【云计算】从云计算到边缘计算

从云计算到边缘计算

1.前言
2.边缘计算概述
- 2.1 边缘计算的定义
- 2.2 边缘计算的价值
3.边缘计算服务商
4.云计算服务商边缘计算架构和平台
5.思考与展望

1.前言

云的概念从一个中心点延伸出来，进入人们日常的生活、工作环境，将有越来越多原本在云中运行的软件在身边运行，改善人们的生活，从医疗保健到交通运输、娱乐、制造等等。往后，云向边缘的推进将进一步加速。本文主要总结一下边缘计算的产品和服务。

2.边缘计算概述

2.1 边缘计算的定义

Gartner 对边缘计算的定义：边缘计算描述了一种分布式计算拓扑结构，在这种拓扑结构中，信息处理被放置在靠近产生或消费信息的事物或人员的位置。边缘计算从网状网络和分布式数据中心的概念出发，将流量和处理保持在网络的本地和非中心。其目标是减少延迟和不必要的通信量，并为感兴趣的对等点之间的互连以及复杂媒体类型或计算负载的数据细化建立一个集线器。

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边缘计算成熟度曲线，2019

2.2 边缘计算的价值

实时处理，从源头解决问题
边缘计算离数据源更近，能低时延的实时处理和分析问题。而对于服务提供商而言，边缘计算可通过将应用或内容移至网络层次结构中的低端层来改善客户体验。此外，他们还可以在边缘部署全新的服务类别以充分响应客户的需求。
降低成本
据相关报告，到 2021 年，面向消费者的行业每年在边缘网络、计算和存储资源上的支出将比核心数据中心的升级还要多，这使得边缘计算成为基础架构供应商的关键考虑因素，规模效应会带来成本的下降。而对于用户或者企业，可以减少带宽的费用。Analysys Mason 的报告，垂直行业的大多数企业都有望通过边缘计算将成本降低 $10\%-30\%$ ，平均有望节省 $10\%-20\%$ 。
边缘计算支持 5G 技术并开辟了全新用例
随着服务提供商对网络进行现代化改造，工作负载和服务正在从核心网络（位于数据中心内）移到网络边缘，在边缘进行虚拟化能够帮助服务提供商在网络边缘部署服务。例如西班牙电信、德国携手爱立信、AWS 进行 5G 核心网虚拟化，谷歌云宣布与 AT＆T 合作打造企业网络边缘用例。

3.边缘计算服务商

3.1 CDN 服务商

CDN，内容分发网络（Content Delivery Network），核心价值是将数字内容智能分发到离用户更近的节点，进而提升整体分发效率，降低网络延时、节省带宽资源，其与生俱来的边缘节点属性，低延时和低带宽，CDN 本身就是边缘计算的雏形。

近年，多数 CDN 提供商将他们的工作重点放在边缘上，以满足实时视频流媒体、安全性和物联网的全新需求。

3.1.1 Akamai

Akamai 在交付边缘服务方面处于领先地位，它为全球大量企业提供内容交付服务，并且在 Web 性能、媒体交付、云安全和网络运营商解决方案方面拥有全面的解决方案和服务产品。在报告中提到， Akamai 的网络承载量约为 $90-120\ TBps$ ，Akamai 平均每日交付的 Web 流量超过 $40\ TBps$ ，并在 2019 年 3 月交付了超过 $83\ TBps$ 的峰值流量。

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3.1.2 网宿科技

网宿科技主要提供 CDN、边缘计算、云安全、SD-WAN 产品及解决方案，曾经连续八年商用 CDN 市场份额全国第一。而在云厂商进军 CDN 市场后，CDN 市场变成了 “红海” 竞争，网宿科技的市场占比也不断下降，但是国内的 CDN 需求却是加速发展。

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网宿科技全球节点资源

3.2 移动运营商

3GPP（3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴计划）在 5G 系统架构中定义了 5G 边缘计算，5G MEC（Multi-access Edge Computing，多接入边缘计算）。MEC 采用的是分布式计算模型，将这些功能下沉到网络边缘，将应用托管在高度分布的小规模本地化边缘机房，靠近设备和终端用户。

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5G MEC 框架

3.2.1 中国移动

中国移动通过 5G + 边缘计算能力平台，在靠近物或数据源头的网络边缘侧，通过 5G 专有网络接入，就近提供边缘智能的连接与计算服务，满足行业在敏捷联接、实时业务、数据处理、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求，助力产业数字化转型升级。

