為什么需要邊緣計算?

邊緣計算是幾年前出現(xiàn)的概念。它在行業(yè)中有著許多不同的定義，并且一個公認的定義是在更加靠近終端的網(wǎng)絡(luò)邊緣上提供服務(wù)。一方面，網(wǎng)絡(luò)位置必須足夠接近終端。另一方面，必須在這個網(wǎng)絡(luò)位置提供滿足邊緣計算要求的綜合服務(wù)能力。

隨著互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，業(yè)務(wù)場景往往是復(fù)雜和創(chuàng)新的。不斷增長和最終的體驗要求帶來了對架構(gòu)和成本優(yōu)化的需求。以前比較簡單的中心終端架構(gòu)無法管理網(wǎng)絡(luò)性能和業(yè)務(wù)流量壓力，需要多級中心邊緣終端架構(gòu)。

此外，隨著物聯(lián)網(wǎng)和4G/5G等新技術(shù)的發(fā)展，越來越多的智能設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)。根據(jù)調(diào)研機構(gòu)IDC公司的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，到2020年將有超過500億臺終端設(shè)備連接到互聯(lián)網(wǎng)，這是一個巨大的數(shù)字。大量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備生成的數(shù)據(jù)正在呈指數(shù)級增長。如果將如此大量的數(shù)據(jù)和設(shè)備訪問流量直接路由到云計算中心，則云計算中心將不堪重負，從而帶來許多問題，例如網(wǎng)絡(luò)擁塞。邊緣計算支持建立大規(guī)模分布式體系結(jié)構(gòu)，該體系結(jié)構(gòu)允許在邊緣計算上處理某個范圍內(nèi)的特定百分比的數(shù)據(jù)。只有少量必要的數(shù)據(jù)和訪問流量需要路由到云計算中心。

邊緣計算能提供哪些功能?

• 首先是更低的網(wǎng)絡(luò)延遲?？臻g距離的縮短可以減少傳播延遲。更重要的是，它減少了復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)上各種路由/轉(zhuǎn)發(fā)和網(wǎng)絡(luò)設(shè)備處理場景造成的延遲，從而顯著減少整體延遲。

• 第二是支持大帶寬的場景。通過邊緣處理大流量業(yè)務(wù)，邊緣計算可以有效避免網(wǎng)絡(luò)擁塞等問題，并顯著降低成本。

• 第三是處理高度并發(fā)訪問。邊緣計算使用分布式架構(gòu)來減輕云計算中心的負載。

從這些方面來看，可以看出邊緣計算是云計算中心能力的補充。其定位不是取代云計算中心，而是擴展云計算邊界，并賦予新的云端終端業(yè)務(wù)架構(gòu)以及云計算中心。云計算與邊緣計算之間的協(xié)同作用是互聯(lián)網(wǎng)(IoB)時代的基本形式。

邊緣計算如何提供服務(wù)?

行業(yè)專家認為邊緣計算絕對不是直接將云計算的復(fù)制和傳輸能力轉(zhuǎn)移到邊緣，因為邊緣的運行環(huán)境與云計算中心完全不同。邊緣計算規(guī)模小，資源有限，并且是異構(gòu)的。此外，邊緣計算的節(jié)點分散在網(wǎng)絡(luò)的遠端。在此基礎(chǔ)上建立分布式業(yè)務(wù)體系結(jié)構(gòu)，必然涉及調(diào)度。

考慮到上述原因，邊緣計算應(yīng)該提供平臺來隱藏邊緣計算的底層復(fù)雜基礎(chǔ)設(shè)施，并且標準化和開放底層計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施的能力，以及分發(fā)、調(diào)度、安全性和其他所需功能通過分布式架構(gòu)。通過這種方式，用戶可以輕松構(gòu)建自己的分布式邊緣業(yè)務(wù)架構(gòu)。

目前，阿里云公司已在邊緣計算領(lǐng)域開發(fā)了多種云計算產(chǎn)品。在這里討論的是阿里云在邊緣計算基礎(chǔ)設(shè)施層面的通用服務(wù)能力規(guī)劃，即邊緣計算分布平臺。

