2022邊緣計(jì)算架構(gòu)特征研究

邊緣計(jì)算架構(gòu)20221 IIIIII目錄邊緣計(jì)架構(gòu)特征白皮書 1術(shù)語義 1邊計(jì)算義 1與計(jì)算對(duì)比 1邊計(jì)算心概比 2邊緣算發(fā)歷程 5應(yīng)用景 73.15G 7工互聯(lián)網(wǎng) 8車網(wǎng) 9特點(diǎn)場(chǎng)景 9總體構(gòu) 12物網(wǎng) 13頂層構(gòu)設(shè)計(jì) 13系統(tǒng)構(gòu) 14云計(jì)智能擎 15智城市 17整體系架構(gòu) 17架構(gòu)特征 18邊緣算承介紹 19CDN 20潛在場(chǎng)空間 21總市場(chǎng)況 214.25G 224.3車網(wǎng) 23基礎(chǔ)構(gòu) 24整架構(gòu)述 24邊計(jì)算構(gòu)需求 25時(shí)延求 25計(jì)算求 26存儲(chǔ)求 27安全監(jiān)管求 27部署境的求 27邊計(jì)算體架構(gòu) 27邊數(shù)據(jù)心架構(gòu) 28端-邊-云接口 30UserApplication命周期理接口 30邊緣點(diǎn)與心間管理口 32邊緣點(diǎn)間口 32端-邊-系統(tǒng)部口 33關(guān)鍵性 33靈的部署 33靈的分流 34服管理 35區(qū)分性 35擴(kuò)展性 35隔離性 35AI算法執(zhí)行 35安能力 36核心施安全 37邊緣務(wù)器全 38邊緣絡(luò)安全 38邊緣備安全 39 111010邊緣計(jì)算架構(gòu)及特征研究白皮書術(shù)語定義邊緣計(jì)算定義20ms與云計(jì)算的對(duì)比云計(jì)算是一種將集群計(jì)算能力通過互聯(lián)網(wǎng)向內(nèi)外部用戶提供服ITCTICT具備三大服務(wù)模式（IaaS、PaaS、SaaS）和四大部署模式（公有云、。IaaSPaaSSaaS的云端”QoS、QoE邊緣計(jì)算核心概念對(duì)比IoT5G、VRAI等業(yè)MEC、Cloudlet（FogComputing）年ciscoIoTOpenFogIoI、、5G（a）（b）云到物的服務(wù)連續(xù)：使服務(wù)和應(yīng)用分布在云和物之間、更接近 PAGEPAGE11PAGEPAGE4cCloudlet：Cloudlet2013年CarnegieMellonUniversity（卡內(nèi)基梅隆大學(xué)）提出的概念，源于移動(dòng)計(jì)算、IoT代表“/IoT設(shè)備-cloudlet-”dtacterinao”pendeComputingInitiative）Cloudlet的邊緣計(jì)算發(fā)展，核心任務(wù)是提供openedgeAPI和基于Cloudlet的邊緣計(jì)算參考架構(gòu)和參考平臺(tái)，其對(duì)邊緣計(jì)算的定義是：在接近用戶側(cè)提供小型數(shù)據(jù)中心（邊緣節(jié)點(diǎn)，提升用戶對(duì)計(jì)算和存ETSI2014MECISG經(jīng)歷了從移動(dòng)邊緣計(jì)算（MobileEdgeComputing）到多接入邊緣計(jì)算（Multi-accessEdgeITIT能力，該環(huán)境為應(yīng)用提供超低延時(shí)、高帶寬、實(shí)時(shí)接入等特性能力。（a）Gartner（C（geopigoorum，Gartner（b一種是ITU-T/整體而言，霧計(jì)算、MEC、Cloudlet、邊緣計(jì)算、分布式云等技“”（bC則被公認(rèn)為5G（）lult（邊緣計(jì)算發(fā)展歷程“”2003與IBM就開始了“邊緣計(jì)算”的相關(guān)合作，提出“邊緣計(jì)算”的目的和解決的問“”的服務(wù)。2009的-R（CtrazeopeaieldndClanRN-RN（BaseBandC-RAN即為SatyanarayananMPervasiveComputingIEEE上發(fā)表的“TheCaseforVM-BasedCloudletsinMobileComputing”第一的概念，“Cloudlet”密起來。2012Cloud”2014CloudComputing,MEC)MEC工MEC(Multi-accessCloudComputing,MEC)2017JTC1SC4120152015pnogoorum26年1ARM信息技術(shù)（集團(tuán)）6家機(jī)構(gòu)聯(lián)合發(fā)起成立邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（EdgeCopignotmC09C）圖1邊緣計(jì)算的發(fā)展歷程應(yīng)用場(chǎng)景5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)正在快速地向5G演進(jìn)。5G的主要優(yōu)點(diǎn)包括：5G14G6070用和服務(wù)，在大多數(shù)情況下，延遲可能在5-10毫秒左右。5G1Gbps5G201005GITNFVMECCDN5G1Gb/s速率和小于10ms的用戶面時(shí)延，而這也將提供低延遲和大帶寬的標(biāo)配服務(wù)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

