邊緣計(jì)算在5G的應(yīng)用場(chǎng)景

摘要：隨著我國 5G 商用牌照的發(fā)放和 5G 網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的日益加快，邊緣計(jì)算作為 5G 的關(guān)鍵技術(shù)之一，在靠近用戶端即網(wǎng)絡(luò)邊緣就近提供內(nèi)容分發(fā)和存儲(chǔ)計(jì)算服務(wù)，以減少數(shù)據(jù)處理和服務(wù)交付的時(shí)延。本文通過分析邊緣計(jì)算與云計(jì)算和內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)的區(qū)別入手，著重研究了邊緣計(jì)算在 5G 中的應(yīng)用場(chǎng)景。

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引言

新一代信息通信技術(shù) 5G 相比于 4G 等傳統(tǒng)移動(dòng)通信技術(shù)，具有更低的時(shí)延、更高的帶寬、更可靠的性能和更廣的連接，是實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的關(guān)鍵信息基礎(chǔ)設(shè)施，也是當(dāng)前經(jīng)濟(jì)社會(huì)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要驅(qū)動(dòng)力量。為了滿足垂直行業(yè)對(duì)網(wǎng)絡(luò)大流量、低時(shí)延以及安全與隱私保護(hù)等方面的需求，提升網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)處理效率，5G 在靠近用戶的位置，即網(wǎng)絡(luò)邊緣提供數(shù)據(jù)處理和計(jì)算能力，這就是 5G 采用的關(guān)鍵技術(shù)之一邊緣計(jì)算，它是一個(gè)融合了應(yīng)用、存儲(chǔ)、計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)核心能力的開放平臺(tái)。

當(dāng)前邊緣計(jì)算采用的技術(shù)架構(gòu)主要有兩種，一是英特爾定義的架構(gòu)，二是歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì)定義的 MEC 架構(gòu)。邊緣計(jì)算的技術(shù)基本特點(diǎn)和屬性主要體現(xiàn)為：聯(lián)接性、分布性、約束性和融合性。

（一）聯(lián)接性

為了實(shí)現(xiàn)應(yīng)用場(chǎng)景的多樣性以及對(duì)各種物理對(duì)象的聯(lián)接，邊緣計(jì)算需要具備豐富的聯(lián)接功能，如各種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、網(wǎng)絡(luò)接口、網(wǎng)絡(luò)配置與部署等。聯(lián)接性既要考慮與現(xiàn)有各種工業(yè)總線的互聯(lián)互通，也要充分吸收借鑒網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域的最新研究成果，如 SDN、NFV 等。

（二）分布性

由于邊緣計(jì)算部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣靠近用戶端，所以具有分布式特點(diǎn)。這就要求在分布式存儲(chǔ)和計(jì)算、分布式資源的統(tǒng)一管理和動(dòng)態(tài)調(diào)度、分布式安全和智能能力等方面，邊緣計(jì)算都能夠?qū)崿F(xiàn)這些要求。

（三）約束性

工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)相對(duì)惡劣的運(yùn)行環(huán)境與工作條件要求邊緣計(jì)算需要具備防塵、抗電流 / 電壓波動(dòng)、防爆、防電磁、抗振動(dòng)等功能。在工業(yè)互聯(lián)場(chǎng)景下，對(duì)邊緣計(jì)算設(shè)備的成本、功耗、空間等也有較高的要求。為了與各種約束條件相適應(yīng)，支撐多樣的行業(yè)數(shù)字化應(yīng)用場(chǎng)景，邊緣計(jì)算產(chǎn)品需要在軟硬件優(yōu)化與集成等方面加以重點(diǎn)考慮。

（四）融合性

行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的重要基礎(chǔ)是信息通信技術(shù)（ICT）與操作技術(shù)（0T）的融合。作為“OT”與“ICT”協(xié)同與融合的關(guān)鍵承載，邊緣計(jì)算需要在數(shù)據(jù)、聯(lián)接、管理、應(yīng)用、控制、安全等方面支持它們之間的協(xié)同。

