邊緣計算將會成為5G時代一種重要的新型業(yè)務(wù)模式

隨著5G的到來，邊緣計算將成為新時代改變通信信息服務(wù)模式的關(guān)鍵創(chuàng)新技術(shù)之一。有機(jī)構(gòu)預(yù)測，到2025年50%的數(shù)據(jù)將在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)被分析、處理與存儲，同時邊緣計算也被認(rèn)為是5G與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等的重要結(jié)合點(diǎn)，能夠帶來更多顛覆式的業(yè)務(wù)模式。

但隨著研究與實(shí)踐的深入，我們發(fā)現(xiàn)邊緣計算并不是將計算節(jié)點(diǎn)（如服務(wù)器、存儲設(shè)備等）搬放到網(wǎng)絡(luò)邊緣機(jī)房就可以高枕無憂了，事實(shí)上能真正達(dá)到預(yù)期的邊緣計算需要整個信息基礎(chǔ)設(shè)施的升級與演進(jìn)，換句話說，邊緣計算需要5G+網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)+云計算+機(jī)房改造+……本文將從邊緣計算的特征開始，重點(diǎn)分析邊緣計算與網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)之間的重要關(guān)系，邊緣計算對網(wǎng)絡(luò)的需求以及邊緣計算可能對網(wǎng)絡(luò)帶來的沖擊，以及目前的一些研究方向。

邊緣計算對網(wǎng)絡(luò)的需求

首先，低時延特性是邊緣計算最重要的特性之一，也是區(qū)別于傳統(tǒng)云計算的關(guān)鍵要素，換句話說，達(dá)不到穩(wěn)定的低時延指標(biāo)的方案是不能被稱為邊緣計算的。但要實(shí)現(xiàn)低時延，并不是簡單的將計算節(jié)點(diǎn)下移就能解決的，需要綜合考慮承載網(wǎng)層面、光傳輸層面甚至是光纜網(wǎng)層面的布局，圖1是一個在實(shí)踐中觀察到的案例，某工業(yè)網(wǎng)園區(qū)計劃部署邊緣計算，但此地位于兩個行政區(qū)域的交界位置上，雖然客戶接入的基站與試驗(yàn)部署的邊緣計算節(jié)點(diǎn)直線距離很近，但兩者上聯(lián)的A設(shè)備卻在不同的接入環(huán)中，客戶流量到邊緣計算節(jié)點(diǎn)的實(shí)際流量則需要經(jīng)過繞行部署再另外一地的匯聚層甚至是核心層設(shè)備，導(dǎo)致實(shí)際測量到的時延遠(yuǎn)高于預(yù)期。

而另外一個典型場景是被廣泛關(guān)注和寄予厚望的車聯(lián)網(wǎng)場景，車聯(lián)網(wǎng)需要極低的時延，但網(wǎng)絡(luò)并非沿著道路組網(wǎng)，屆時極易出現(xiàn)位置距離與實(shí)際網(wǎng)絡(luò)距離相差甚遠(yuǎn)的情況，因此在部署邊緣計算的同時，需要根據(jù)業(yè)務(wù)特征來重新規(guī)劃設(shè)計網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。

圖1 未經(jīng)優(yōu)化的承載網(wǎng)會影響邊緣計算實(shí)施效果

其次，在邊緣計算節(jié)點(diǎn)內(nèi)部方案也會影響邊緣計算的低時延指標(biāo)。例如在AI應(yīng)用中（如圖2所示），AI推理部分需要低時延的高性能計算，考慮部署在邊緣計算節(jié)點(diǎn)，而AI模型訓(xùn)練部分則是大數(shù)量的非實(shí)時計算，考慮部署在成本相對較低的集中化的大型云計算平臺上。但現(xiàn)有邊緣計算方案一般就按傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心或者云計算平臺的網(wǎng)絡(luò)建設(shè)方案，常見方案多為兩層交換機(jī)（匯聚+接入架構(gòu)或者Spine-Leaf架構(gòu)）+一層出口路由器的組網(wǎng)模式。

但在相關(guān)的測試驗(yàn)證中，發(fā)現(xiàn)了新的問題：一是這樣的組網(wǎng)架構(gòu)無形中在邊緣計算節(jié)點(diǎn)內(nèi)部增加了路由條數(shù)與設(shè)備節(jié)點(diǎn)，增加了時延，并且時延不可控，與預(yù)期指標(biāo)差異較大；二是這樣的傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心組網(wǎng)方案是有損網(wǎng)絡(luò)，在多打一的極端情況下，即在整體網(wǎng)絡(luò)負(fù)荷不高的時候，也會出現(xiàn)擁塞與丟包，會導(dǎo)致AI計算性能大幅度下降，三是對于已經(jīng)下沉到基站或者接入機(jī)房的邊緣計算而言，可能就一個機(jī)柜能夠安放服務(wù)器，服務(wù)器數(shù)量也就在10~20臺之間，這種情況下，仍采用傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心模式的組網(wǎng)架構(gòu)，顯然導(dǎo)致投資與收益比相對較差，也不便于運(yùn)營維護(hù)。

圖2 AI應(yīng)用邊緣計算節(jié)點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)示意圖

邊緣計算對網(wǎng)絡(luò)的影響

另一方面，邊緣計算也會對承載網(wǎng)絡(luò)帶來大量的新增流量，但這些流量在特征上與傳統(tǒng)流量差異較大。以上述AI案例為例，大量數(shù)據(jù)需要送到部署在網(wǎng)絡(luò)另一端的云計算節(jié)點(diǎn)上，但這個過程對傳送質(zhì)量沒有要求，屬于非實(shí)時類的業(yè)務(wù)，同時還希望成本可能降低。

