淺談邊緣計算落地應用場景（2020）
2020-6-23新聞
1.背景：
邊緣計算是為應用開發(fā)者和服務提供商在網(wǎng)絡的邊緣側提供云服務和 IT 環(huán)境服務，“邊緣”指的是位于管理域的邊緣，盡可能地靠近數(shù)據(jù)源或用戶。其目標是在靠近數(shù)據(jù)輸入或用戶的地方提供計算、存儲和網(wǎng)絡帶寬。但不同的行業(yè)對應邊緣計算的定義可能不同?；谖锫?lián)網(wǎng)技術的行業(yè)更多的邊緣側旨在設備端。
邊緣計算與 IoT 云平臺，邊緣計算與云計算平臺將是共生互補。邊緣計算并不會取代云計算，而是通過邊緣側的算力，讓傳統(tǒng)的云計算框架進一步去中心化，在邊緣側完成部分計算工作，然后將結果匯聚到云端進行統(tǒng)一處理。云端也可以通過 OTA，模型的訓練后的下放與邊緣端集成到一起。云端仍舊可以處理時間不敏感的應用場景，通過數(shù)據(jù)的匯聚以及云端的大數(shù)據(jù)分析進一步為業(yè)務的決策提供數(shù)據(jù)支撐。
2.邊緣計算落地應用：
（1）分類標準：
正如邊緣計算定義不唯一，不同企業(yè)和機構對于邊緣計算應用場景的分類也是不唯一的。
根據(jù)不同評價維度，有多種分類方法：
開放數(shù)據(jù)中心標準促進委員會根據(jù)技術特性匹配度劃分七大技術應用場景（5G、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、內容分發(fā)網(wǎng)絡和AR/VR）和十五大業(yè)務應用場景（醫(yī)療、交通、金融、工業(yè)、教育、物流、城市、電力、安防、家居、樓宇、娛樂、餐飲、會展與農業(yè)）；
工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)產業(yè)聯(lián)盟根據(jù)細分價值市場的維度分為電信運營商邊緣計算、企業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算和工業(yè)邊緣計算；根據(jù)業(yè)務形態(tài)分為物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)、智慧家庭、廣域接入網(wǎng)絡、邊緣云和多接入邊緣計算MEC；
阿里和電子技術標準化研究院根據(jù)覆蓋范圍分為全網(wǎng)覆蓋類和本地覆蓋。
（2）垂直領域：
在眾多垂直行業(yè)新興業(yè)務中，對邊緣計算的需求主要體現(xiàn)在時延、帶寬和安全三個方面。中國移動分析，目前智能制造、智慧城市、直播游戲和車聯(lián)網(wǎng)4個垂直領域對邊緣計算的需求最為明確。
智能制造
在智能制造領域，工廠利用邊緣計算智能網(wǎng)關進行本地數(shù)據(jù)采集，并進行數(shù)據(jù)過濾、清洗等實時處理。同時邊緣計算還可以提供跨層協(xié)議轉換的能力，實現(xiàn)碎片化工業(yè)網(wǎng)絡的統(tǒng)一接入。一些工廠還在嘗試利用虛擬化技術軟件實現(xiàn)工業(yè)控制器，對產線機械臂進行集中協(xié)同控制，這是一種類似于通信領域軟件定義網(wǎng)絡中實現(xiàn)轉控分離的機制，通過軟件定義機械的方式實現(xiàn)了機控分離。
智慧城市
智慧城市，主要包括智慧樓宇、物流和視頻監(jiān)控等多個方面。邊緣計算可以實現(xiàn)對城市中運行參數(shù)進行采集分析。例如，在城市路面檢測中，在道路兩側路燈上安裝傳感器收集城市路面信息，檢測空氣質量、光照強度、噪音水平等環(huán)境數(shù)據(jù)，當路燈發(fā)生故障時能夠及時反饋至維護人員。邊緣計算還可以利用本地部署的GPU服務器，實現(xiàn)毫秒級的人臉識別、物體識別等智能圖像分析。
直播游戲
在直播游戲領域，邊緣計算可以為CDN提供豐富的存儲資源，并在更加靠近用戶的位置提供音視頻的渲染能力，讓云桌面，云游戲等新型業(yè)務模式成為可能。特別在AR/VR場景中，邊緣計算的引入可以大幅降低AR/VR終端設備的復雜度，從而降低成本，促進整體產業(yè)的高速發(fā)展。
車聯(lián)網(wǎng)
