邊緣計(jì)算的前世今生是怎樣的

伴隨著數(shù)字化轉(zhuǎn)型的浪潮、萬物互聯(lián)時(shí)代的到來，5G、大數(shù)據(jù)、人工智能等信息技術(shù)的快速發(fā)展，云計(jì)算已經(jīng)無法滿足機(jī)器人、智能家居、無人駕駛、VR/AR、新媒體、智能安防、遠(yuǎn)程醫(yī)療、可穿戴設(shè)備、智能制造等場景對低延遲的高要求。

同時(shí)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和應(yīng)用服務(wù)的進(jìn)一步發(fā)展使網(wǎng)絡(luò)流量呈現(xiàn)出爆炸式增長。根據(jù)思科最新發(fā)布的可視化網(wǎng)絡(luò)指數(shù)報(bào)告（VNI）預(yù)測，在未來幾年內(nèi)，全球全數(shù)字化轉(zhuǎn)型將繼續(xù)對IP網(wǎng)絡(luò)需求產(chǎn)生重要影響。主要的數(shù)據(jù)包括互聯(lián)網(wǎng)用戶將從33億增長至46億（占全球人口的58%）；平均寬帶速度將大幅提升，從27.5Mbps增至53.0Mbps；視頻觀看量也將上升，在IP總流量中的占比將從73%增長至82%。在報(bào)告預(yù)測期內(nèi)，全球IP流量預(yù)計(jì)將實(shí)現(xiàn)三倍增長，從2016年的1.2ZB快速增長至2021年的3.3ZB。據(jù)IDC預(yù)測，全球數(shù)據(jù)總量預(yù)計(jì)2020年達(dá)到44個(gè)ZB，我國數(shù)據(jù)量將達(dá)到8060個(gè)EB，占全球數(shù)據(jù)總量的18%。

面對爆炸式的流量數(shù)據(jù)增長，通信網(wǎng)絡(luò)會受到巨大的壓力，所以必須調(diào)整網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，以滿足超大連接、超低時(shí)延以及超大帶寬等業(yè)務(wù)需求。邊緣計(jì)算由此應(yīng)運(yùn)而生并且得到了廣泛關(guān)注。相對于云計(jì)算帶來的“云端”海量計(jì)算能力，邊緣計(jì)算實(shí)現(xiàn)了資源和服務(wù)向邊緣位置下沉，從而降低交互時(shí)延、減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)、豐富業(yè)務(wù)類型、優(yōu)化服務(wù)處理，提升服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。

CDN

邊緣計(jì)算的前身最早可以追溯到二十年前。1995年，萬維網(wǎng)之父 TimBerners-Lee在麻省理工學(xué)院 （MIT） 提出挑戰(zhàn)。這位網(wǎng)絡(luò)之父預(yù)測到互聯(lián)網(wǎng)用戶即將遭遇網(wǎng)絡(luò)擁塞現(xiàn)象，因此向 MIT 的諸位同僚提出挑戰(zhàn)，請大家發(fā)明一種更好的新方法來傳送互聯(lián)網(wǎng)內(nèi)容。這一挑戰(zhàn)激起了 MIT 應(yīng)用數(shù)學(xué)教授 TomLeighton 的興趣，Leighton 博士是并行算法和建筑學(xué)方面的著名專家，他曾擔(dān)任 MIT 計(jì)算機(jī)科學(xué)實(shí)驗(yàn)室算法團(tuán)隊(duì)的領(lǐng)導(dǎo)。Leighton 博士意識到，或許可以從應(yīng)用數(shù)學(xué)和算法中找到網(wǎng)絡(luò)擁塞的解決方案，因此他組建了一支研究人員團(tuán)隊(duì)來解決此問題。

從 Technion 獲得計(jì)算機(jī)科學(xué)和數(shù)學(xué)學(xué)士學(xué)位后，Danny Lewin 于 1996 年秋來到 MIT 并與 Leighton 博士一起共事。此后不久，Lewin 先生很快在改善互聯(lián)網(wǎng)性能的各種技術(shù)上取得重要進(jìn)展。通過與團(tuán)隊(duì)合作，Leighton 博士和 Lewin 先生制定了能夠在大型分布式服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)上智能傳送和復(fù)制內(nèi)容的數(shù)學(xué)算法，該項(xiàng)技術(shù)最終解決了互聯(lián)網(wǎng)用戶即將面臨的惱人問題。這是CDN的故事。CDN 是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的緩存網(wǎng)絡(luò)，依靠部署在各地的緩存服務(wù)器，通過中心平臺的負(fù)載均衡 、內(nèi)容分發(fā)、調(diào)度等功能模塊，將用戶的訪問指向最近的緩存服務(wù)器上，以此降低網(wǎng)絡(luò)擁塞，提高用戶訪問響應(yīng)速度和命中率。CDN強(qiáng)調(diào)內(nèi)容的備份和緩存，而邊緣計(jì)算的基本思想則是功能緩存（function cache）。

