為什么需要邊緣計算?

邊緣計算是幾年前出現(xiàn)的概念。它在行業(yè)中有著許多不同的定義，并且一個公認的定義是在更加靠近終端的網絡邊緣上提供服務。一方面，網絡位置必須足夠接近終端。另一方面，必須在這個網絡位置提供滿足邊緣計算要求的綜合服務能力。

隨著互聯(lián)網的發(fā)展，業(yè)務場景往往是復雜和創(chuàng)新的。不斷增長和最終的體驗要求帶來了對架構和成本優(yōu)化的需求。以前比較簡單的中心終端架構無法管理網絡性能和業(yè)務流量壓力，需要多級中心邊緣終端架構。

此外，隨著物聯(lián)網和4G/5G等新技術的發(fā)展，越來越多的智能設備連接到互聯(lián)網。根據調研機構IDC公司的數據統(tǒng)計，到2020年將有超過500億臺終端設備連接到互聯(lián)網，這是一個巨大的數字。大量物聯(lián)網設備生成的數據正在呈指數級增長。如果將如此大量的數據和設備訪問流量直接路由到云計算中心，則云計算中心將不堪重負，從而帶來許多問題，例如網絡擁塞。邊緣計算支持建立大規(guī)模分布式體系結構，該體系結構允許在邊緣計算上處理某個范圍內的特定百分比的數據。只有少量必要的數據和訪問流量需要路由到云計算中心。

邊緣計算能提供哪些功能?

• 首先是更低的網絡延遲?？臻g距離的縮短可以減少傳播延遲。更重要的是，它減少了復雜網絡上各種路由/轉發(fā)和網絡設備處理場景造成的延遲，從而顯著減少整體延遲。

• 第二是支持大帶寬的場景。通過邊緣處理大流量業(yè)務，邊緣計算可以有效避免網絡擁塞等問題，并顯著降低成本。

• 第三是處理高度并發(fā)訪問。邊緣計算使用分布式架構來減輕云計算中心的負載。

從這些方面來看，可以看出邊緣計算是云計算中心能力的補充。其定位不是取代云計算中心，而是擴展云計算邊界，并賦予新的云端終端業(yè)務架構以及云計算中心。云計算與邊緣計算之間的協(xié)同作用是互聯(lián)網(IoB)時代的基本形式。

邊緣計算如何提供服務?

行業(yè)專家認為邊緣計算絕對不是直接將云計算的復制和傳輸能力轉移到邊緣，因為邊緣的運行環(huán)境與云計算中心完全不同。邊緣計算規(guī)模小，資源有限，并且是異構的。此外，邊緣計算的節(jié)點分散在網絡的遠端。在此基礎上建立分布式業(yè)務體系結構，必然涉及調度。

考慮到上述原因，邊緣計算應該提供平臺來隱藏邊緣計算的底層復雜基礎設施，并且標準化和開放底層計算、存儲、網絡基礎設施的能力，以及分發(fā)、調度、安全性和其他所需功能通過分布式架構。通過這種方式，用戶可以輕松構建自己的分布式邊緣業(yè)務架構。

目前，阿里云公司已在邊緣計算領域開發(fā)了多種云計算產品。在這里討論的是阿里云在邊緣計算基礎設施層面的通用服務能力規(guī)劃，即邊緣計算分布平臺。

在當前的邊緣場景中，最成熟的應用是內容交付網絡(CDN)。內容交付網絡(CDN)預先將內容緩存到邊緣節(jié)點以實現(xiàn)低延遲和更低的內容消費成本。針對內容交付網絡(CDN)架構，開發(fā)團隊希望將邊緣計算構建到計算分發(fā)平臺中，該平臺通過中心的資源調度來檢查客戶的資源需求，并選擇適當的邊緣節(jié)點資源。然后，平臺根據計算分配能力將業(yè)務邏輯打包，并分發(fā)到邊緣節(jié)點，以便客戶的業(yè)務可以輕松地在邊緣上運行。

在將適當的業(yè)務邏輯傳送到邊緣節(jié)點以便執(zhí)行之后，數據生成和消費可以在邊緣內形成閉環(huán)，而不必返回到云計算中心進行處理。首先，邊緣計算的基礎設施建立在各種邊緣節(jié)點上，包括諸如邊緣計算IDC的固定網絡節(jié)點，諸如無線基站的移動網絡節(jié)點，以及具有不同資源能力和網絡環(huán)境的更多異構協(xié)作節(jié)點。基于邊緣計算基礎設施，諸如ENS和LNS的軟件系統(tǒng)用于封裝底層復雜基礎設施形式，然后進行抽象并開放上層的標準化接口和服務能力。