圖25G與4G的對(duì)比工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)對(duì)邊緣數(shù)據(jù)中心的典型技術(shù)需求包括：-/車聯(lián)網(wǎng)5G5GCC2B2C控制資源占用，實(shí)現(xiàn)輕量級(jí)部署。在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域，5G車路協(xié)同開源平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的應(yīng)用場(chǎng)景主要包括四個(gè)：5-101圖3二是實(shí)時(shí)路況更新。目前導(dǎo)航駕駛路況往往和實(shí)際路況之間存圖4圖5圖6總體架構(gòu)5G車路協(xié)同開源平臺(tái)實(shí)現(xiàn)的總體架構(gòu)如下：5GUPFUPF8S+Cntne,pntak+VM等。和管理。應(yīng)用組件主要是具體的車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)組件，如上的四種應(yīng)用分流組件負(fù)責(zé)邊緣數(shù)據(jù)的二次分流。數(shù)據(jù)被分流邊緣計(jì)算平臺(tái)之后，分流組件將數(shù)據(jù)根據(jù)不同的分流規(guī)則分配到對(duì)API圖7物聯(lián)網(wǎng)典型的物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)圖如下所示：圖8在現(xiàn)階段，物聯(lián)網(wǎng)借助各種信息傳感技術(shù)和信息傳輸處理技術(shù)，使管理對(duì)象的狀態(tài)能被感知、識(shí)別，而形成局部應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)；在將來，系統(tǒng)架構(gòu)物聯(lián)網(wǎng)典型的框架包括感知、網(wǎng)絡(luò)、應(yīng)用和公共技術(shù)。感知層：數(shù)據(jù)采集與感知主要用于采集物理世界中發(fā)生的物理事件和數(shù)RFIDRFID網(wǎng)絡(luò)層：應(yīng)用層：量管理?！霸啤薄岸司拖?020250025050。DT4.0圖9作為物聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)設(shè)施，云計(jì)算為醫(yī)療器械、能源工業(yè)、智能家智慧城市“圖10SCFoundrySC一中心。ICT;一湖是城市大數(shù)據(jù)平臺(tái)iDataLake，用于匯聚城市最原始的數(shù)據(jù)資源，支持多元數(shù)據(jù)的統(tǒng)一采集、匯聚、治理、分析和應(yīng)用;;;邊緣計(jì)算在智慧城市的應(yīng)用有如下幾個(gè)趨勢(shì)：12BOutpost產(chǎn)品、2、在IaaS的實(shí)施上，從設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、交付、運(yùn)維都可以實(shí)現(xiàn)“交鑰匙工程”，不斷有云服務(wù)商推出私有云/混合云軟硬一體的云就緒產(chǎn)品；3PaaSK8S構(gòu)建跨/PaaS4CloudMobileIoT、BigData、AI邊緣計(jì)算作為智慧城市邊緣數(shù)據(jù)中心部署方案，具備快速交付、開箱即用、機(jī)柜智能、無需專業(yè)機(jī)房等特點(diǎn)。AI+（（ETC）ABCinData一體AI1、42U或24U一體機(jī)：可容納多臺(tái)服務(wù)器2、一體機(jī)采購，整柜快速交付，客戶現(xiàn)場(chǎng)插電即可用3智能機(jī)柜內(nèi)主要包括服務(wù)器+交換機(jī)+存儲(chǔ)+定制機(jī)柜及配件+動(dòng)環(huán)監(jiān)控系統(tǒng)+產(chǎn)線集成預(yù)裝。以24U機(jī)柜為例，示意圖如下所示：圖11邊緣計(jì)算一體機(jī)CDNCDNCDN5GAICDN邊協(xié)同，構(gòu)CDN圖12CDN與邊緣計(jì)算CDNCDN節(jié)點(diǎn)QoS4K、8KAR/VR3D潛在市場(chǎng)空間根據(jù)FiorMarkets202052019282027183.62020-2027年的預(yù)測(cè)期內(nèi)將以26.5%的復(fù)合年增長率增長。42.7%5G

圖135G2020788005G基站1.55GGSMA20255G用戶數(shù)將850%5G年至2025250018005G5G5G的車聯(lián)網(wǎng)

