边缘计算的前世今生

伴随着数字化转型的浪潮、万物互联时代的到来,5G、大数据、人工智能等信息技术的快速发展,云计算已经无法满足机器人、智能家居、无人驾驶、VR/AR、新媒体、智能安防、远程医疗、可穿戴设备、智能制造等场景对低延迟的高要求。

同时,网络技术和应用服务的进一步发展使网络流量呈现出爆炸式增长。根据思科最新发布的可视化网络指数报告(VNI)预测,在未来几年内,全球全数字化转型将继续对IP网络需求产生重要影响。主要的数据包括互联网用户将从33亿增长至46亿(占全球人口的58%);平均宽带速度将大幅提升,从27.5Mbps增至53.0Mbps;视频观看量也将上升,在IP总流量中的占比将从73%增长至82%。在报告预测期内,全球IP流量预计将实现三倍增长,从2016年的1.2ZB快速增长至2021年的3.3ZB。据IDC预测,全球数据总量预计2020年达到44个ZB,我国数据量将达到8060个EB,占全球数据总量的18%。

面对爆炸式的流量数据增长,通信网络会受到巨大的压力,所以必须调整网络架构,以满足超大连接、超低时延以及超大带宽等业务需求。边缘计算由此应运而生并且得到了广泛关注。相对于云计算带来的“云端”海量计算能力,边缘计算实现了资源和服务向边缘位置下沉,从而降低交互时延、减轻网络负担、丰富业务类型、优化服务处理,提升服务质量和用户体验。

CDN

边缘计算的前身最早可以追溯到二十年前。1995年,万维网之父 TimBerners-Lee在麻省理工学院 (MIT) 提出挑战。这位网络之父预测到互联网用户即将遭遇网络拥塞现象,因此向MIT 的诸位同僚提出挑战,请大家发明一种更好的新方法来传送互联网内容。这一挑战激起了MIT 应用数学教授 TomLeighton 的兴趣,Leighton 博士是并行算法和建筑学方面的著名专家,他曾担任 MIT 计算机科学实验室算法团队的领导。Leighton 博士意识到,或许可以从应用数学和算法中找到网络拥塞的解决方案,因此他组建了一支研究人员团队来解决此问题。

从 Technion 获得计算机科学和数学学士学位后,Danny Lewin 于 1996 年秋来到 MIT 并与 Leighton 博士一起共事。此后不久,Lewin 先生很快在改善互联网性能的各种技术上取得重要进展。通过与团队合作,Leighton 博士和 Lewin 先生制定了能够在大型分布式服务器网络上智能传送和复制内容的数学算法,该项技术最终解决了互联网用户即将面临的恼人问题。这是CDN的故事。CDN 是一种基于互联网的缓存网络,依靠部署在各地的缓存服务器,通过中心平台的负载均衡 、内容分发、调度等功能模块,将用户的访问指向最近的缓存服务器上,以此降低网络拥塞,提高用户访问响应速度和命中率。CDN强调内容的备份和缓存,而边缘计算的基本思想则是功能缓存(function cache)。

微云

2009年,微云诞生了。微云是由移动计算和云计算融合而来的新型网络架构元素,它代表移动终端、微云和云 3 层架构的中间层,可以被视作“盒子里的数据中心”。微云是 OEC(Open Edge Computing)的研究成果,该项目最初由美国卡耐基梅隆大学发起,而后受到了包括 Intel(英特尔)、华为、Vodafone(沃达丰)在内的多家公司的广泛支持,主要致力于对边缘计算应用场景、关键技术和统一 API 的研究。OEC 基于OpenStack 开源项目进行扩展,从而得到了微云,目前其源码以及搭建方法也可以在OEC 的官网上免费获得。

微云为拥有完整计算和存储能力的计算机或计算机集群,且本地化的部署在与移动设备同一个局域网络中,用户不需要经过核心网就可直接连接到朵云端。Cloudlet的架构图如下图所示,Cloudlet通过稳定的回传链路与核心网云端连接,将云端计算服务前置,最大限度地发挥云端的处理能力的同时,又能使用户与计算资源的距离控制在一跳范围内。这里所说的"一跳"范围是指的Cloudlet—般会通过WIFI和用户连接,WIFI覆盖范围内的移动设备都可以使用Cloudlet提供的计算和存储服务。

微云的设计灵感来自于触觉互联网(tactilenetwork),致力于实现信息的超低时延传输。微云可以直接运行在终端上,比如车辆、飞机等。此时的边缘计算强调下行,即将云服务器上的功能下行至边缘服务器,以减少带宽和时延。