微云

2009年，微云誕生了。微云是由移動計(jì)算和云計(jì)算融合而來的新型網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)元素，它代表移動終端、微云和云 3 層架構(gòu)的中間層，可以被視作“盒子里的數(shù)據(jù)中心”。微云是 OEC（Open Edge Computing）的研究成果，該項(xiàng)目最初由美國卡耐基梅隆大學(xué)發(fā)起，而后受到了包括 Intel（英特爾）、華為、Vodafone（沃達(dá)豐）在內(nèi)的多家公司的廣泛支持，主要致力于對邊緣計(jì)算應(yīng)用場景、關(guān)鍵技術(shù)和統(tǒng)一 API 的研究。OEC 基于OpenStack 開源項(xiàng)目進(jìn)行擴(kuò)展，從而得到了微云，目前其源碼以及搭建方法也可以在OEC 的官網(wǎng)上免費(fèi)獲得。

微云為擁有完整計(jì)算和存儲能力的計(jì)算機(jī)或計(jì)算機(jī)集群，且本地化的部署在與移動設(shè)備同一個(gè)局域網(wǎng)絡(luò)中，用戶不需要經(jīng)過核心網(wǎng)就可直接連接到朵云端。Cloudlet的架構(gòu)圖如下圖所示，Cloudlet通過穩(wěn)定的回傳鏈路與核心網(wǎng)云端連接，將云端計(jì)算服務(wù)前置，最大限度地發(fā)揮云端的處理能力的同時(shí)，又能使用戶與計(jì)算資源的距離控制在一跳范圍內(nèi)。這里所說的＂一跳＂范圍是指的Cloudlet—般會通過WIFI和用戶連接，WIFI覆蓋范圍內(nèi)的移動設(shè)備都可以使用Cloudlet提供的計(jì)算和存儲服務(wù)。

圖：cloudlet 架構(gòu)圖

微云的設(shè)計(jì)靈感來自于觸覺互聯(lián)網(wǎng)（tactilenetwork），致力于實(shí)現(xiàn)信息的超低時(shí)延傳輸。微云可以直接運(yùn)行在終端上，比如車輛、飛機(jī)等。此時(shí)的邊緣計(jì)算強(qiáng)調(diào)下行，即將云服務(wù)器上的功能下行至邊緣服務(wù)器，以減少帶寬和時(shí)延。

霧計(jì)算

隨后，在萬物互聯(lián)的背景下，邊緣數(shù)據(jù)迎來了爆發(fā)性增長，為了解決面向數(shù)據(jù)傳輸、計(jì)算和存儲過程中的計(jì)算負(fù)載和數(shù)據(jù)傳輸帶寬的問題，研究者開始探索在靠近數(shù)據(jù)生產(chǎn)者的邊緣增加數(shù)據(jù)處理的功能，即萬物互聯(lián)服務(wù)功能的上行。具有代表性的是霧計(jì)算（fog computing）、移動邊緣計(jì)算（mobileedge computing，MEC）、。

2012年，思科提出了霧計(jì)算，定義為遷移云計(jì)算中心任務(wù)到網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備執(zhí)行的一種高度虛擬化的計(jì)算平臺。云計(jì)算架構(gòu)將計(jì)算從用戶側(cè)集中到數(shù)據(jù)中心，讓計(jì)算遠(yuǎn)離了數(shù)據(jù)源，也會帶來計(jì)算延遲、擁塞、低可靠性和安全攻擊等問題，于是在云計(jì)算發(fā)展了大約10年的2015年，修補(bǔ)云計(jì)算架構(gòu)的“大補(bǔ)丁”，霧計(jì)算開始興起了。

霧計(jì)算就是本地化的云計(jì)算，是云計(jì)算的補(bǔ)充。云計(jì)算更強(qiáng)調(diào)計(jì)算的方式，霧計(jì)算更強(qiáng)調(diào)計(jì)算的位置。如果說云計(jì)算是WAN計(jì)算，那么霧計(jì)算就是LAN計(jì)算。如果說CDN是彌補(bǔ)TCP/IP本地化緩存問題，那么霧計(jì)算就是彌補(bǔ)云計(jì)算本地化計(jì)算問題。2015年11月，思科、ARM、戴爾、英特爾、微軟及普林斯頓大學(xué)邊緣（Edge）實(shí)驗(yàn)室共同宣布成立OpenFog聯(lián)盟等公司聯(lián)合成立了開放霧聯(lián)盟（OpenFog）。