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邊緣計(jì)算與云計(jì)算

邊緣計(jì)算在靠近用戶端的位置提供存儲(chǔ)、計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)設(shè)施，通過在該基礎(chǔ)設(shè)施上為用戶提供應(yīng)用軟件的部署和運(yùn)行環(huán)境，就近為用戶提供邊緣云服務(wù)，它是云計(jì)算技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)發(fā)展的產(chǎn)物。移動(dòng)邊緣計(jì)算通過在無線接入網(wǎng)邊緣或無線基站內(nèi)部部署相應(yīng)的邊緣計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，來提供邊緣位置的云計(jì)算服務(wù)，同時(shí)它還可以連接企業(yè)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部的私有云以實(shí)現(xiàn)混合云服務(wù)。一般來說其系統(tǒng)的核心設(shè)備是基于 IT 通用硬件平臺(tái)構(gòu)建，能提供基于該平臺(tái)的虛擬化運(yùn)行環(huán)境，并支持第三方應(yīng)用在該虛擬環(huán)境中運(yùn)行。

相比于傳統(tǒng)云計(jì)算的集中部署模式，邊緣計(jì)算解決了匯聚流量大、通信時(shí)延長(zhǎng)等問題，為高帶寬和低時(shí)延的業(yè)務(wù)提供了更好的支持。云計(jì)算和邊緣計(jì)算各有所長(zhǎng)，云計(jì)算能夠在業(yè)務(wù)決策支撐、周期性維護(hù)等領(lǐng)域發(fā)揮優(yōu)勢(shì)，擅長(zhǎng)于長(zhǎng)周期、非實(shí)時(shí)、全局性的大數(shù)據(jù)處理和分析。在用戶側(cè)業(yè)務(wù)的就近實(shí)時(shí)智能化處理方面邊緣計(jì)算能夠發(fā)揮其特長(zhǎng)，短周期、實(shí)時(shí)、局部的數(shù)據(jù)處理和分析更適用于邊緣計(jì)算。因此邊緣計(jì)算與云計(jì)算之間是互補(bǔ)協(xié)同關(guān)系，邊緣計(jì)算在靠近用戶側(cè)先對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和預(yù)處理，對(duì)于簡(jiǎn)單的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)可以實(shí)時(shí)處理并反饋給用戶，對(duì)于復(fù)雜的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)則上傳云計(jì)算端解決，經(jīng)大數(shù)據(jù)處理分析后把結(jié)果下發(fā)到邊緣側(cè)。邊云協(xié)同進(jìn)一步放大了邊緣計(jì)算和云計(jì)算的應(yīng)用價(jià)值。

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邊緣計(jì)算與 CDN

CDN 即內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)，為了提高用戶訪問服務(wù)器的速度，使用戶可就近取得所需內(nèi)容，解決網(wǎng)絡(luò)擁擠的狀況，CDN 通過在 IP 承載網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中增加新的一層，將服務(wù)器的內(nèi)容自動(dòng)分發(fā)到分布在網(wǎng)絡(luò)邊緣接近用戶側(cè)的服務(wù)節(jié)點(diǎn)，從而提高內(nèi)容交付的速度和效率。