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其核心产品是 5G 边缘计算网关、5G 边缘计算平台。

3.2.2 中国电信

中国电信与 CDN 企业合作，通过 MEC 边缘 CDN 的部署，作为现有集中 CDN 的延展，同时为多网络用户服务。

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MEC + CDN 边缘内容加速解决方案

3.2.3 中国联通

在 2020 年 3 月份，中国联通推出 EdgePOD 边缘云解决方案。

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3.3.4 AT＆T

在 2020 年 3 月份，谷歌云宣布与 AT＆T 合作打造企业网络边缘用例，包括视频分析、AR / VR 应用以及数据密集型传感器等，AT＆T 将使用谷歌云的新云原生电信版 Anthos 应用平台，其中 Anthos 是一个开放的混合云多云应用程序平台，包括应用现代化、云迁移、混合云和多云管理等方面。

3.3 硬件厂商

对应硬件厂商来说，目前主要是从硬件上进行支持边缘计算的需求，如低功耗、强大的数据处理、分析和人工智能功能等，也有些硬件厂商也构建软件的解决方案，例如 Intel 收购 Smart Edge 公司，构建边缘接入平台服务。

3.3.1 Intel

英特尔酷睿处理器和英特尔凌动处理器
- 英特尔酷睿处理器提供的计算能力和响应速度可以支持许多类型的物联网设备，包括自助服务机、工业 PC 等。选择基于英特尔博锐平台的英特尔酷睿处理器可实现额外的远程可管理性，并帮助提升安全功能。
- 英特尔凌动处理器专为嵌入式应用程序而打造，针对可能会出现功耗问题的智能相机、移动销售点设备和其他边缘设备，可实现性能与低功耗之间的平衡。
英特尔 Movidius 视觉处理单元（VPU）
- 英特尔 Movidius 视觉处理单元提供快速、低功耗的性能，以支持计算机视觉和人工智能工作负载。这些专门设计的 VPU 可实现并行可编程性和特定于工作负载的硬件加速，适用于增强或虚拟现实系统和智能相机等设备的深层神经网络和计算机视觉应用。
英特尔至强 D 处理器
- 边缘服务器带来了强大的数据处理、分析和人工智能功能，更靠近于数据生成点。英特尔至强 D 处理器可提供所需的高性能和可靠性，以加快边缘的计算、存储、内存和网络。英特尔至强 D 处理器的部分 SKU 为具有集成式以太网和人工智能加速的嵌入式和坚固型应用程序提供更高的额定温度。
英特尔安全技术
- 基于边缘的设备和系统必须保证专有、敏感和个人信息的安全。在医疗保健等行业，数据主权和合规性尤为重要。
- 英特尔产品提供内置的、芯片支持的安全技术，帮助保护潜在的攻击面，从而提供高级安全性。我们的安全技术植根于芯片中，有助于创建一个可信赖的计算基础，客户在使用边缘、端点、数据中心、云和网络等产品系列时，就能依赖于这个基础。有了这个通用的安全方法，自然可以简化部署和集成。

硬件产品参考 Intel 官网的产品介绍：
https://www.intel.cn/content/www/cn/zh/edge-computing/edge-devices.html

3.3.2 Arm

在 2020 的 2 月份，Arm 公司发布两款芯片具有 AI 功能的新型处理器：Arm Cortex-M55 和 Ethos-U55，他们是专为物联网（IoT）终端设备而设计的芯片。

3.4 云计算服务商

对于云厂商来说，一般从三个方面布局边缘网络。

网络走向边缘。云厂商不断建设 Region，POP 点，Local Zones，推出专线、VPN、SD-WAN 接入服务，目的就是让网络更加接近边缘。
设备走向边缘。云厂商会把标准化的硬件卖给用户，边缘硬件可以连接边缘地域和云上。
服务走向边缘。云厂商会推出边缘计算的平台的服务，让云和边缘的互操作更加的标准化，体验一致化。

本小节简单介绍一下云厂商的边缘产品和服务，下面章节会对云厂商的产品和实现进行深入的分析。

3.4.1 AWS

AWS IoT Edge 服务主要包括 AWS IoT Greengrass、FreeRTOS、AWS IoT 设备测试器。

AWS IoT Greengrass 可将 AWS 无缝扩展至边缘设备，因此可以在本地操作其生成的数据，同时仍可将云用于管理、分析和持久存储。
FreeRTOS 是一款适用于微控制器的开源实时操作系统，可以轻松地编写、部署、保护、连接和管理低功耗的小型边缘设备。

