時(shí)下大熱的5G和邊緣計(jì)算有什么關(guān)系，它們的契合點(diǎn)在哪里？互聯(lián)網(wǎng)IT域和通信網(wǎng)CT域如何融合？什么是云網(wǎng)一體化？阿里巴巴達(dá)摩院XG實(shí)驗(yàn)室高級技術(shù)專家南書、邊緣計(jì)算團(tuán)隊(duì)高級技術(shù)專家屹平分享5G下，邊緣計(jì)算的更多可能。
一? 5G的核心能力成為移動(dòng)邊緣計(jì)算的最大驅(qū)動(dòng)力
5G所強(qiáng)調(diào)的三大特性也就是5G的核心能力，即低時(shí)延，高帶寬和大連接。5G所承諾的低時(shí)延是1毫秒，但需要強(qiáng)調(diào)的是這里的1毫秒只是空口的時(shí)延，對于最終用戶來說大家可能更關(guān)注的是端到端的時(shí)延，端到端時(shí)延最簡單的計(jì)算邏輯就是距離，距離產(chǎn)生的時(shí)延基本就是光纖傳輸時(shí)延，大概就是100公里1毫秒。所以在5G時(shí)代，端到端時(shí)延的本質(zhì)就是距離所產(chǎn)生的光傳輸時(shí)延。我們用這個(gè)思路再對照看下之前的2/3/4G的情況。根據(jù)OpenSignal的一份測試報(bào)告顯示，在2G時(shí)代，光纖傳輸時(shí)延在整體端到端占比是微不足道的，也意味著空口時(shí)延占了大頭。
而在5G時(shí)代，這個(gè)比例高達(dá)60%，光纖傳輸也就是地理位置將會(huì)極大地影響端到端的時(shí)延，進(jìn)而影響到用戶體驗(yàn)。因此，5G低時(shí)延的特性如果需要得到更好的發(fā)揮，就必須通過更近的業(yè)務(wù)部署來降低傳輸在整體時(shí)延中的占比，而在IT領(lǐng)域的邊緣計(jì)算技術(shù)就能很好的契合這樣的需求，成為促進(jìn)移動(dòng)邊緣計(jì)算發(fā)展的驅(qū)動(dòng)力之一。
5G的另一個(gè)特性就是高帶寬。5G高達(dá)10G的峰值速率，一方面能讓用戶看到更清晰的視頻，享受沉浸式的業(yè)務(wù)體驗(yàn)，但另一方面，也會(huì)給業(yè)務(wù)方傳統(tǒng)的集中云部署方式帶來可能翻數(shù)倍的流量成本，當(dāng)然也給運(yùn)營商整體的網(wǎng)絡(luò)帶寬建設(shè)提出了挑戰(zhàn)。這就需要我們重新來審視一下網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，考慮流量從集中云到邊緣云的卸載。在這里，再一次找到了5G和邊緣計(jì)算的契合點(diǎn)，通過業(yè)務(wù)的邊緣部署，降低了回傳鏈路的帶寬消耗，降低成本的同時(shí)還降低了時(shí)延。在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的物聯(lián)網(wǎng)場景下，可能會(huì)生成海量的數(shù)據(jù)，如果這些數(shù)據(jù)都集中到云上去做處理就可能造成資源的浪費(fèi)。如果在中間位置進(jìn)行數(shù)據(jù)預(yù)處理，一方面可以盡快的進(jìn)行下行反饋，形成物聯(lián)網(wǎng)的系統(tǒng)閉環(huán)，另一方面可以做上行的數(shù)據(jù)聚合，形成物聯(lián)網(wǎng)的群體智能。這樣的中間位置就是邊緣計(jì)算的部署點(diǎn)，因此結(jié)合上面對5G特性，也就是5G核心能力的分析，我們就可以得出這樣的結(jié)論：5G的核心能力將成為移動(dòng)邊緣計(jì)算發(fā)展的最大驅(qū)動(dòng)力。
邊緣計(jì)算可以大幅降低網(wǎng)絡(luò)時(shí)延如果僅僅從資源更近這個(gè)角度來思考5G下的邊緣計(jì)算，那就太簡單了。從本質(zhì)上來說，邊緣計(jì)算是屬于互聯(lián)網(wǎng)IT域的概念，而5G是屬于通信網(wǎng)CT(CommunicationTechnology)域的概念，要想把5G下的邊緣計(jì)算用好就必須進(jìn)行IT和CT的融合，而不是簡單的1+1。這里的融合分為架構(gòu)融合、部署融合和調(diào)度融合。架構(gòu)融合：獨(dú)立標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)走向融合架構(gòu)設(shè)計(jì)