在當前的邊緣場景中，最成熟的應(yīng)用是內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)(CDN)。內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)(CDN)預(yù)先將內(nèi)容緩存到邊緣節(jié)點以實現(xiàn)低延遲和更低的內(nèi)容消費成本。針對內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)(CDN)架構(gòu)，開發(fā)團隊希望將邊緣計算構(gòu)建到計算分發(fā)平臺中，該平臺通過中心的資源調(diào)度來檢查客戶的資源需求，并選擇適當?shù)倪吘壒?jié)點資源。然后，平臺根據(jù)計算分配能力將業(yè)務(wù)邏輯打包，并分發(fā)到邊緣節(jié)點，以便客戶的業(yè)務(wù)可以輕松地在邊緣上運行。

在將適當?shù)臉I(yè)務(wù)邏輯傳送到邊緣節(jié)點以便執(zhí)行之后，數(shù)據(jù)生成和消費可以在邊緣內(nèi)形成閉環(huán)，而不必返回到云計算中心進行處理。首先，邊緣計算的基礎(chǔ)設(shè)施建立在各種邊緣節(jié)點上，包括諸如邊緣計算IDC的固定網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，諸如無線基站的移動網(wǎng)絡(luò)節(jié)點，以及具有不同資源能力和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的更多異構(gòu)協(xié)作節(jié)點?；谶吘売嬎慊A(chǔ)設(shè)施，諸如ENS和LNS的軟件系統(tǒng)用于封裝底層復(fù)雜基礎(chǔ)設(shè)施形式，然后進行抽象并開放上層的標準化接口和服務(wù)能力。

談到邊緣計算的網(wǎng)絡(luò)范圍，行業(yè)專家表示：“網(wǎng)絡(luò)邊緣不同于更加接近終端的政府、企業(yè)、校園和家庭的用戶端網(wǎng)絡(luò)，以及不同地區(qū)(如省份)的運營商網(wǎng)絡(luò)，從終端到中心的網(wǎng)絡(luò)連接相對復(fù)雜，邊緣計算必須提供廣泛的覆蓋范圍，從最后幾百或幾十公里到最后十公里到終端，以確保提供服務(wù)能力。邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)針對中間運營商網(wǎng)絡(luò)，包括固定網(wǎng)絡(luò)上的IDC環(huán)境和移動網(wǎng)絡(luò)上的移動邊緣計算(MEC)環(huán)境。通過基于邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)描繪邊緣網(wǎng)絡(luò)范圍，我們可以快速識別一些目標場景，例如作為內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN)和互動直播?！?/p>

現(xiàn)有業(yè)務(wù)發(fā)展的難點和挑戰(zhàn)

在邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)等邊緣計算服務(wù)出現(xiàn)之前，客戶只有一個選擇：他們必須從不同地區(qū)的不同運營商處購買節(jié)點，并建立自己的邊緣基礎(chǔ)設(shè)施。而自建基礎(chǔ)設(shè)施將帶來一系列問題和挑戰(zhàn)。

首先，自建基礎(chǔ)設(shè)施要求客戶自行執(zhí)行供應(yīng)鏈管理，例如業(yè)務(wù)采購和服務(wù)器采購，以及節(jié)點建設(shè)，從而導(dǎo)致過多的資產(chǎn)投資和成本。在突發(fā)業(yè)務(wù)流量的情況下，客戶因缺乏靈活性而受到限制，因為新節(jié)點的構(gòu)建需要較長的交付周期。在臨時的業(yè)務(wù)高峰后，大量資源閑置。此外，自建基礎(chǔ)設(shè)施給客戶的運營和維護帶來了挑戰(zhàn)。首先，客戶需要管理從邊緣節(jié)點的構(gòu)建、交付到操作的整個過程。其次，客戶必須管理可能在物理服務(wù)器級別、操作系統(tǒng)級別和邊緣節(jié)點的軟件應(yīng)用程序級別發(fā)生的運營和維護問題。每當出現(xiàn)問題時，客戶都需要使用一組工具來遠程查看日志和查找原因。在這種情況下，客戶迫切需要基于GUI的自動化運營和維護。