另外 AWS 也推出 AWS Snowball、AWS Outposts、AWS Local Zones 等产品形态，致力在边缘大有所为。

AWS Snowball：一款小巧、轻便、坚固、安全的边缘计算、边缘存储和数据传输设备。
AWS Outposts：是一项完全托管的服务，可提供相同的 AWS 基础设施、AWS 服务、API 和工具到几乎任何数据中心、主机托管空间或本地设施，以实现真正一致的混合体验。
AWS Local Zones：是 AWS 基础设施部署的一种新形式，可将 AWS 计算、存储、数据库和其他某些初级服务放置在更靠近目前不存在 AWS 区域的大量人口聚居的位置，或者靠近行业和 IT 中心的位置。

3.4.2 Azure

在 Microsoft Build 2018，微软隆重介绍了边缘计算中的一个重要组成服务 Azure IoT Edge。Azure IoT Edge 是和 Azure IoT Hub 绑定在一起，结合使用的 Azure 服务，主要是帮助用户把原来运行在云端的分析和业务模块轻松部署在设备端。

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IoT Edge runtime

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IoT Edge cloud interface

3.4.3 Google

Cloud IoT Core 是一项全代管式服务，帮助用户轻松安全地连接、管理全球范围的设备并从中提取数据。
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在云中构建和训练机器学习模型

Google Anthos 是可以对现有应用进行现代化改造，并在任何环境中构建云原生应用，以提升敏捷性并节省费用，其中 Anthos 可以部署在边缘，例如 AT＆T 使用电信版的 Anthos 构建 5G 网络。

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3.4.4 阿里云

Link IoT Edge：物联网边缘计算，是阿里云能力在边缘端的拓展，它继承了阿里云安全、存储、计算、人工智能的能力，可部署于不同量级的智能设备和计算节点中，通过定义物模型连接不同协议、不同数据格式的设备，提供安全可靠、低延时、低成本、易扩展、弱依赖的本地计算服务。

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3.4.5 腾讯云

腾讯云物联网边缘计算平台：IoT Edge Computing Platform，IECP。

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智慧工厂的用例

SuperEdge 是腾讯云牵头社区多家厂商共同发起的一个的开源项目，基于原生 Kubernetes 的边缘容器管理系统。该系统把云原生能力扩展到边缘侧，很好的实现了云端对边缘端的管理和控制，极大简化了应用从云端部署到边缘端的过程。SuperEdge 为应用实现边缘原生化提供了强有力的支持。

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SuperEdge 的框架

4.云计算服务商边缘计算架构和平台

本章节主要分析云计算服务商构建边缘能力，对于云厂商扩展自己服务的地域，主要从网络产品、基础设置的广度进行评价、下面会从网络、硬件、服务等方面对云厂商从云走向边缘进行分析。

4.1 AWS 的边缘产品和服务剖析

在 $2020 re : I n v e n t$ 大会中， $A ma zo n . co m$ 副总裁兼 CTO $Werner\ Vogels$ 博士对 2021 年的科技趋势的预测，其中一项是云向边缘的推进将进一步加速。本下节介绍一下 AWS 为赋能边缘提供的产品和能力。

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4.1.1 网络走向边缘

AWS 提供丰富的网络产品，例如 VPN、专线接入、Transit Gateway，支持 SD-WAN 的服务，详细可见 AWS Transit Gateway 简介。

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AWS Transit Gateway 全网互联模型

同时 AWS 还提供众多云上 Region、Availability Zones、Local Zones、Wavelength Zones，专线接入点。而近期推出的 Local Zones 更接近用户。

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全球基础设施地图：https://www.infrastructure.aws/

AWS Local Zones

在 2019 年 12 月，AWS 洛杉矶推出首个 AWS Local Zones，在 2020 年会推出 3 个 AWS Local Zones，2021 年将再推出 12 个，把网络更近一步推向用户的边缘。

AWS Local Zones 是 AWS 基础设施部署的一种新形式，可将 AWS 计算、存储、数据库和其他某些初级服务放置在更靠近目前不存在 AWS 区域的大量人口聚居的位置，或者靠近行业和 IT 中心的位置。

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AWS Local Zones 工作原理

Local Zones 是把云服务部署在边缘，让用户就近使用云服务，具有如下优势：

对于本地终端用户的低延迟
一致的 AWS 体验
灵活且可扩展

4.1.2 硬件走向边缘

（1）AWS Outposts

AWS Outposts 是一项完全托管的服务，可提供相同的 AWS 基础设施、AWS 服务、API 和工具到几乎任何数据中心、主机托管空间或本地设施，以实现真正一致的混合体验。

