构建面向5G的边缘计算

杜唯扬，陈思仁

（英特尔（中国）有限公司，北京 100013）

万物互联的时代，网络连接对象正从人扩展至物。IDC的统计数据显示，到2020年将有超过500亿的终端与设备联入网络，而到2018年年底，就将有50%的物联网网络面临网络带宽的限制，40%的数据需要在网络边缘侧分析、处理与储存。这说明随着物联网规模的快速增长，集中式的数据存储、处理模式将面临难解的瓶颈和压力，此时在靠近数据产生的网络边缘提供数据处理的能力和服务，将是推动ICT产业发展的下一个重要驱动力。

边缘计算（Edge Computing）的概念由此而生。2014年，欧洲电信标准协会（ETSI）成立了移动边缘计算规范工作组（ETSI Mobile Edge Computing Industry Specification Group），开始推动相关的标准化工作。2016年，ETSI把此概念扩展为多接入边缘计算（MEC），并综合考虑FMC（固网/移动融合）的场景需求。2016年4月，3GPP SA2又正式接受MEC，将之列为5G架构的关键技术。

1 边缘计算的概念

根据ETSI的定义，多接入边缘计算是在靠近人、物或数据源头的网络边缘侧，通过融合了网络、计算、存储、应用等核心能力的开放平台，就近提供边缘智能服务，来满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。

以一个部署在传统无线接入网的边缘计算系统为例，它要具备业务本地化和近距离部署的条件，来提供高带宽、低时延的传输能力，同时通过业务面下沉形成本地化部署，来有效降低对网络回传带宽的要求和网络负荷。边缘计算由于提供了应用程序编程接口（API），并对第三方开放基础网络能力，从而使网络能够根据第三方的业务需求实现按需定制和交互。

2 边缘计算的位置（如图1所示）

如果要问今天边缘计算的位置到底在哪里？其答案并不是绝对的。据英特尔的观察，边缘计算的部署跟它的应用场景有着紧密的关系。如果把整个通信服务提供商的网络架构分为内环、中环和外环的话，这3个环中都具备部署边缘计算的位置。其决策因素包括对网络质量的要求在哪里，以及场景应用要达到怎样的时延等。以人们起初对边缘计算的认知，它应该部署在最靠近用户的位置，比如在基站中。的确，部署在基站，实实在在地满足了低时延和高带宽的需求，这对时延敏感型的应用场景，当然是最合适不过。

但这种情况，并不是惟一的应用场景。总的来说，边缘计算可以按需部署于无线接入云、边缘云或者汇聚云。对于低时延场景，边缘计算需要部署于靠近基站侧的无线接入云；对于高带宽要求的大流量热点地区，边缘计算可以部署于边缘云；对于海量连接的场景，边缘计算可部署于位置更高一些的汇聚云，以便覆盖更大区域的业务需求。

图1 边缘计算的位置

3 边缘计算与5G

根据国际电信联盟（ITU）对5G的标准要求，它要包括三大应用场景：eMBB（增强型移动宽带）、mMTC（海量机器类通信）和 uRLLC（超可靠低时延通信），分别对应高清视频、VR/AR，智慧城市、智能家居，自动驾驶、工业控制等场景。

边缘计算正好契合这些需求：一是通过对4K/8K、VR/AR等高带宽业务的本地分流，降低对核心网络及骨干传输网络的占用，有效提升通信服务提供商网络的利用率；二是通过内容与计算能力的下沉，让通信服务提供商的网络能有效支撑未来时延敏感型业务（车联网、远程控制等）以及大计算和高处理能力需求的业务（视频监控与分析等）。

4 边缘计算的部署方式

边缘应用如何部署，这是摆在产业各方眼前的一个关键问题。总结边缘计算中的应用，我们可以将之分为两类：一类是通信服务提供商本身的业务，另一类是云服务。其中云服务又分为比较热门的20ms延时以内的业务，以及依赖于网络功能提供的业务，还有OTT业务。

从业务分析的角度来看，部署业务的方式可以选择3种。

（1） 以NFV方式部署，运行在NFV平台之上。

（2）以MEC-APP部署，运行在MEC业务平台之上。

（3） 以Cloud Native2方式部署，运行在云平台之上。

其中NFV平台的应用，对于通信服务提供商来说越来越成熟，但对于云服务部署尤其是OTT业务来说，应用的开发、部署及维护会带来比较大的工作量，它若要按照通信服务提供商的NFV一整套规范来进行编程，比较具有挑战性。另外对于MEC业务平台来说，考虑功耗、供电，边缘机房改造等，也是比较复杂的过程，针对这些问题，英特尔和合作伙伴正在联手定义相关的软硬件平台，例如以容器技术和微服务为基础的Cloud Native架构。

5 边缘计算典型应用

由于边缘计算具有高带宽、低时延以及位置感知等技术特征，因此应用场景十分丰富。如移动CDN下沉、AR/VR、车联网以及视频监控分析等都是边缘计算的典型应用场景。

（1）边缘技术平台通过内部部署边缘CDN系统，可以促进移动CDN下沉，OTT 可以IaaS的方式租用边缘服务器节点存储自身的业务内容，并在自有的全局DNS系统中将服务指向边缘CDN节点。

(2）对于AR/VR来说，边缘计算上的Offloading技术可以把它们非常重负荷且复杂度比较高的图像计算卸载到边缘数据中心，来加速其计算处理过程，同时降低AR/VR体验中的延时。