另一個挑戰(zhàn)在于安全性和可靠性。邊緣IDC基礎(chǔ)設(shè)施的可靠性取決于第三方運營商的服務(wù)?？蛻粜枰幚砀鞣N復(fù)雜情況，例如，采取對策來響應(yīng)運營商網(wǎng)絡(luò)切換?？蛻暨€需要及時發(fā)現(xiàn)并應(yīng)對邊緣節(jié)點上可能出現(xiàn)的硬件和軟件故障。這些要求需要在業(yè)務(wù)架構(gòu)的設(shè)計和開發(fā)中實施，并帶來巨大挑戰(zhàn)和更高的成本。為了安全起見，應(yīng)將重點放在不同級別的問題上，例如網(wǎng)絡(luò)流量安全性和主機安全性。每個級別的安全解決方案開發(fā)成本都很高。以DDoS保護為例。當發(fā)生對邊緣節(jié)點上的IP地址的攻擊時，整個網(wǎng)絡(luò)可能變得不可用。為了實現(xiàn)所需的保護效果，客戶可能需要在每個邊緣節(jié)點上部署組合的軟件和硬件系統(tǒng)解決方案。

阿里云的邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)

邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)的開發(fā)旨在解決客戶在上述目標方案中在自建邊緣基礎(chǔ)設(shè)施中可能遇到的難點和挑戰(zhàn)。邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)依靠靠近終端和用戶的邊緣節(jié)點提供計算分布平臺服務(wù)，使客戶能夠輕松地在邊緣運行適當?shù)臉I(yè)務(wù)模塊，并建立云計算和邊緣計算協(xié)同的分布式邊緣架構(gòu)。它具有低延遲和低成本的特點，并且減少了云計算中心的壓力。邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)的邊緣節(jié)點覆蓋了中國的主要區(qū)域和運營商。在邊緣節(jié)點上，可以根據(jù)客戶的需求動態(tài)調(diào)度計算資源，客戶可以將業(yè)務(wù)應(yīng)用軟件準備到圖像包中，并將其分發(fā)到邊緣節(jié)點。邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)進一步將阿里云的公共云邊界擴展到邊緣，完全滿足客戶對復(fù)雜“中心+邊緣”業(yè)務(wù)架構(gòu)以及公共云的需求，從而真正為用戶提供云計算的基礎(chǔ)設(shè)施功能。

邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)的價值觀和優(yōu)勢

通過使用阿里云的邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)，客戶可以在幾分鐘內(nèi)創(chuàng)建邊緣資源，將從終端到節(jié)點的響應(yīng)時間縮短到5毫秒，并為中心節(jié)省30%以上的帶寬成本。

邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)將一些自建基礎(chǔ)設(shè)施的問題封裝到底層，因為這些問題是不可見的，并且不需要用戶擔心。這大大減少了業(yè)務(wù)啟動或擴容的資本投入，也節(jié)省了大量的管理成本。其次，憑借其動態(tài)資源調(diào)度功能，邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)可以幫助客戶在相對較短的時間內(nèi)擴展或縮減資源容量?？蛻艨梢园葱枰袁F(xiàn)收現(xiàn)付模式購買資源。這可確保滿足業(yè)務(wù)資源要求，同時為客戶節(jié)省成本。

在產(chǎn)品體驗方面，邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)提供了一個完整且易于使用的Web管理控制臺和OpenAPI，以支持遠程在線管理和計算資源的分布管理，各種操作指標的實時可視化監(jiān)控以及各種使用情況的統(tǒng)計分析數(shù)據(jù)。它極大地增強了監(jiān)控和運維功能和效率，并簡化了監(jiān)控、運營和維護。

節(jié)點的自主服務(wù)和自我恢復(fù)功能是評估可用性的核心要求。當中心由于斷開而失去對邊緣節(jié)點的控制時，人們需要確保節(jié)點內(nèi)服務(wù)的可用性和連續(xù)性，以保證基本的服務(wù)能力。當邊緣節(jié)點重新建立與中心的連接時，需要將完整的狀態(tài)和數(shù)據(jù)發(fā)送到中心。

此外，通過使用動態(tài)資源遷移和調(diào)度功能，可以確保計算資源的高可用性，并隔離多個租戶以避免爭用資源。在安全性方面，邊緣節(jié)點支持DDoS檢測、流量清理，以及IP黑洞保護功能。

邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)的典型應(yīng)用場景和示例

以下闡述了幾種典型的邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)應(yīng)用場景和實例。

第一類典型場景是業(yè)務(wù)架構(gòu)對節(jié)點覆蓋的要求。這種情況主要發(fā)生在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)的在線業(yè)務(wù)上。通常，這些場景對目標服務(wù)范圍的區(qū)域限制很少，邊緣節(jié)點應(yīng)確保在整個網(wǎng)絡(luò)上有足夠和廣泛的覆蓋范圍。這五個特定情景代表了當前的邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)方案，可以充分發(fā)揮邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)的優(yōu)勢，為客戶的業(yè)務(wù)帶來更大的價值。

• 第一種情況是內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN)。如前所述，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)(CDN)業(yè)務(wù)是典型的邊緣計算方案，它可以在邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)上無縫運行。與之前的解決方案相比，使用邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)的在線客戶現(xiàn)在在總體成本、運維能力和其他方面獲得了更高的收益和明顯的改進。

• 第二種情況是交互式直播，它要求低延遲和低帶寬成本。

• 第三種情況是在線教育和實時音頻和視頻通信。這種情況有兩個特點，即更加強調(diào)低延遲和依賴端到端通信作為基本模式。邊緣節(jié)點在此場景中的作用是使客戶能夠訪問最近的轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，并提供更多的網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)發(fā)節(jié)點。

• 第四種情況是檢測和監(jiān)測。在這種情況下，希望與最接近用戶的邊緣的實際業(yè)務(wù)和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境相匹配，以檢測核心業(yè)務(wù)的某些業(yè)務(wù)邏輯、業(yè)務(wù)穩(wěn)定性和性能指標的正確性。特別是，如果業(yè)務(wù)邏輯或用戶體驗在不同的目標區(qū)域中不同，邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)可以模擬最近邊緣的實際結(jié)果。對于上述的實時通信，動態(tài)路由的前提是檢查和評估現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點和鏈路的質(zhì)量，這也是檢測的實際例子。

• 第五種情況是游戲加速和SD-WAN。在這種情況下，基本上期望在邊緣節(jié)點上建立邊緣軟網(wǎng)關(guān)或軟路由，并通過優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和網(wǎng)絡(luò)鏈路實現(xiàn)加速和安全等目標。邊緣節(jié)點在此場景中的作用類似于實時通信。

第二類典型場景是本地化，側(cè)重于超低延遲(在1毫秒內(nèi)滿足業(yè)務(wù)需求)和本地10公里內(nèi)的大帶寬業(yè)務(wù)場景。此類情景更偏向于具有區(qū)域特征的傳統(tǒng)行業(yè)或線下業(yè)務(wù)。例如，在ET City Brain場景中，視頻監(jiān)控在云平臺上實施。在新的零售場景中，一些商店在云平臺上執(zhí)行視頻人工智能、自動識別監(jiān)控、銷售和其他活動。本地行業(yè)中的一些IT設(shè)施遷移到云平臺。一些云計算供應(yīng)商正在逐步產(chǎn)生關(guān)于這些場景的成熟例子。

最后，行業(yè)專家分享了對邊緣節(jié)點服務(wù)(ENS)未來發(fā)展的看法。首先，隨著5G的到來，人們將看到對移動邊緣計算(MEC)的需求激增。其次，云計算供應(yīng)商將繼續(xù)升級計算分布平臺功能，其中包括全球分銷能力，增強大規(guī)模節(jié)點的資源調(diào)度性能和用戶體驗，并為客戶提供更強大的自動化遠程運維功能，支持基于場景的邊緣運維。最后，在基礎(chǔ)設(shè)施層面，人們已經(jīng)看到了將邊緣計算與人工智能結(jié)合使用的要求。一些云計算供應(yīng)商正計劃支持GPU和其他功能，以幫助構(gòu)建邊緣場景的分布式數(shù)據(jù)分析平臺。此外，還將進一步提高網(wǎng)絡(luò)吞吐量和性能，以支持在邊緣情況下占很大比例的大流量業(yè)務(wù)的處理。