車聯(lián)網(wǎng)業(yè)務對時延的需求非?？量蹋吘売嬎憧梢詾榉琅鲎?、編隊等自動/輔助駕駛業(yè)務提供毫秒級的時延保證，同時可以在基站本地提供算力，支撐高精度地圖的相關數(shù)據(jù)處理和分析，更好地支持視線盲區(qū)的預警業(yè)務。
除了上述垂直行業(yè)的應用場景之外，邊緣計算還存在一種較為特殊的需求——本地專網(wǎng)。很多企業(yè)用戶都希望運營商在園區(qū)本地可以提供分流能力，將企業(yè)自營業(yè)務的流量直接分流至企業(yè)本地的數(shù)據(jù)中心進行相應的業(yè)務處理。比如在校園實現(xiàn)內網(wǎng)本地通信和課件共享，在企業(yè)園區(qū)分流至私有云實現(xiàn)本地 ERP 業(yè)務，在公共服務/政務園區(qū)提供醫(yī)療、圖書館等數(shù)據(jù)業(yè)務。在這一類應用場景中，運營商為客戶的本地邊緣計算業(yè)務提供了專線服務。
3.具體應用實例：
邊緣計算落地應用實例眾多。2020年初，受新冠疫情影響，在校學生不能及時返回學校上課，使得“遠程授課和在線課堂”成為熱點，又因互動課堂的業(yè)務需求與邊緣計算擅長的領域相吻合，顧以互動課堂場景為例進行介紹：
阿里云互動課堂場景
在線互動課堂場景具有大帶寬、長鏈路傳輸、廣覆蓋的業(yè)務特點，同時因為教學的實時性和互動性，對于網(wǎng)絡的低延時和抗抖動能力也有較高的要求。
假設一個位于上海的老師在給遍布全國各地的學生講課，一旦中間網(wǎng)絡發(fā)生抖動，就會出現(xiàn)卡頓、音畫不同步、互動延遲等問題，學生提的問題老師沒有及時回答，學生的積極性也會下降，授課效果必然會大打折扣。
在線互動課堂的技術挑戰(zhàn)
第一，網(wǎng)絡延時是互動課堂的核心影響因素之一，該業(yè)務場景對網(wǎng)絡丟包敏感，網(wǎng)絡丟包可能直接導致用戶掉線、視頻卡頓、推流失敗等。
第二，學生遍布各地，基于就近接入原則，平臺需要在全國各主要城市部署接入服務器，理論上城市覆蓋數(shù)越多，接入效果越好，用戶體驗提升越明顯，但是這會面臨高昂的成本。
第三，在暑期等業(yè)務高峰期，流量大幅增長，而傳統(tǒng)IDC機房建設周期為3-6個月，無法及時響應平臺在服務器資源、帶寬資源以及專線資源方面的快速擴容需求，同時大量的資源建設在業(yè)務高峰度過之后會面臨閑置，急需利用云的彈性能力來解決難題。
邊緣計算為在線互動課堂帶來的價值
大帶寬、廣覆蓋、強互動、低延時，在線互動課堂與邊緣計算的應用場景天然契合。
首先，邊緣計算可以在更靠近終端的網(wǎng)絡邊緣上提供服務，全域覆蓋的節(jié)點資源，仿佛打造了一張覆蓋全國的高質量、低成本的實時視頻轉發(fā)網(wǎng)絡。在K12在線輔導業(yè)務場景中，空間距離的縮短可以減少復雜的長鏈路傳輸網(wǎng)絡中，各種路由轉發(fā)和網(wǎng)絡設備處理的延時和傳輸時間，同時可以更好的避免網(wǎng)絡抖動帶來的掉線和卡頓問題，在互動課堂業(yè)務場景中整體低時延、強互動體驗提升明顯。
同時，視頻類大流量業(yè)務的處理放到邊緣完成，在大型公開課、名師講堂直播等場景下會產生高并發(fā)訪問，通過分布式的架構分散中心處理的壓力，也能夠有效避免網(wǎng)絡擁塞，同時降低將數(shù)據(jù)傳回源站的帶寬成本。
之前假設的上海老師給全國學生授課的場景中，上海的老師授課媒體流會推到就近的邊緣節(jié)點，在邊緣節(jié)點直接進行轉碼，轉碼后的媒體流會分發(fā)到CDN邊緣節(jié)點，當有用戶訪問時直接就近返回內容。
對于常見的跨國授課來說，阿里云邊緣計算也能通過國際高速通道將海外的授課媒體流轉發(fā)回國內的云中心，再通過邊緣云智能選路系統(tǒng)以及遍布全國的邊緣轉發(fā)網(wǎng)絡，將授課內容實時、高質量的呈現(xiàn)在學生面前。
4.未來趨勢：
Gartner公司[8]于2019年發(fā)布報告，認為邊緣計算能夠解決數(shù)字業(yè)務場景下云計算的延遲、帶寬、自主性和隱私需求問題，其具體應用將由人、設備和業(yè)務之間的數(shù)字業(yè)務交互來定義，在未來擁有十分廣闊的發(fā)展前景，超過90%的企業(yè)都將開啟自身在邊緣計算的獨特應用，并將在未來發(fā)展成為一個頗具規(guī)模的行業(yè)。
