未來(lái)5G網(wǎng)絡(luò)中的智能邊緣計(jì)算將會(huì)如何發(fā)展

（文章來(lái)源：邊緣計(jì)算之家）
? ? ?? 人工智能一直是移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的重要組成部分。隨著5G 以及邊緣計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，對(duì)人工智能的需求將變得愈發(fā)強(qiáng)烈。

本文中，我們將闡述5G 網(wǎng)絡(luò)與前幾代移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)相比的一個(gè)本質(zhì)區(qū)別——網(wǎng)絡(luò)邊緣計(jì)算的比重會(huì)大增，同時(shí)我們會(huì)就邊緣計(jì)算在5G 網(wǎng)絡(luò)里的實(shí)現(xiàn)做一個(gè)探討。之后我們會(huì)列舉一些此新一代網(wǎng)絡(luò)下的典型應(yīng)用，它們都需要依賴邊緣計(jì)算和機(jī)器學(xué)習(xí)來(lái)實(shí)現(xiàn)。最后，我們將介紹一個(gè)結(jié)合了邊緣計(jì)算和深度學(xué)習(xí)的參考應(yīng)用——“互聯(lián)之眼“。

隨著第五代移動(dòng)通信（5G）的發(fā)展，疊加大數(shù)據(jù)及機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電信行業(yè)正在經(jīng)歷著一場(chǎng)新的變革。本文將以當(dāng)前電信領(lǐng)域里兩大熱門技術(shù)：邊緣計(jì)算和人工智能相結(jié)合的場(chǎng)景作為切入點(diǎn)，為大家展現(xiàn)一下行業(yè)里的最新技術(shù)發(fā)展。 我們會(huì)先簡(jiǎn)單回顧一下相關(guān)技術(shù)的發(fā)展歷史，接著列舉一些深度學(xué)習(xí)輔助邊緣計(jì)算的典型用例，最后詳細(xì)介紹我們?cè)谶@一領(lǐng)域的一個(gè)參考實(shí)踐。

隨著第五代移動(dòng)通信（5G）的發(fā)展，疊加大數(shù)據(jù)及機(jī)器學(xué)習(xí)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電信行業(yè)正在經(jīng)歷著一場(chǎng)新的變革。本文將以當(dāng)前電信領(lǐng)域里兩大熱門技術(shù)：邊緣計(jì)算和人工智能相結(jié)合的場(chǎng)景作為切入點(diǎn)，為大家展現(xiàn)一下行業(yè)里的最新技術(shù)發(fā)展。

基于自組織的分布式網(wǎng)絡(luò)管理模型的建立移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)中的人工智能演進(jìn)人工智能其實(shí)在早期移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)部署中就有應(yīng)用。起初，這些系統(tǒng)往往是基于規(guī)則（rule）來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)化，之后自適應(yīng)的邏輯也慢慢出現(xiàn)。這些主要都用來(lái)增進(jìn)系統(tǒng)的安全性，魯棒性及輔助服務(wù)的無(wú)縫遷移。 早期增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的常見算法應(yīng)用包括故障檢測(cè)，或是基于故障及路由檢測(cè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切換以應(yīng)對(duì)系統(tǒng)過載等。之后更復(fù)雜的算法應(yīng)用也相繼出現(xiàn)，比如用來(lái)為終端用戶提供智能服務(wù)等。

5G 網(wǎng)絡(luò)中的邊緣計(jì)算現(xiàn)代 4G 網(wǎng)絡(luò)的搭建還是以中心化的核心網(wǎng)為主，本地分流（Local-Breakout）往往很難設(shè)置并且功能局限性比較大。一般一個(gè)典型的歐洲中型運(yùn)營(yíng)商會(huì)有一到兩個(gè)中央數(shù)據(jù)中心可供第三方應(yīng)用部署。由于諸如亞馬遜及其它一些大型互聯(lián)網(wǎng)企業(yè)只在全球范圍內(nèi)零星部署了一些大型數(shù)據(jù)中心，因此數(shù)據(jù)包可能需要經(jīng)過非常長(zhǎng)的距離才能到達(dá)應(yīng)用側(cè)。那么，對(duì)于具有低時(shí)延要求的應(yīng)用來(lái)說，就必須考慮這種物理限制。

我們來(lái)做一些簡(jiǎn)單的計(jì)算：波長(zhǎng)為1310 納米的光在常用的Brand B (G.652)光纖里的傳播速度為489.34 微秒/百公里，那么即使不考慮誤碼，交換機(jī)或是路由器延時(shí)等，從斯洛文尼亞或者匈牙利到達(dá)西歐境內(nèi)最近的亞馬遜數(shù)據(jù)中心需要20 毫秒；普通網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)里的典型延時(shí)大約為1 毫秒；在4G 網(wǎng)絡(luò)下，典型的國(guó)家境內(nèi)數(shù)據(jù)中心的通信時(shí)延大約為50 毫秒（當(dāng)然這是一個(gè)平均數(shù)，實(shí)際情況會(huì)很大程度上受地理位置，網(wǎng)絡(luò)接入質(zhì)量及具體應(yīng)用等因素影響）。

這就意味著如果要滿足一個(gè)具有10 - 30 毫秒時(shí)延需求的典型增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（Augmented Reality, AR）應(yīng)用，網(wǎng)絡(luò)側(cè)的時(shí)延則需要更低，因此相關(guān)的應(yīng)用節(jié)點(diǎn)就必須部署在終端側(cè)附近。這一技術(shù)我們就稱之為邊緣計(jì)算，它需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署利用分布式云設(shè)施來(lái)提供高度自動(dòng)化的虛擬環(huán)境來(lái)加以支撐。