談到邊緣計算的網絡范圍，行業(yè)專家表示：“網絡邊緣不同于更加接近終端的政府、企業(yè)、校園和家庭的用戶端網絡，以及不同地區(qū)(如省份)的運營商網絡，從終端到中心的網絡連接相對復雜，邊緣計算必須提供廣泛的覆蓋范圍，從最后幾百或幾十公里到最后十公里到終端，以確保提供服務能力。邊緣節(jié)點服務(ENS)針對中間運營商網絡，包括固定網絡上的IDC環(huán)境和移動網絡上的移動邊緣計算(MEC)環(huán)境。通過基于邊緣節(jié)點服務(ENS)描繪邊緣網絡范圍，我們可以快速識別一些目標場景，例如作為內容分發(fā)網絡(CDN)和互動直播?！?/p>

現(xiàn)有業(yè)務發(fā)展的難點和挑戰(zhàn)

在邊緣節(jié)點服務(ENS)等邊緣計算服務出現(xiàn)之前，客戶只有一個選擇：他們必須從不同地區(qū)的不同運營商處購買節(jié)點，并建立自己的邊緣基礎設施。而自建基礎設施將帶來一系列問題和挑戰(zhàn)。

首先，自建基礎設施要求客戶自行執(zhí)行供應鏈管理，例如業(yè)務采購和服務器采購，以及節(jié)點建設，從而導致過多的資產投資和成本。在突發(fā)業(yè)務流量的情況下，客戶因缺乏靈活性而受到限制，因為新節(jié)點的構建需要較長的交付周期。在臨時的業(yè)務高峰后，大量資源閑置。此外，自建基礎設施給客戶的運營和維護帶來了挑戰(zhàn)。首先，客戶需要管理從邊緣節(jié)點的構建、交付到操作的整個過程。其次，客戶必須管理可能在物理服務器級別、操作系統(tǒng)級別和邊緣節(jié)點的軟件應用程序級別發(fā)生的運營和維護問題。每當出現(xiàn)問題時，客戶都需要使用一組工具來遠程查看日志和查找原因。在這種情況下，客戶迫切需要基于GUI的自動化運營和維護。

另一個挑戰(zhàn)在于安全性和可靠性。邊緣IDC基礎設施的可靠性取決于第三方運營商的服務?？蛻粜枰幚砀鞣N復雜情況，例如，采取對策來響應運營商網絡切換?？蛻暨€需要及時發(fā)現(xiàn)并應對邊緣節(jié)點上可能出現(xiàn)的硬件和軟件故障。這些要求需要在業(yè)務架構的設計和開發(fā)中實施，并帶來巨大挑戰(zhàn)和更高的成本。為了安全起見，應將重點放在不同級別的問題上，例如網絡流量安全性和主機安全性。每個級別的安全解決方案開發(fā)成本都很高。以DDoS保護為例。當發(fā)生對邊緣節(jié)點上的IP地址的攻擊時，整個網絡可能變得不可用。為了實現(xiàn)所需的保護效果，客戶可能需要在每個邊緣節(jié)點上部署組合的軟件和硬件系統(tǒng)解決方案。

阿里云的邊緣節(jié)點服務(ENS)

邊緣節(jié)點服務(ENS)的開發(fā)旨在解決客戶在上述目標方案中在自建邊緣基礎設施中可能遇到的難點和挑戰(zhàn)。邊緣節(jié)點服務(ENS)依靠靠近終端和用戶的邊緣節(jié)點提供計算分布平臺服務，使客戶能夠輕松地在邊緣運行適當的業(yè)務模塊，并建立云計算和邊緣計算協(xié)同的分布式邊緣架構。它具有低延遲和低成本的特點，并且減少了云計算中心的壓力。邊緣節(jié)點服務(ENS)的邊緣節(jié)點覆蓋了中國的主要區(qū)域和運營商。在邊緣節(jié)點上，可以根據客戶的需求動態(tài)調度計算資源，客戶可以將業(yè)務應用軟件準備到圖像包中，并將其分發(fā)到邊緣節(jié)點。邊緣節(jié)點服務(ENS)進一步將阿里云的公共云邊界擴展到邊緣，完全滿足客戶對復雜“中心+邊緣”業(yè)務架構以及公共云的需求，從而真正為用戶提供云計算的基礎設施功能。

邊緣節(jié)點服務(ENS)的價值觀和優(yōu)勢

通過使用阿里云的邊緣節(jié)點服務(ENS)，客戶可以在幾分鐘內創(chuàng)建邊緣資源，將從終端到節(jié)點的響應時間縮短到5毫秒，并為中心節(jié)省30%以上的帶寬成本。

邊緣節(jié)點服務(ENS)將一些自建基礎設施的問題封裝到底層，因為這些問題是不可見的，并且不需要用戶擔心。這大大減少了業(yè)務啟動或擴容的資本投入，也節(jié)省了大量的管理成本。其次，憑借其動態(tài)資源調度功能，邊緣節(jié)點服務(ENS)可以幫助客戶在相對較短的時間內擴展或縮減資源容量。客戶可以按需以現(xiàn)收現(xiàn)付模式購買資源。這可確保滿足業(yè)務資源要求，同時為客戶節(jié)省成本。