為了幫助企業(yè)制定具備價值的長期性邊緣計算發(fā)展戰(zhàn)略，Gartner基于人、設備和業(yè)務之間的交互結構和關系，定義了12個邊緣計算的應用場景。
根據(jù)圖上所示，由最頂端的應用依照順時針方向，依次介紹：
1. 分布式業(yè)務處理（Distributed Business Processing）
邊緣計算能夠有效解決企業(yè)間交互（B2B），因位置和時間帶來的安全和延時問題。
■合規(guī)監(jiān)控
■財務交易分析
■遠程辦公/分公司(ROBO)
2. 個人監(jiān)測（Personal Monitoring）
邊緣計算將為用戶提供選項來控制他們的數(shù)據(jù)存儲在哪里，如何使用。
■可穿戴設備(包括健康監(jiān)視器、健身設備、脈搏追蹤器)
3. 沉浸式體驗（Immersive Experiences）
邊緣計算將使更實時、更互動、更個人化的人與企業(yè)的交互成為可能，這種數(shù)字互動亦可以雙向的。
■身臨其境的電子商務
■虛擬現(xiàn)實(VR)互動娛樂
■VR/MR工作區(qū)
4. 客戶端內容交付（Client Content Delivery）
邊緣計算通過緩存與用戶更接近的大量用戶的數(shù)據(jù)，可以減少計算消耗的帶寬和延遲問題。
■流媒體視頻
■存儲網(wǎng)關/緩存
5. 沉浸式協(xié)作（Immersive Collaboration）
■VR/MR會議室、教室、自習室
■多人游戲
6. 沉浸式報告（Immersive Report）
設備可以用更直觀、更沉浸式的方式向人們提供額外的數(shù)字信息。
邊緣計算可以支持斷網(wǎng)后的本地互聯(lián)。
■AR工業(yè)設備狀態(tài)和維護
■AR店內購物
■汽車顯示盤，顯示附近商店和餐館的詳細信息
■接近危險物體時手機振動（比如不安全地經過人行橫道）
7. 沉浸式交互（Immersive Interactions）
與人交互的場景都對低延時和操作連續(xù)性有較高的需求。
■智能助手（根據(jù)需要提供信息）
■混合現(xiàn)實交互（Mixed reality interactions）
■觸覺互聯(lián)網(wǎng)（Tactile internet）
8. 沉浸式控制（Immersive Control）
隨著設備的數(shù)字化與智能化，人們可以用更加自然、沉浸的方式控制設備。
邊緣計算可以支持斷網(wǎng)后的本地互聯(lián)。
■免提機器人手術（會話接口-語音命令，邊緣計算將可以讓智能設備通過沒有連接互聯(lián)網(wǎng)的APP實現(xiàn)自主控制和外部交互）
9. 系統(tǒng)自動化（System Automation）
邊緣計算可以減少遠程集中、分析和決策的需要，從而降低延遲，減少帶寬限制。
設備與設備之間的交互定義了邊緣計算在系統(tǒng)自動化的應用。
■工業(yè)自動化（包括工控安全）
■自動駕駛汽車/無人機
■智能家居
10. 設備控制和維護（Device Control and Maintenance）
邊緣計算可用于將數(shù)據(jù)和軟件部署到多個對象，或者用于維護一個被很多設備使用的本地集中式數(shù)據(jù)庫。
■基于業(yè)務規(guī)則的遠程控制
■軟件供應和補丁
■數(shù)據(jù)下載（如更新商品價格）
11. 業(yè)務自動化（Business Automation）
設備和業(yè)務之間的交互可以是雙向的，即通過設備邊緣的互聯(lián)計算重新定義、產生新的業(yè)務，以及呼應業(yè)務的發(fā)展而建立邊緣計算。
■業(yè)務控制回路
■根據(jù)事件和來自事件的警報編排操作
■機器學習
12. 數(shù)據(jù)/事件報告（Data/Event Reporting）
邊緣計算可以通過過濾或預處理數(shù)據(jù)來減少帶寬，通過將一些業(yè)務分析和決策推到緩存數(shù)據(jù)的邊緣來改進延遲或者保護隱私。
通過對業(yè)務各個案例、環(huán)節(jié)的數(shù)據(jù)進行的聚合、處理和及時發(fā)送，以優(yōu)化各種業(yè)務流程。
■定期更新資產狀態(tài)
■信號處理
■基于條件、預測性和規(guī)范性的維護信息
■交通/環(huán)境監(jiān)測
■監(jiān)控視頻流和分析
智能邊緣計算：
