边缘计算：物联网和5G时代的技术趋势

| 出自：SIMIT战略研究室(ID:SIMITSRO)

中国科学院上海微系统与信息技术研究所

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，而有50%的物联网网络将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（Multi-Access Edge Computing，MEC），并综合考虑FMC（固网/移动融合）的场景需求。2016年4月，3GPP SA2 也正式接受MEC，将之列为5G架构的关键技术。边缘计算成为新兴万物互联应用的支撑平台，目前已是大势所趋。本系列文章旨在介绍边缘计算与云计算的关系、基本特点和属性、参考架构、主要应用场景，以及在5G通信中的作用，第一部分首先介绍边缘计算与云计算的关系及其基本特点和属性。

一、边缘计算与云计算形成互补关系

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。它可以作为联接物理和数字世界的桥梁，使能智能资产、智能网关、智能系统和智能服务。

图：边缘计算成为物理世界和数字世界间的重要桥梁

在有了云计算的同时，为什么还需要边缘计算？主要存在以下几点原因：

1） 网络带宽与计算吞吐量均成为云计算的性能瓶颈：云中心具有强大的处理性能，能够处理海量的数据。但是，如何将海量的数据快速传送到云中心则成为了业内的一个难题。网络带宽和计算吞吐量均是云计算架构的性能瓶颈，用户体验往往与响应时间成反比。5G时代对数据的实时性提出了更高的要求，部分计算能力必须本地化。

2） 物联网时代数据量激增，对数据安全提出更高的要求：不远的将来，绝大部分的电子设备都可以实现网络接入，这些电子设备会产生海量的数据。传统的云计算架构无法及时有效的处理这些海量数据，若将计算置于边缘结点则会极大缩短响应时间、减轻网络负载。此外，部分数据并不适合上云，留在终端则可以确保私密性与安全性。

3） 终端设备产生海量“小数据”，需要实时处理：尽管终端设备大部分时间都在扮演着数据消费者的角色，但如今以智能手机和安防摄像头为例，终端设备也有了生产数据的能力，其角色发生了重大改变。终端设备产生海量“小数据”需要实时处理，云计算并不适用。

如果说“云计算”所能实现的是大而全的话，那么“边缘计算”更多则是“小而美”，从数据源头入手，以“实时、快捷”的方式完成与“云计算”的应用互补。比较两者，云计算聚焦非实时、长周期数据的大数据分析，能够为业务决策支撑提供依据；边缘计算则聚焦实时、短周期数据的分析，能更好地支撑本地业务的实时智能化处理与执行。

Gartner每年发布的十大技术趋势一直备受关注，2018年年底Gartner将边缘计算列为2019年十大战略科技发展趋势之一，“从云到边缘(Cloud to the Edge)”被视为未来科技发展重要趋势。

图：Garnter将边缘计算列为2019年十大技术趋势之一

二、边缘计算的基本特点与属性

参考边缘计算联盟（ECC）与工业互联网联盟（AII）在2018年底发布的白皮书中对边缘计算的定义，作为连接物理世界与数字世界间的桥梁，边缘计算具有联接性、约束性、分布性、融合性和数据第一入口等基本特点与属性。

联接性

联接性是边缘计算的基础。所联接物理对象的多样性及应用场景的多样性，需要边缘计算具备丰富的联接功能，如各种网络接口、网络协议、网络拓扑、网络部署与配置、网络管理与维护。联接性需要充分借鉴吸收网络领域先进研究成果，如TSN、SDN、NFV、Network as a Service、WLAN、NB-IoT、5G等，同时还要考虑与现有各种工业总线的互联、互通、互操作。

数据第一入口

边缘计算作为物理世界到数字世界的桥梁，是数据的第一入口，拥有大量、实时、完整的数据，可基于数据全生命周期进行管理与价值创造，将更好的支撑预测性维护、资产管理与效率提升等创新应用；同时，作为数据第一入口，边缘计算也面临数据实时性、确定性、完整性、准确性、多样性等挑战。

约束性

边缘计算产品需适配工业现场相对恶劣的工作条件与运行环境，如防电磁、防尘、防爆、抗振动、抗电流/电压波动等。在工业互联场景下，对边缘计算设备的功耗、成本、空间也有较高的要求。边缘计算产品需要考虑通过软硬件集成与优化，以适配各种条件约束，支撑行业数字化多样性场景。

分布性

边缘计算实际部署天然具备分布式特征。这要求边缘计算支持分布式计算与存储、实现分布式资源的动态调度与统一管理、支撑分布式智能、具备分布式安全等能力。

融合性

OT与ICT的融合是行业数字化转型的重要基础。边缘计算作为“OICT”融合与协同的关键承载，需要支持在联接、数据、管理、控制、应用、安全等方面的协同。