從架構(gòu)融合來講，5G包括UPF(User Plane Function，用戶面功能)核心網(wǎng)這些支撐邊緣計(jì)算功能網(wǎng)元和系統(tǒng)的架構(gòu)規(guī)劃都放在了3GPP(3rd Generation Partnership Project，第三代合作伙伴計(jì)劃)這個(gè)國際化組織，而邊緣計(jì)算的整體架構(gòu)則歸屬在ETSI(European Telecommunications Sdandards Institute，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì))，各組織都在自己的方向上獨(dú)立演進(jìn)，因此首先要融合的就是架構(gòu)，形成一體化，融合的架構(gòu)設(shè)計(jì)。部署融合里的部署重點(diǎn)關(guān)注的就是UPF和MEC(Multi-access Edge Computing，多接入邊緣計(jì)算)節(jié)點(diǎn)的部署。UPF作為移動(dòng)網(wǎng)的網(wǎng)元，運(yùn)營商會(huì)根據(jù)自己的規(guī)劃進(jìn)行部署，而MEC節(jié)點(diǎn)則歸屬于互聯(lián)網(wǎng)公司，結(jié)合自己的應(yīng)用場景、受眾來部署，兩者歸屬不同車道，因此可能會(huì)存在部署不一致的問題，進(jìn)而讓邊緣計(jì)算的收益大打折扣。所以我們需要從雙車道的獨(dú)立部署走向一體化部署。這也就關(guān)聯(lián)到了第三個(gè)融合，就是調(diào)度融合。調(diào)度融合：互不感知的域內(nèi)調(diào)度走向全域調(diào)度
由于UPF和MEC節(jié)點(diǎn)所服務(wù)的用戶不同，造成兩者的流量模型產(chǎn)生很大的差異，承載服務(wù)所需要的網(wǎng)絡(luò)指標(biāo)也不盡相同。雙方為了兼顧性能、容量、成本和服務(wù)質(zhì)量等因素，在各自系統(tǒng)中部署自己獨(dú)立的調(diào)度系統(tǒng)，如果這樣的系統(tǒng)做不到互相感知，就會(huì)造成彼此流量走向的不一致，其后果不僅會(huì)讓調(diào)度效果大打折扣，更可能出現(xiàn)事與愿違的情況。因此，我們需要從互不感知的域內(nèi)調(diào)度走向全域調(diào)度。綜上，5G時(shí)代的邊緣計(jì)算首先要考慮的就是融合。
三? 一體化增強(qiáng)服務(wù)的5G邊緣計(jì)算通常意義上的邊緣計(jì)算我們都會(huì)簡單地等同于IP流量調(diào)度。到了5G時(shí)代，大家也會(huì)簡單類比UPF到MEC節(jié)點(diǎn)就是牽引一條IP數(shù)據(jù)流，把感興趣的流量牽引過來即可。但實(shí)際上5G下的邊緣計(jì)算可以做更多。第一就是可以從面向流量的經(jīng)營增強(qiáng)為面向服務(wù)的經(jīng)營。我們牽引過來的不僅僅是流量，而是流量上面所承載的服務(wù)，服務(wù)將會(huì)賦予流量更多的意義，因此在進(jìn)行調(diào)度的時(shí)候，更多需要考慮的是流量所承載服務(wù)的要求而不是單純的數(shù)據(jù)流。所以5G下的邊緣計(jì)算需要從面向流量演化為面向服務(wù)。從面向服務(wù)的角度出發(fā)，5G邊緣計(jì)算如果僅僅是作為一種離用戶更近的服務(wù)部署來定位的話，那就降低了5G邊緣計(jì)算的價(jià)值。除了近所帶來的更低時(shí)延這個(gè)顯而易見的優(yōu)勢之外，我們需要進(jìn)一步關(guān)注和實(shí)現(xiàn)服務(wù)增強(qiáng)。從服務(wù)更近演化為服務(wù)更強(qiáng)由于移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)本身的架構(gòu)特性，相對于傳統(tǒng)的固網(wǎng)架構(gòu)，移動(dòng)網(wǎng)采用的是用戶面流量和控制面管控兩條腿走路的模式。