在產品體驗方面，邊緣節(jié)點服務(ENS)提供了一個完整且易于使用的Web管理控制臺和OpenAPI，以支持遠程在線管理和計算資源的分布管理，各種操作指標的實時可視化監(jiān)控以及各種使用情況的統(tǒng)計分析數據。它極大地增強了監(jiān)控和運維功能和效率，并簡化了監(jiān)控、運營和維護。

節(jié)點的自主服務和自我恢復功能是評估可用性的核心要求。當中心由于斷開而失去對邊緣節(jié)點的控制時，人們需要確保節(jié)點內服務的可用性和連續(xù)性，以保證基本的服務能力。當邊緣節(jié)點重新建立與中心的連接時，需要將完整的狀態(tài)和數據發(fā)送到中心。

此外，通過使用動態(tài)資源遷移和調度功能，可以確保計算資源的高可用性，并隔離多個租戶以避免爭用資源。在安全性方面，邊緣節(jié)點支持DDoS檢測、流量清理，以及IP黑洞保護功能。

邊緣節(jié)點服務(ENS)的典型應用場景和示例

以下闡述了幾種典型的邊緣節(jié)點服務(ENS)應用場景和實例。

第一類典型場景是業(yè)務架構對節(jié)點覆蓋的要求。這種情況主要發(fā)生在互聯(lián)網行業(yè)的在線業(yè)務上。通常，這些場景對目標服務范圍的區(qū)域限制很少，邊緣節(jié)點應確保在整個網絡上有足夠和廣泛的覆蓋范圍。這五個特定情景代表了當前的邊緣節(jié)點服務(ENS)方案，可以充分發(fā)揮邊緣節(jié)點服務(ENS)的優(yōu)勢，為客戶的業(yè)務帶來更大的價值。

• 第一種情況是內容分發(fā)網絡(CDN)。如前所述，內容分發(fā)網絡(CDN)業(yè)務是典型的邊緣計算方案，它可以在邊緣節(jié)點服務(ENS)上無縫運行。與之前的解決方案相比，使用邊緣節(jié)點服務(ENS)的在線客戶現(xiàn)在在總體成本、運維能力和其他方面獲得了更高的收益和明顯的改進。

• 第二種情況是交互式直播，它要求低延遲和低帶寬成本。

• 第三種情況是在線教育和實時音頻和視頻通信。這種情況有兩個特點，即更加強調低延遲和依賴端到端通信作為基本模式。邊緣節(jié)點在此場景中的作用是使客戶能夠訪問最近的轉發(fā)網絡，并提供更多的網絡轉發(fā)節(jié)點。

• 第四種情況是檢測和監(jiān)測。在這種情況下，希望與最接近用戶的邊緣的實際業(yè)務和網絡環(huán)境相匹配，以檢測核心業(yè)務的某些業(yè)務邏輯、業(yè)務穩(wěn)定性和性能指標的正確性。特別是，如果業(yè)務邏輯或用戶體驗在不同的目標區(qū)域中不同，邊緣節(jié)點服務(ENS)可以模擬最近邊緣的實際結果。對于上述的實時通信，動態(tài)路由的前提是檢查和評估現(xiàn)有網絡節(jié)點和鏈路的質量，這也是檢測的實際例子。

• 第五種情況是游戲加速和SD-WAN。在這種情況下，基本上期望在邊緣節(jié)點上建立邊緣軟網關或軟路由，并通過優(yōu)化網絡協(xié)議和網絡鏈路實現(xiàn)加速和安全等目標。邊緣節(jié)點在此場景中的作用類似于實時通信。

第二類典型場景是本地化，側重于超低延遲(在1毫秒內滿足業(yè)務需求)和本地10公里內的大帶寬業(yè)務場景。此類情景更偏向于具有區(qū)域特征的傳統(tǒng)行業(yè)或線下業(yè)務。例如，在ET City Brain場景中，視頻監(jiān)控在云平臺上實施。在新的零售場景中，一些商店在云平臺上執(zhí)行視頻人工智能、自動識別監(jiān)控、銷售和其他活動。本地行業(yè)中的一些IT設施遷移到云平臺。一些云計算供應商正在逐步產生關于這些場景的成熟例子。

最后，行業(yè)專家分享了對邊緣節(jié)點服務(ENS)未來發(fā)展的看法。首先，隨著5G的到來，人們將看到對移動邊緣計算(MEC)的需求激增。其次，云計算供應商將繼續(xù)升級計算分布平臺功能，其中包括全球分銷能力，增強大規(guī)模節(jié)點的資源調度性能和用戶體驗，并為客戶提供更強大的自動化遠程運維功能，支持基于場景的邊緣運維。最后，在基礎設施層面，人們已經看到了將邊緣計算與人工智能結合使用的要求。一些云計算供應商正計劃支持GPU和其他功能，以幫助構建邊緣場景的分布式數據分析平臺。此外，還將進一步提高網絡吞吐量和性能，以支持在邊緣情況下占很大比例的大流量業(yè)務的處理。