(3）车联网应用边缘计算技术，可以降低时延，适合车联网中防碰撞、事故警告等时延标准要求极高的业务类型。此外，边缘计算车联网平台还可实现路径优化分析、行车与停车引导、安全辅助信息推送以及区域车辆服务指引等。

(4）视频监控与分析引用边缘计算，可对视频内容进行本地分析和处理，无须将大量无价值视频数据回传，可大大节省传输资源。

6 英特尔边缘计算解决方案

英特尔从边缘计算概念萌发之时起，就是其技术创新和产业协作的重要参与者和推动者，一直致力于提供开放架构的软硬件平台、输出边缘计算技术能力以及参与相关标准与联盟组织，来不断推动边缘计算产业的发展。

6.1 标准与组织联盟

早在2014年ETSI首次成立移动边缘计算规范工作组时，英特尔就是发起者之一。此后，英特尔一直在积极参与支持ETSI推动相关标准化工作，这些工作包括在2016年把概念扩展为多接入边缘计算，发布3份与MEC相关的技术规范，分别涉及MEC术语、技术需求及用例、MEC框架与参考架构。

同时，英特尔也是5GAA（5G Automotive Association）联盟的发起者和董事会成员。2017年8月，英特尔还联合爱立信、丰田汽车与日本NTT等公司成立汽车边缘计算联盟（AECC），以开发可连接汽车的网络和计算生态系统。

除此以外，在3GPP等5G标准组织中，英特尔也是重要的参与方和技术贡献者。

6.2 产品方案

基于硬件资源池化及软硬件解耦的思路，英特尔推出了NEV SDK（网络边缘虚拟化套件），可协助边缘计算领域的合作伙伴加速开发面向电信领域的相关应用。除聚焦基础设施平台能力外，NEV SDK还可为边缘计算应用开发者提供基于IP业务的、具备丰富API接口及高性能转发能力的基础软件环境。它为开发者屏蔽了复杂的电信网络控制，即使开发者对繁琐的电信网络不够了解，也能快速进行应用开发。

英特尔于2017年7月发布的新一代至强可扩展处理器能够以突破的性能从容应对网络工作负载，帮助通信服务提供商从固定功能的专用网络加速转型到灵活的软件定义网络（SDN）。相比上一代至强处理器产品，该处理器集成了新一代英特尔QuickAssist技术(以下简写为QAT)，其搭配数据平面开发套件（DPDK），可使关键网络应用的IPSec转发速率提升达前一代QAT技术的2.5倍，该处理器的整体计算性能也平均提升达上一代产品的1.65倍，从而能大大提升网络转型的速度。

在系统芯片（SoC）方面，英特尔凌动处理器C3000产品家族旨在为高密度低功耗网络、存储和物联网产品提供高性能。英特尔至强处理器D-1500产品家族的网络系列适用于各种不同的工作负载环境，包括中端网络路由器、无线基站、温存储、工业物联网等，为基础设施优化提供了新的选择。

6.3 案例

中国联通携手英特尔、诺基亚、腾讯云在上海“梅赛德斯-奔驰文化中心”成功搭建网络边缘云系统，利用LTE现网验证了基于MEC的多角度视频直播和主播互动业务。场馆内联通用户可以通过手机、PAD等设备，实时进行多角度高清视频观看和互动直播，可以实现TBytes吞吐量、500ms时延，相比30-40s的传统互联网直播时延，大大提升了用户体验。

富士康联手亚太电信与英特尔打造了边缘计算解决方案，并将其应用到台湾三创生活园区。边缘计算的部署让园区内的商家更贴近消费者，例如通过面部识别，商场可以快速识别VIP客户并提供差异化和个性化的服务；基于移动端的商场室内导航、3D导览和导购可以快速让消费者找到想要的商品。所以，在5G技术下的边缘计算服务技术，得益于其超低时延、超高频宽的无线网络架构设计，能让传输效率大幅提升，进而使后端可以支撑更为多元的前端应用，为用户提供更佳的消费体验。

7 展望

通过对边缘计算的全方位阐述，我们不难发现它为产业内的参与者和大众提供的创新潜能和出色价值：终端用户通过边缘计算，不论是连接网络还是获取内容，都能获得更优和更为个性化的应用体验；通信服务提供商通过边缘计算平台将增强的网络能力开放给第三方OTT提供商或者应用开发者，并将他们的应用和服务提供给移动用户、企业和垂直行业，也有望重新定义自身在整个产业链中的角色；OTT提供商和独立的应用开发商，也能在边缘计算的开放标准平台之上快速开发新的应用、缩短开发周期，在为终端用户提供近乎零延时的极速体验的同时，为自已创造更高、更快的收益。在英特尔看来，边缘计算将是云服务提供商与通信服务提供商的结合点，无数跨界式的创新，正在此处酝酿着“一鸣惊人”的爆发力。

为了让这些潜力和价值尽快得以释放，包括英特尔在内的边缘计算产业参与者正在积极进行新技术和新产品的验证、测试和部署，这一领域也正吸引更多的参与者加入，来推动整个产业的发展进程。可以预见，越来越多的创新应用将会诞生在边缘，它们也将会随着5G的快速发展来到我们的身边，而这一切，都离不开开放系统架构和强大的计算力的支持。