邊緣計(jì)算牽引的是用戶面流量，但還可以通過與移動(dòng)網(wǎng)交互從而獲得更多控制面的信息，比如SINR，Cell Load等數(shù)據(jù)。這些控制面的數(shù)據(jù)可以給服務(wù)更多的能力組合，進(jìn)一步增強(qiáng)邊緣計(jì)算的對外服務(wù)能力，甚至能開拓出新的業(yè)務(wù)場景。比如在牽引流量的同時(shí)，帶上控制面所看到的整體小區(qū)負(fù)荷、信號強(qiáng)度等數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)可以用于服務(wù)端進(jìn)行更好地擁塞控制，從而讓上層業(yè)務(wù)適應(yīng)到對應(yīng)的無線環(huán)境，進(jìn)一步提升了用戶體驗(yàn)。最后，由于有了邊緣計(jì)算的存在，原來互聯(lián)網(wǎng)普遍的“客戶端／服務(wù)器”的架構(gòu)也會(huì)變成“客戶端／邊緣端／服務(wù)端”的架構(gòu)，因此必須考慮到邊緣在整體鏈路中的角色，考慮到5G帶來的增強(qiáng)服務(wù)。在5G時(shí)代，邊緣部署的服務(wù)不能只是簡單的云服務(wù)的就近部署，必須從通用服務(wù)演化為5G邊緣服務(wù)，只有這樣才能真正用好5G邊緣計(jì)算。
首先，我們強(qiáng)調(diào)一個(gè)前提，邊緣計(jì)算一定不是孤立的，我們將邊緣計(jì)算視為云計(jì)算的延伸，拓展云的邊界。邊緣作為終端與云中心之間的數(shù)據(jù)紐帶，對形成“云-邊-端”一體的計(jì)算形態(tài)至關(guān)重要。云計(jì)算最大的優(yōu)勢就是規(guī)模化的計(jì)算集約，因此能夠獲得巨大的降本增效收益，但是把全部的計(jì)算都集中在一個(gè)點(diǎn)顯然不現(xiàn)實(shí)，除了計(jì)算成本之外，另外一個(gè)影響計(jì)算分布形態(tài)的至關(guān)重要的因素就是數(shù)據(jù)的傳輸成本。“云-邊-端”一體的計(jì)算協(xié)同形態(tài)，其實(shí)就是數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)中的傳輸成本和計(jì)算集約收益之間形成的動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。在這個(gè)形態(tài)下，我們通過不斷地網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和技術(shù)能力革新，去影響計(jì)算集約的分布狀態(tài)。分布在全球的數(shù)十個(gè)中心云Regions是云計(jì)算的核心大腦，基于大規(guī)模集中的計(jì)算資源提供超強(qiáng)、高效的算力。資源集約化，也大幅降低了單位算力的成本，同時(shí)相對而言，到終端的平均數(shù)據(jù)傳輸成本也比較高。從云中心往外下沉延伸，是運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)，連接著數(shù)以百計(jì)的運(yùn)營商數(shù)據(jù)中心，這也是第一層邊緣計(jì)算分布節(jié)點(diǎn)，提供中小規(guī)模集中算力，用于覆蓋省一級的就近計(jì)算和流量調(diào)度。同時(shí)，在這一層邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)基于大量廣分布的數(shù)據(jù)中心構(gòu)建一個(gè)SD-WAN（軟件定義廣域網(wǎng)）網(wǎng)絡(luò)，負(fù)責(zé)回云加速、邊到邊加速，提供“云-邊”和“邊-邊”協(xié)同能力，屏蔽中心云與邊緣云之間因互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)波動(dòng)對業(yè)務(wù)層數(shù)據(jù)傳輸造成的影響。