顯然在邊緣計算節(jié)點(diǎn)與云計算節(jié)點(diǎn)之間去采用專線承載是一個極其不劃算的方案，因此更多的是傾向于通過普通的互聯(lián)網(wǎng)來疏導(dǎo)這部分流量。但這樣的流量事實(shí)上是數(shù)據(jù)中心之間的東西流量，與傳統(tǒng)的互聯(lián)網(wǎng)流量（南北向流量）在流量模型上存在較大差異。如果堅持傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)不變，易導(dǎo)致大量的流量迂回，影響其他業(yè)務(wù)的正常傳送。因此需要承載網(wǎng)重新構(gòu)建一個靈活的架構(gòu)，既能滿足傳統(tǒng)的南北向流量，又能適應(yīng)新型的相對靈活的東西流量。

引入新技術(shù)是未來研究方向

因此隨著邊緣計算的出現(xiàn)與部署，承載網(wǎng)層面需要應(yīng)對新出現(xiàn)的業(yè)務(wù)需求與流量特征，對網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)進(jìn)行重構(gòu)，將傳統(tǒng)以承載南北向流量為主的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，向能夠靈活調(diào)度、兼顧時延指標(biāo)、利于東西向流量的新型融合網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的方向發(fā)展。

目前業(yè)界已經(jīng)注意到這些問題，多種新的思路或方案已經(jīng)被提出，并在不同層面進(jìn)行驗(yàn)證。典型方案可以分為有兩個層面：一是網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層面，采用新型的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)來替代傳統(tǒng)的承載網(wǎng)絡(luò)，比如新型城域網(wǎng)架構(gòu)等；二是采用新的技術(shù)體系來解決傳統(tǒng)IP體系無法解決的問題，比如無損網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。

在網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)層面，要滿足邊緣計算帶來的新需求，即滿足邊緣計算對低時延特性的需求，也要能夠應(yīng)對邊緣計算帶來的新特征的流量。因此構(gòu)建新型城域網(wǎng)架構(gòu)成為新的方向，新型城域網(wǎng)架構(gòu)以采用通用設(shè)備組網(wǎng)為主，將傳統(tǒng)的樹形網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)演進(jìn)到基于Spine-Leaf架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)固定和移動網(wǎng)絡(luò)的融合統(tǒng)一承載，同時引入FlexE、SR、EVPN等技術(shù)，提供差異化服務(wù)能力，為不同客戶群提供不同等級的切片網(wǎng)絡(luò)。

在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)層面，針對邊緣計算節(jié)點(diǎn)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，需要分為高性能計算需求場景和小規(guī)模計算節(jié)點(diǎn)場景兩個不同類型的場景分別進(jìn)行討論。針對高性能計算需求場景，雖然傳統(tǒng)的InfiniBand技術(shù)能夠解決問題，但它與其他網(wǎng)絡(luò)技術(shù)兼容較小，需要專門設(shè)備，如果全網(wǎng)性的規(guī)模部署會對運(yùn)營維護(hù)造成較大壓力。因此一種可行的解決方案是采用兼容主流IP與以太網(wǎng)協(xié)議體系的無損網(wǎng)絡(luò)體系，如以RoCEv2為主等RDMA方案等。目前已經(jīng)有主流設(shè)備廠家提供數(shù)據(jù)中心交換機(jī)的升級版本來支持RoCEv2等協(xié)議族，IETF等主流標(biāo)準(zhǔn)組織也開展了相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程。

而針對小規(guī)模計算節(jié)點(diǎn)場景，比如在對接入機(jī)房進(jìn)行改造后，其物理空間有限，電源和空調(diào)能力也有限的情況下，能夠放入的服務(wù)器和存儲設(shè)備較少，可能少到一個機(jī)框的大小，而且還不能是傳統(tǒng)的1100mm~1200mm深的服務(wù)器機(jī)柜，只能是600mm深，甚至是300mm的通信機(jī)框，為此無論是在服務(wù)器層面，還是在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備層面都需要定制新的設(shè)備形態(tài)。如開放數(shù)據(jù)中心委員會（ODCC）發(fā)起的OTII（Open Telecom IT Infrastructure）項(xiàng)目中就推出了采用了電信設(shè)備標(biāo)準(zhǔn)，深度在600mm以內(nèi)，可以與電信設(shè)備混合部署的OTII服務(wù)器來滿足邊緣計算節(jié)點(diǎn)的特殊要求。目前三大運(yùn)營商也在組織研究開放網(wǎng)絡(luò)融合設(shè)備，通過模塊化的方式，按需配置網(wǎng)絡(luò)、計算和存儲能力，避免設(shè)備能力與機(jī)房空間的浪費(fèi)。

綜上所述，邊緣計算將成為5G時代一種重要的新型業(yè)務(wù)模式，將對網(wǎng)絡(luò)帶來新的機(jī)遇與挑戰(zhàn)，因此業(yè)界需要在下一步的網(wǎng)絡(luò)演進(jìn)過程中，針對邊緣計算對網(wǎng)絡(luò)的需求以及邊緣計算對網(wǎng)絡(luò)帶來的影響兩個角度，重新審視網(wǎng)絡(luò)發(fā)展思路，引入新的技術(shù)與設(shè)備形態(tài)，來構(gòu)建新一代的信息基礎(chǔ)設(shè)施。