雾计算

随后,在万物互联的背景下,边缘数据迎来了爆发性增长,为了解决面向数据传输、计算和存储过程中的计算负载和数据传输带宽的问题,研究者开始探索在靠近数据生产者的边缘增加数据处理的功能,即万物互联服务功能的上行。具有代表性的是雾计算(fog computing)、移动边缘计算(mobileedge computing,MEC)、。

2012年,思科提出了雾计算,定义为迁移云计算中心任务到网络边缘设备执行的一种高度虚拟化的计算平台。云计算架构将计算从用户侧集中到数据中心,让计算远离了数据源,也会带来计算延迟、拥塞、低可靠性和安全攻击等问题,于是在云计算发展了大约10年的2015年,修补云计算架构的“大补丁”,雾计算开始兴起了。

雾计算就是本地化的云计算,是云计算的补充。云计算更强调计算的方式,雾计算更强调计算的位置。如果说云计算是WAN计算,那么雾计算就是LAN计算。如果说CDN是弥补TCP/IP本地化缓存问题,那么雾计算就是弥补云计算本地化计算问题。2015年11月,思科、ARM、戴尔、英特尔、微软及普林斯顿大学边缘(Edge)实验室共同宣布成立OpenFog联盟等公司联合成立了开放雾联盟(OpenFog)。

MEC

MEC并不是一个新概念,它最初于2013年出现,源于IBM与NokiaSiemens网络当时共同推出了一款计算平台,可在无线基站内部运行应用程序,向移动用户提供业务。欧洲电信标准协会(ETSI)于2014年成立移动边缘计算规范工作组,正式宣布推动移动边缘计算标准化。其基本思想是把云计算平台从移动核心网络内部迁移到移动接入网边缘,实现计算及存储资源的弹性利用。由于移动边缘计算位于无线接入网内,接近移动用户,因此可以实现超低时延、高带宽来提高服务质量和用户体验。随着深入研究,ETSI将MEC中”M”的定义也做了进一步扩展,使其不仅局限于移动接入,也涵盖WI-FI接入、固定接入等其他非3GPP接入方式,将移动边缘计算从电信蜂窝网络延伸至其他无线接入网络。2017年3月,ETSI把MEC中的“M”重新定义为“Multi-Access”,“移动边缘计算”的概念也变为“多接入边缘计算”。

大事记

2016年11月,华为技术有限公司、中国科学院沈阳自动化研究所、中国信息通信研究院、英特尔、ARM和软通动力信息技术(集团)等在北京成立了边缘计算产业联盟(edge computing consortium,ECC),致力于推动“政产学研用”各方产业资源合作,引领边缘计算产业的健康可持续发展。

2017年7月,ETSI多接入边缘计算(MEC,Multi-access EdgeComputing)行业规范工作组(ISG)实现了巨大的里程碑,发布了首套标准化应用程序接口(API),以支持边缘计算的互操作性。五个ETSI的规范分别是GS MEC 009、GS MEC 010-2、GS MEC 011、GS MEC 012、GS MEC 013,将接近移动边缘服务API、应用程序生命周期管理、移动边缘平台应用程序启用、无线网络信息的API和Location API。

2018年1月全球首部边缘计算专业书籍《边缘计算》出版,《边缘计算》是由施巍松、刘芳、孙辉、裴庆祺等专家学者共同编著,其中施巍松教师是边缘计算这一领域的早期提出者之一和主要倡导者,也是ACM/IEEE国际边缘计算研讨会(SEC)的创始人,其他三位作者也是国内早期从事边缘计算研究的科研人员。这本书算是边缘计算从业者的第一本专业性书籍。它从边缘计算的需求与意义、系统、应用、平台等多个角度对边缘计算进行了阐述。

2018年9月17日在上海召开的世界人工智能大会,以“边缘计算,智能未来”为主题举办了边缘智能主题论坛,这是中国从政府层面上对边缘计算的发展进行了支持和探讨。2019年3月, 政协委员周鸿祎在两会期间把边缘计算写入提案,提出未来信息密码“IMABCDE”。IMABCDE每个字母都有所指代,分别是IoT、移动通信、人工智能、区块链、云计算、大数据、边缘计算。并指出边缘计算会改变整个未来网络的结构。这是两会中首次出现边缘计算。

看完上文,边缘计算前世今生中的点点滴滴,大家对边缘计算从CDN一路演进到现在的多接入边缘计算MEC之路有所了解。万物互联时代来临,自动驾驶技术,微软百度大公司边缘技术开源,天时地利人和,抓住边缘计算,就是抓住了5G时代的浪潮。

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