圖145G覆蓋與商用情況2020650060002000分別占有61%、12%、17%和10%的市場(chǎng)份額。圖152015-2025圖162015-2025基礎(chǔ)架構(gòu)整體架構(gòu)概述邊緣計(jì)算作為一種新的服務(wù)模型，將數(shù)據(jù)和應(yīng)用放在靠近數(shù)據(jù)源業(yè)務(wù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)OS業(yè)務(wù)應(yīng)用和數(shù)據(jù)邊緣計(jì)算OS計(jì)算網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算OS計(jì)算網(wǎng)絡(luò)存儲(chǔ)基礎(chǔ)設(shè)施圖17IDCMEC、境。邊緣計(jì)算架構(gòu)需求時(shí)延要求構(gòu)本身也需要針對(duì)不同應(yīng)用盡量降低時(shí)延要求。圖18SR-IOV，DPDKFPGADPU計(jì)算要求CPUAI開始被越來越多的引入到邊緣計(jì)算單元中。對(duì)視頻的實(shí)時(shí)處理和分析，會(huì)需要邊緣計(jì)算中增加GPU/FPGA/DPU等專用異構(gòu)處理單元進(jìn)行業(yè)務(wù)的卸載。存儲(chǔ)要求CSPCSPOS邊緣計(jì)算整體架構(gòu)圖19POPSDN邊緣數(shù)據(jù)中心架構(gòu)基礎(chǔ)設(shè)施稱為邊緣數(shù)據(jù)中心?；炯軜?gòu)由原來的兩層架構(gòu)“集中式云數(shù)據(jù)中心-用戶端”變?yōu)槿龑蛹軜?gòu)“集中式云數(shù)據(jù)中心-邊緣數(shù)據(jù)中心-用戶端”。圖20“云-”圖21“云-邊端”“”是一種5G5G端邊

圖22UserApplication在端-邊UserApplicationLCMinterface。該接口允許設(shè)備上的應(yīng)用程序在端-邊-云系統(tǒng)中請(qǐng)求應(yīng)用程序IP該接口涉及功能：用戶應(yīng)用程序查找功能用于向用戶設(shè)備應(yīng)用程序響應(yīng)系統(tǒng)中可用的用戶應(yīng)用程序列表的過程。創(chuàng)建應(yīng)用程序上下文是請(qǐng)求加入可用用戶應(yīng)用程序或?qū)嵗掠脩魬?yīng)用程序的過程。命周期內(nèi)維護(hù)該上下文。應(yīng)用程序上下文包含特定于應(yīng)用程序?qū)嵗男畔?，例如其在?邊-（RI應(yīng)用程序上下文刪除是設(shè)備應(yīng)用程序請(qǐng)求刪除應(yīng)用程序上下文的過程。為用戶應(yīng)用生命周期管理接口提供了更新應(yīng)用程序上下文的功能。用戶應(yīng)用生命周期管理接口將POST消息發(fā)送到設(shè)備應(yīng)用程序?qū)ㄖ录?，如指示?duì)用戶應(yīng)用程序地址的修改等內(nèi)容。該接口主要負(fù)責(zé)中心云與邊緣節(jié)點(diǎn)間的通信控制與管理。該接口涉及功能：用于觸發(fā)端-邊-云整體系統(tǒng)中邊緣應(yīng)用程序的實(shí)例化和終止。用于對(duì)邊緣節(jié)點(diǎn)的生命周期進(jìn)行管理，包括邊緣節(jié)點(diǎn)的上線、更新、下線及刪除等操作。資源管理管理需求，保證服務(wù)連續(xù)性、應(yīng)用程序移動(dòng)性（即應(yīng)用程序的遷移）及應(yīng)用程序中與用戶設(shè)備相關(guān)信息的移動(dòng)性和連續(xù)性，都需要該接口支持在不同的邊緣節(jié)點(diǎn)間傳遞控制相關(guān)信息。端-邊-該接口位于中心云與第三方服務(wù)系統(tǒng)（公有云、私有云、混合云等）之間，用于第三方請(qǐng)求運(yùn)行邊緣應(yīng)用。對(duì)外，該接口隱藏端-邊-云系統(tǒng)內(nèi)部拓?fù)?，為?邊-云整體系統(tǒng)提供了良好的安全性。對(duì)內(nèi)，該接口將外部第三方請(qǐng)求轉(zhuǎn)化為內(nèi)部服務(wù)的調(diào)用請(qǐng)求，并將該請(qǐng)求傳遞給中心云，實(shí)現(xiàn)了端-邊-云系統(tǒng)應(yīng)用服務(wù)的注冊(cè)與發(fā)現(xiàn)。關(guān)鍵特性靈活的部署緣數(shù)據(jù)中心，目前，國外的一些邊緣數(shù)據(jù)中心企業(yè)例如IO、EdgeMicroBaseLayerIO了高密度IT150kWEdgeMicro公BaseLayer對(duì)于邊緣計(jì)算，有針對(duì)近端和近云的位置分別對(duì)應(yīng)不同類型的預(yù)24U42UNawab,F.,Agrawal,D.,&“（NomadicData的概念UPS（IT靈活的分流邊緣計(jì)算必須解決同時(shí)將不同的工作負(fù)載部署到多個(gè)邊緣服務(wù)“”服務(wù)管理邊緣計(jì)算為了保障系統(tǒng)的穩(wěn)定性，一般具有如下特性：區(qū)分性、擴(kuò)展性、隔離性。區(qū)分性擴(kuò)展性O(shè)S隔離性AI算法執(zhí)行在傳統(tǒng)云數(shù)據(jù)中心中，算法更多執(zhí)行的是模型訓(xùn)練任務(wù)，通過輸表1云計(jì)算與邊緣計(jì)算在算法執(zhí)行時(shí)的對(duì)比方