MEC

MEC并不是一個(gè)新概念，它最初于2013年出現(xiàn)，源于IBM與NokiaSiemens網(wǎng)絡(luò)當(dāng)時(shí)共同推出了一款計(jì)算平臺，可在無線基站內(nèi)部運(yùn)行應(yīng)用程序，向移動用戶提供業(yè)務(wù)。歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會（ETSI）于2014年成立移動邊緣計(jì)算規(guī)范工作組，正式宣布推動移動邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)化。其基本思想是把云計(jì)算平臺從移動核心網(wǎng)絡(luò)內(nèi)部遷移到移動接入網(wǎng)邊緣，實(shí)現(xiàn)計(jì)算及存儲資源的彈性利用。由于移動邊緣計(jì)算位于無線接入網(wǎng)內(nèi)，接近移動用戶，因此可以實(shí)現(xiàn)超低時(shí)延、高帶寬來提高服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗(yàn)。隨著深入研究，ETSI將MEC中”M”的定義也做了進(jìn)一步擴(kuò)展，使其不僅局限于移動接入，也涵蓋WI-FI接入、固定接入等其他非3GPP接入方式，將移動邊緣計(jì)算從電信蜂窩網(wǎng)絡(luò)延伸至其他無線接入網(wǎng)絡(luò)。2017年3月，ETSI把MEC中的“M”重新定義為“Multi-Access”，“移動邊緣計(jì)算”的概念也變?yōu)椤岸嘟尤脒吘売?jì)算”。

大事記

2016年11月，華為技術(shù)有限公司、中國科學(xué)院沈陽自動化研究所、中國信息通信研究院、英特爾、ARM和軟通動力信息技術(shù)（集團(tuán)）等在北京成立了邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟（edge computing consortium，ECC），致力于推動“政產(chǎn)學(xué)研用”各方產(chǎn)業(yè)資源合作，引領(lǐng)邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展。

2017年7月，ETSI多接入邊緣計(jì)算（MEC，Multi-access EdgeComputing）行業(yè)規(guī)范工作組（ISG）實(shí)現(xiàn)了巨大的里程碑，發(fā)布了首套標(biāo)準(zhǔn)化應(yīng)用程序接口（API），以支持邊緣計(jì)算的互操作性。五個(gè)ETSI的規(guī)范分別是GS MEC 009、GS MEC 010-2、GS MEC 011、GS MEC 012、GS MEC 013，將接近移動邊緣服務(wù)API、應(yīng)用程序生命周期管理、移動邊緣平臺應(yīng)用程序啟用、無線網(wǎng)絡(luò)信息的API和Location API。

2018年1月全球首部邊緣計(jì)算專業(yè)書籍《邊緣計(jì)算》出版，《邊緣計(jì)算》是由施巍松、劉芳、孫輝、裴慶祺等專家學(xué)者共同編著，其中施巍松教師是邊緣計(jì)算這一領(lǐng)域的早期提出者之一和主要倡導(dǎo)者，也是ACM/IEEE國際邊緣計(jì)算研討會（SEC）的創(chuàng)始人，其他三位作者也是國內(nèi)早期從事邊緣計(jì)算研究的科研人員。這本書算是邊緣計(jì)算從業(yè)者的第一本專業(yè)性書籍。它從邊緣計(jì)算的需求與意義、系統(tǒng)、應(yīng)用、平臺等多個(gè)角度對邊緣計(jì)算進(jìn)行了闡述。

2018年9月17日在上海召開的世界人工智能大會，以“邊緣計(jì)算，智能未來”為主題舉辦了邊緣智能主題論壇，這是中國從政府層面上對邊緣計(jì)算的發(fā)展進(jìn)行了支持和探討。2019年3月， 政協(xié)委員周鴻祎在兩會期間把邊緣計(jì)算寫入提案，提出未來信息密碼“IMABCDE”。IMABCDE每個(gè)字母都有所指代，分別是IoT、移動通信、人工智能、區(qū)塊鏈、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、邊緣計(jì)算。并指出邊緣計(jì)算會改變整個(gè)未來網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)。這是兩會中首次出現(xiàn)邊緣計(jì)算。

看完上文，邊緣計(jì)算前世今生中的點(diǎn)點(diǎn)滴滴，大家對邊緣計(jì)算從CDN一路演進(jìn)到現(xiàn)在的多接入邊緣計(jì)算MEC之路有所了解。萬物互聯(lián)時(shí)代來臨，自動駕駛技術(shù)，微軟百度大公司邊緣技術(shù)開源，天時(shí)地利人和，抓住邊緣計(jì)算，就是抓住了5G時(shí)代的浪潮。