基于5G通信的广电边界云计算架构与云平台建设

纪盈含

（黑龙江省广播电视安全播出调度中心，黑龙江 哈尔滨 150090）

0 引 言

随着5G通信的不断推广应用，诸多行业和机构持续推动相关技术产业的落地。边界云计算作为云平台建设的核心技术，已经成为人们研究的热点。受限于传统计算机制的影响，能力弱、容积小、可持续性差以及断点堵点多等性能问题严重制约了行业内传统计算终端的发展[1]。为解决突出问题，突破技术壁垒，广电5G在云平台建设进程中引入广电边界云计算架构，并将其嫁接至区域、板块以及移动终端等场景。通过不断部署云节点和利用边际协同效应打造“跨域联动、一体融合、协同共享”的分布式差异化云平台，以云边界的强计算机制为广电5G赋能，统筹现有资源，以中心式运维推动广电全域各节点的态势共享、数据分发以及服务延伸等实际工作，降本增效，规范服务，为新阶段广电5G推动产业结构升级提供技术支撑。

1 系统结构与技术原理

云平台建设基于边界云计算架构设计，为云服务和云存储等技术加载和后台运维提供边界云计算场景，利用与广电云中心等核心网络节点的数据共享，完成数据处理等倾向于用户的终端服务。边界计算能力能够有效满足用户实际体验，提高由原Internet提供的基础服务质量。依据边界云计算架构原理，网络协议提供了与5G通信网和移动网等连接的多类型网络接口，同步适配同类型软硬件[2]。一般条件下，边界云与计算核之间的海量数据交互需要支持多层组织架构，如图1所示。

图1 边界云与计算核的多层数据交互架构

计算核（数据采集层）对接的是广电云的各类业务、非线性数据处理以及全域数据运维等板块。边界云（传输层）对接即时业务，能够满足计算核的业务数据要求和运维需求。用户端（服务层）对接部分计算能力和运维能力，在数据计算能力倾向终端时满足缓存数据对服务的需求[3]。

2 广电边界云计算架构设计

结合Internet组织体系架构的问题，设计一种基于5G通信的广电边界云计算架构。核心思想为通过边界云的灵活机动运算和网络分布存储能力，解决原互联网提供数据调配、计算以及存储等服务的资源调度限制。依托边界云的核心计算能力，嫁接网络终端用户和云数据中心间的数据服务，实现分布式的云端资源获取和信息处理能力[4]。在整个边界云计算框架中，5G通信网络承载着海量数据传输功能，如图2所示。

图2 基于5G通信的广电边界云计算架构

边界云计算架构设计3层体系，分别为以广电基站为核心的数据采集层、以5G通信网为主网和搭配Internet底层网的数据传输层、以云平台为基础的终端服务层[5]。

数据采集层通过单片机设计数据处理终端，使得数据采集层根据终端定制需求完成数据的精准采集和后期处理。此外，通过5G模块和系统架构的数据接口实现数据云端的共享、分发以及处置，高效对接数据传输层的业务范围。

数据传输层利用5G通信网络的核心功能完成云平台的数据传输，通过广电5G完成对规划区域的精准覆盖，利用Internet有线和远距无线传输等网络协议，补充数据传输的全域覆盖，提供相关参数作为数据矫正[6]。为保证数据传输的稳定性，通过通信中继准入广电5G网络中枢。

终端服务层通过组织架构中的边界云计算，实现数据处理的专属性，即定向完成终端需求或其他业务末端的服务请求[7]。利用传输层实时共享用户需求和终端数据，通过对基础应用功能进行局部边界计算，针对不同需求、不同标准以及不同输出进行资源整合、调度以及匹配，基于强大的5G通信能力和云数据的计算能力得到目标数据或定向结果，利用反向传输的功能将结果传递至终端用户，并记录在云端的存储系统。

3 广电5G云平台建设

3.1 建设目标

广电5G云平台建设是以省市为单位，辐射全国终端用户，以分布式网络体系为基本架构，部署的计算中心与运营服务中心。它的核心业务包括业务运行、核心计算、数据存储、网络运维、信息安全以及用户服务等，在打造一体化云平台的基础上，实现区域资源共享和实时业务服务，并持续为智慧广电的智能化和无人化方向进行技术赋能[8]。广电5G云平台建设目标如图3所示。

图3 广电5G云平台建设目标

3.2 技术路线

云平台建设中作为核心的数据中心需要为边界计算的各个分节点提供计算平台、传输渠道以及缓存空间，同步做好数据安全和网络运维等工作，并在平台-中心-节点间做好智能协同和异步协作，实现自主式一体化管理和控制。

基于产品全生命周期管理系统（Product Lifecycle Management，PLM）完成云平台数据中心业务类的全时管控，以资源模式协调完成相关业务。数据中心能够精准对接边界计算的各个分节点，因此可以提供多个维度的数据处理。基于电子设计自动化（Electronic Design Automation，EDA）+图形处理器（Graphics Processing Unit，GPU）服务器软硬件一体化来实现边缘节点的计算方案，以期将计算能力拓展至网络边际，以整合优化资源，集中突破计算瓶颈，实现稳定且长效的本地服务响应。

3.2.1 分时管控

根据边界云架构的技术底层服务与分时管控硬件满足适配性要求，突出解决边界节点在异步重构和分时运维等方面存在的虚实结合问题，设计软件定义网络（Software Defined Network，SDN）+底层承载网underlay的方案，对物理网络和虚拟网络进行正向分离和解耦，实现分时管控的云网边界效应。

3.2.2 节点智能

为进一步打通基于广电5G网络边界性节点的智能化运维，实现数据计算、内容管理和系统运维等大类业务的智慧管控，云平台采用边缘节点服务（Edge Node Service，ENS）将网络架构堆积各个要素分别拓展至Internet的网络栈道，实现边界云计算、5G通信网络以及信息数据安全的三维融合。

3.2.3 云边协同

考虑云平台数据中心的业务特点和边界云效应，协同工作需要准确对接需求的接入、资源的介入以及在信息数据处理方面的有机融合，实现全国范围内跨域节点之间的内容交互。

3.2.4 云网一体

采用分布式云平台的弹性部署，支持5G网络+多接入边缘计算（Multi-access Edge Computing，MEC）。边缘侧计算服务完成终端接入与需求定制，保证智慧广电的业务工作落地。

3.3 建设部署

利用Open Stack计算弹性控制器Nova建设开放式应用程序界面（Application Program Interface，API）接口和正向解耦的系统架构，以完成云数据生命周期的各种动作，负责管理整个云的计算资源、网络、授权及测度。Nova通过libvirt用于管理虚拟化平台的开源API、后台程序以及管理工具，实现基础设施即服务（Infrastructure as a Service，IaaS）层异构资源的整合、优化以及管理。通过Web服务API对外提供处理网云数据接口，且该接口与Amazon的Web服务接口相兼容。通过将SDN和underlay技术融入边界云计算，使数据控制与转发实时同步，分时分离完成软硬件系列的正向解耦，转换为按需提供的计算存储、网络安全、应用管理、数据分析以及管理部署等云服务，如图4所示。

图4 基于Open Stack的广电云平台建设

4 结 论

通过广电5G通信网络特点构建广电边界云计算架构，实现对全域和全类数据感知终端的一体融合，并逐步完善云平台建设，完成分布式节点部署、云网协同以及云边协同等业务模式，拓展信息数据的网络传输和边际协同能力。以广电5G为核心的网络化数据链路实现了降本增效，提供了标准化技术服务规范，可为广电业态的跨域式融合奠定技术基础。