邊緣計(jì)算與 CDN 既有聯(lián)系也有區(qū)別，兩者之間相同之處也較多。首先是兩者都是在數(shù)據(jù)流量和用戶數(shù)量不斷增加，用戶體驗(yàn)要求提高的情況下產(chǎn)生。兩者對(duì)傳輸響應(yīng)速度都有較高要求，都盡可能地部署在網(wǎng)絡(luò)的邊緣。邊緣計(jì)算的應(yīng)用和主要處理節(jié)點(diǎn)一般都分布式部署在靠近用戶端，這使得其在提供服務(wù)的可靠性、響應(yīng)速度等方面要好于傳統(tǒng)的云計(jì)算中心，而 CDN 的服務(wù)節(jié)點(diǎn)正好可以充分復(fù)用這些邊緣計(jì)算處理節(jié)點(diǎn)，提供存儲(chǔ)和傳輸?shù)戎饕?wù)。兩者之間的區(qū)別主要在于 CDN 提高節(jié)點(diǎn)傳輸數(shù)據(jù)的能力是通過緩存數(shù)據(jù)，主要依靠現(xiàn)有固定網(wǎng)絡(luò)資源實(shí)現(xiàn)，側(cè)重點(diǎn)在于傳輸能力。而邊緣計(jì)算的側(cè)重點(diǎn)在于計(jì)算能力，應(yīng)用場(chǎng)景主要在移動(dòng)業(yè)務(wù)方面，而且主要通過 5G 網(wǎng)絡(luò) UPF 來實(shí)現(xiàn)在邊緣側(cè)提供服務(wù)，所以其應(yīng)用實(shí)現(xiàn)主要是依托于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)資源。CDN 主要應(yīng)用在視頻直播、視頻點(diǎn)播和網(wǎng)站訪問加速等場(chǎng)景，關(guān)注點(diǎn)是“加速”，在智能化的應(yīng)用場(chǎng)景中出現(xiàn)極少。

由于邊緣計(jì)算側(cè)重于計(jì)算能力，并且具有智能化、低時(shí)延的特點(diǎn)，所在在智慧醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)等要求智能化的場(chǎng)景中應(yīng)用較多。

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邊緣計(jì)算的應(yīng)用

（一）VR/AR

在 VR/AR 方面邊緣計(jì)算的促進(jìn)作用主要表現(xiàn)在隨著 5G 技術(shù)應(yīng)用的日益深入，5G 的大帶寬、低時(shí)延、高可靠特性，以及邊緣計(jì)算的技術(shù)特點(diǎn)能使 VR/AR 在傳輸方面的瓶頸被克服，從而增強(qiáng)用戶的體驗(yàn)效果。

（二）車聯(lián)網(wǎng)

隨著物聯(lián)網(wǎng)和 5G 技術(shù)的不斷發(fā)展，傳統(tǒng)交通技術(shù)迎來了新的變革，為了促進(jìn)智慧交通體系建設(shè)，提高通行準(zhǔn)備效率，可以通過車輛與車輛、人與車輛、車輛與交通設(shè)施之間的智能交互實(shí)現(xiàn)。邊緣計(jì)算目前在車聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的應(yīng)用主要集中在內(nèi)容分發(fā)、資源調(diào)度、計(jì)算卸載、車載應(yīng)用等方面。

（三）智慧城市

為了滿足交通運(yùn)輸、醫(yī)療保健、環(huán)境保護(hù)和公共安全等各方面需求，智慧城市通過云計(jì)算、大數(shù)據(jù)和物聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)來改變社會(huì)運(yùn)作和人們的生活方式。邊緣計(jì)算將存儲(chǔ)和計(jì)算下沉到邊緣側(cè)的服務(wù)器上，使網(wǎng)絡(luò)的帶寬壓力和延遲更小，在實(shí)現(xiàn)智慧城市的過程中有著廣泛的應(yīng)用范圍和獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。如在智慧醫(yī)療方面，邊緣計(jì)算與其它技術(shù)協(xié)同可以實(shí)現(xiàn)醫(yī)療數(shù)據(jù)分析、健康監(jiān)測(cè)等。

邊緣計(jì)算將是通信行業(yè)未來的重要發(fā)展方向之一，包括電信運(yùn)營(yíng)商、云服務(wù)提供商、設(shè)備商等都在積極布局，隨著 5G 時(shí)代的到來，邊緣計(jì)算有望與 5G 共同發(fā)展。

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原文標(biāo)題：邊緣計(jì)算在5G中的應(yīng)用研究

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