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AWS Outposts 工作原理

（2）AWS Snowball

AWS Snowball 属于 AWS Snow 系列，是一种边缘计算、数据迁移和边缘存储设备。Snowball 支持特定的 Amazon EC2 实例类型以及 AWS Lambda 函数，用户可以在 AWS 云中进行开发和测试，然后在偏远位置的设备上部署应用程序以收集、预处理并将数据运送到 AWS，常见使用案例包括数据迁移、数据传输、图像整理、IoT 传感器流捕获和机器学习。

（3）AWS Wavelength

AWS Wavelength 是一款针对移动边缘计算应用程序优化的 AWS 基础设施产品。Wavelength 区域是一种 AWS 基础设施部署，可在 5G 网络边缘的通信服务提供商（CSP）数据中心中嵌入 AWS 计算和存储服务，因而来自 5G 设备的应用程序流量可以在不离开移动通信网络的情况下到达 Wavelength 区域中运行的应用程序服务器。这就避免了因应用程序流量必须遍历互联网中的多个跃点才能达到其目的地而导致的延迟，从而使客户能够充分利用现代 5G 网络提供的低延迟和带宽优势。

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Wavelength 工作原理

4.1.3 服务走向边缘

（1）AWS IoT Greengrass

AWS IoT Greengrass 是将云功能扩展到本地设备的软件，可将 AWS 无缝扩展至边缘设备，因此可以在本地操作其生成的数据，同时仍可将云用于管理、分析和持久存储。

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AWS IoT Greengrass 工作原理

（2）AWS IoT Core

AWS IoT Core 是一款托管的云服务，让互联设备可以轻松安全地与云应用程序及其他设备交互。

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AWS IoT Core 工作原理

4.2 阿里云

4.2.1 网络走向边缘

阿里云提供丰富的网络产品，例如 VPN、专线接入、云企业网，云连接网，智能接入网关，SD-WAN 接入服务，详细可见阿里云云企业网产品和实现剖析。

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4.2.2 硬件走向边缘

阿里云物联网边缘计算系列一体机（LE）系列，专为物联网场景下、在客户本地数据中心完成计算、并具备云边远程协同服务的产品。

（1）边缘应用一体机

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（2）边缘视频智能一体机

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4.2.3 服务走向边缘

从阿里云的服务看，主要是进行垂直化的提供产品。

（1）阿里云官网物联网产品

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（2）Link IoT Edge

物联网边缘计算 Link IoT Edge 是阿里云能力在边缘端的拓展。

4.3 腾讯云

4.3.1 网络走向边缘

腾讯云提供丰富的网络产品，例如 VPN、专线接入、云联网，SD-WAN 接入服务，详细可见腾讯云云联网产品和实现剖析。

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腾讯云全球基础设施

腾讯云对网络地域的扩展目前是提供 EC 进行的，EC 点部署在二、三的大城市，例如武汉、长沙、郑州、西安等。腾讯云六城，齐开服。

4.3.2 硬件走向边缘

（1）SD-WAN Edge 设备

腾讯云的云联网提供 SD-WAN 接入能力的 Edge 设备，可以部署在门店、高速公路、移动新闻车等，Edge 能够接入 5G 的能力。

（2）Mini T-block

Mini T-block 是面向数据中心，可独立运行、即插即用，使用起来也像 U 盘一样方便。Mini T-block 更加轻量化，对场地的要求更低，大幅降低了数据中心的准入门槛和投入成本。

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4.3.3 服务走向边缘

（1）腾讯云官网物联网产品

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（2）SuperEdge

SuperEdge 是基于原生 Kubernetes 的边缘容器管理系统。该系统把云原生能力扩展到边缘侧，很好的实现了云端对边缘端的管理和控制，极大简化了应用从云端部署到边缘端的过程。SuperEdge 为应用实现边缘原生化提供了强有力的支持。

5.思考与展望

开源：仅靠单个供应商无法提供完整的边缘计算解决方案，解决方案必须是多方合力的结果，需要借用开源的优势，当使用开源解决方案时，边缘技术可以应用于更广泛的生态系统，而不会被专有技术堆栈的供应商锁定。
云化：边缘计算在进行云化，边缘设备和程序具备使用公有云的产品能力，进而实现更大的价值。
标准化：边缘网关需要部署在多云、异构设备中，标准化也是很重要，可以部署在各种复杂的网络环境中，例如 Google Anthos、腾讯的 SuperEdge 等建立在容器平台上。
平台化：5G 的加速发展，提供平台化的边缘计算能力，可以让企业或者服务商参与到边缘计算的服务中。