相比中心云，在這一層計(jì)算節(jié)點(diǎn)，計(jì)算集約帶來的收益相對變小，但與終端之間的數(shù)據(jù)傳輸成本也顯著降低。5G，讓邊緣計(jì)算繼續(xù)下沉延伸到運(yùn)營商地市城域網(wǎng)，將來會(huì)連接著數(shù)以萬計(jì)的MEC節(jié)點(diǎn)，這是第二層邊緣計(jì)算分布節(jié)點(diǎn)，提供小微規(guī)模集中算力，用于覆蓋地市一級的就近計(jì)算和流量調(diào)度。因?yàn)镸EC節(jié)點(diǎn)距離終端更近了一步，更低的時(shí)延和更低的成本，讓更多原本只能在終端進(jìn)行的計(jì)算能夠上移至邊緣，從而形成算力集約，最終帶來成本收益。而且，5G釋放出來更多的終端到邊緣之間的網(wǎng)絡(luò)傳輸質(zhì)量管控能力，可以讓我們基于場景來優(yōu)化“端-邊”的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)質(zhì)量，達(dá)到降低成本的同時(shí)并未降低用戶體驗(yàn)。綜上，通過一個(gè)整體的從云到邊再到端的網(wǎng)絡(luò)體系，形成云網(wǎng)一體化的能力，讓不同業(yè)務(wù)場景能夠在這樣一體化的形態(tài)中找到最適合自己的計(jì)算分布形態(tài)。
五? 基于業(yè)務(wù)場景的全鏈路統(tǒng)一QoS管控
在云網(wǎng)一體化的能力中，業(yè)務(wù)場景除了成本之外，最關(guān)注的就是網(wǎng)絡(luò)QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）。“云-邊-端”這樣一個(gè)長鏈路下，不同分段所采用的QoS策略也不盡相同。這里列舉了三種不同的數(shù)據(jù)傳輸場景：
本地MEC內(nèi)終端之間
終端與云中心之間
跨地域/運(yùn)營商終端之間
5G核心網(wǎng)內(nèi)
MEC到數(shù)據(jù)中心以及不同地域/運(yùn)營商的數(shù)據(jù)中心之間
數(shù)據(jù)中心到云中心之間
在5G核心網(wǎng)/MEC這個(gè)范圍內(nèi)，QoS策略的管控，需要基于運(yùn)營商5G能力對接來實(shí)現(xiàn)，這一段QoS保障可以大幅度提升終端接入這一段的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。在MEC到數(shù)據(jù)中心這一段，是運(yùn)營商互聯(lián)網(wǎng)的范疇，我們在這一段網(wǎng)絡(luò)中基于廣分布的數(shù)據(jù)中心資源構(gòu)建一張Overlay SD-WAN網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)對互聯(lián)網(wǎng)波動(dòng)的屏蔽和業(yè)務(wù)流量管控調(diào)度。在數(shù)據(jù)中心到云中心之間，在運(yùn)營商互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上，輔以運(yùn)營商專線來進(jìn)一步改善回云傳輸鏈路的網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量。
最終，將這三段網(wǎng)絡(luò)的QoS管控調(diào)度能力整合，為上層業(yè)務(wù)應(yīng)用提供端到端全鏈路一體化的QoS保障能力，從而大幅降低業(yè)務(wù)應(yīng)用層面運(yùn)維復(fù)雜度。邊緣計(jì)算，促使計(jì)算形態(tài)發(fā)生變化，讓更多的業(yè)務(wù)場景落地成為可能，但同時(shí)計(jì)算形態(tài)和分布的多樣性也大幅度提升了技術(shù)復(fù)雜度。5G并不只是讓邊緣計(jì)算更近，阿里云的邊緣計(jì)算，要為業(yè)務(wù)屏蔽復(fù)雜的計(jì)算分布和數(shù)據(jù)協(xié)同，從而幫助更多的業(yè)務(wù)場景落地到“云-邊-端”一體的計(jì)算形態(tài)中，實(shí)現(xiàn)收益/成本最大化。
