾计算是云计算的延伸:

雾是接近地面的云。

雾计算是使用用户终端设备或连接用户终端设备的边缘设备,以分布式协作架构进行数据储存,或进行分布式网络数据包传输通信,相关分布式控制或管理。通常雾计算由性能较弱、更为分散的一般通用计算设备组成。

雾计算具有以下三个特点:

  1. 水平架构

支持多个垂直行业和应用领域,为用户和商业提供智能化服务。

  1. 云到终端的连续服务

可在云与终端设备的任何地方提供连续服务。

  1. 系统级

在终端和云端之间增加网络边缘层,把一些并不需要放到“云”中的数据在这一层直接处理或储存,形成云、雾和终端的系统架构。

MEC

2014年,欧洲电信标准协会(ETSI)首次提出了“MEC”的概念,并将其定义为“在移动网络边缘提供IT服务环境和云计算能力”。

MEC还具有超低延迟,高带宽和无线网络信息感知等特点,从而创造一种新的生态系统和价值链,即运营商可以将其边缘无线接入网络开放授权给第三方,允许他们灵活快速的部署创新应用和服务。

2016年,ETSI将”MEC“中的”M“做了扩充,将边缘计算能力从电信蜂窝网络进一步延伸至Wi-Fi、固网接入等多种接入网络。

MEC系统允许设备将计算任务卸载到如基站、无线接入点等网络边缘节点,既满足了终端设备计算能力的扩展需求,同时也解决了接入远端云数据中心时延较长的问题。