根據(jù)開源項(xiàng)目如Linux 基金會(huì)邊緣項(xiàng)目Akraino，這些邊緣站點(diǎn)會(huì)提供和中心云（虛擬機(jī)和容器）一樣的基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure-as-a-Service,IaaS）環(huán)境，并結(jié)合部分平臺(tái)即服務(wù)（Platform-as-a-Service,PaaS）的元素。它需要為諸如用以支持本地導(dǎo)流的用戶面功能（User Plane Function, UPF）的5G 網(wǎng)絡(luò)虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能（Virtual Network FuncTIon, VNF）和第三方應(yīng)用或應(yīng)用平臺(tái)提供運(yùn)行環(huán)境。

3GPP 標(biāo)準(zhǔn)在5G 里增強(qiáng)了本地分流功能，確保合適的應(yīng)用數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)邊緣被連接到合適的應(yīng)用上。另外，標(biāo)準(zhǔn)也增加了數(shù)據(jù)流在邊緣和中心站點(diǎn)間切換的靈活度以及使添加額外邊緣服務(wù)更為靈活的特性– 這在標(biāo)準(zhǔn)里被定義為FMSS（FlexibleMobile ServiceSteering）。一個(gè)簡(jiǎn)單的上行視頻可以略過深度包檢測(cè)（Deep Packet InspecTIon, DPI）。用戶面功能（UPF）服務(wù)可以分布在邊緣站點(diǎn)（取決于硬件的可用性）并且可以像3GPP FMSS 定義的一樣形成一條服務(wù)鏈。

5G 核心網(wǎng)負(fù)責(zé)大多數(shù)無(wú)線接入之上的服務(wù)，如安全性，認(rèn)證，移動(dòng)管理，位置服務(wù)及所有包處理能力。5G 的核心網(wǎng)架構(gòu)和4G 核心網(wǎng)有很大區(qū)別。5G 的所有網(wǎng)元都按照ETSI 網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（Network FuncTIon VirtualizaTIon, NFV）標(biāo)準(zhǔn)被定義成虛擬化網(wǎng)絡(luò)功能（VNF），同時(shí)3GPP 根據(jù)面向服務(wù)架構(gòu)的原理設(shè)計(jì)了整個(gè)系統(tǒng)架構(gòu)。

5G 核心網(wǎng)也因此被稱作是服務(wù)化架構(gòu)（Service Based Architecture,SBA），其目標(biāo)就是增加系統(tǒng)的靈活性和可編程性。這其中有一個(gè)值得一提的網(wǎng)元叫網(wǎng)絡(luò)開放功能（Network Exposure Function, NEF），它對(duì)內(nèi)部及外部可信賴的第三方應(yīng)用提供了服務(wù)接口。這種能力開放是邊緣計(jì)算的一個(gè)關(guān)鍵要素，它使第三方應(yīng)用能夠直接配置網(wǎng)絡(luò)從而達(dá)到更高度的自動(dòng)化。一個(gè)例子是被稱為應(yīng)用導(dǎo)向數(shù)據(jù)路由（ApplicationInfluence on Traffic Routing）的功能，其能在網(wǎng)絡(luò)邊緣建立本地導(dǎo)流并且能夠允許設(shè)置FMSS 服務(wù)。它提供了基于HTTP 的REST 接口（Application Programming Interface，API）。邊緣計(jì)算應(yīng)用的核心問題之一是運(yùn)行環(huán)境模塊部署位置的優(yōu)選。簡(jiǎn)單的應(yīng)用可以使用靜態(tài)配置，但是將來(lái)的應(yīng)用可以使用智能優(yōu)化系統(tǒng)來(lái)確定模塊的分布，比如考慮降低成本同時(shí)保持高用戶體驗(yàn)。

工業(yè)領(lǐng)域數(shù)字化面臨的挑戰(zhàn)之一就是如何選擇一套合適，統(tǒng)一并且完善的接入技術(shù)以建立一個(gè)易于管理的生產(chǎn)環(huán)境。根據(jù)我們的設(shè)想，未來(lái)工廠網(wǎng)絡(luò)將會(huì)由5G 移動(dòng)寬帶（Broadband），基于5G NR（New Radio ）的5G 關(guān)鍵通信和窄帶物聯(lián)網(wǎng)（NB-IoT）組成，并且由一個(gè)通用的單一核心網(wǎng)接入來(lái)提供安全，認(rèn)證，服務(wù)質(zhì)量保證和必要的移動(dòng)，通信及其他平臺(tái)功能等。

用于自動(dòng)駕駛汽車的邊緣視頻分析根據(jù)市場(chǎng)預(yù)測(cè)，到2025年，全球的互聯(lián)網(wǎng)汽車數(shù)量將增長(zhǎng)至大約7億輛，同時(shí)車輛與云端之間的數(shù)據(jù)傳輸將達(dá)到每月100 PB，而Gartner 在其2018年6月的報(bào)告里將這一數(shù)字進(jìn)一步擴(kuò)大至每月1TB。如此巨大的數(shù)據(jù)量（并且其主體部分是上行數(shù)據(jù)）無(wú)疑將對(duì)網(wǎng)絡(luò)提出新的要求。
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