邊緣計算的下一場革命：1+1>2？

作者：環(huán)球塔莎 2020-06-08 15:41:00

云計算

邊緣計算 IDC預(yù)計，到2025年，全球每年將創(chuàng)造163 ZB的數(shù)據(jù)，是2016年的10倍左右。該研究公司還預(yù)計，其中四分之一的數(shù)據(jù)將實時生成，其中“物聯(lián)網(wǎng)”設(shè)備將貢獻95%的數(shù)據(jù)量。而實現(xiàn)邊緣計算的基礎(chǔ)設(shè)施也即將在這個好時機面市。

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在病人到達急診室之前，醫(yī)生護士通過高清視頻就能初步診斷病情;警察可以通過這樣的實時流評估緊急情況，再相應(yīng)地派遣執(zhí)法人員;交通控制系統(tǒng)自動調(diào)整信號燈，重新安排交通路線，來加快緊急車輛的行駛速度……

以上是Nicole Raimundo的設(shè)想，Raimundo是北卡羅來納州Cary鎮(zhèn)的首席信息官，目前正在為Cary的“智慧城市”項目實施此類功能。

從理論上講，支持這些方案的技術(shù)已經(jīng)到位，但是現(xiàn)有的無線網(wǎng)絡(luò)仍然存在模糊、卡屏和掉線等問題。

不過，在2020年，三項無線技術(shù)將重新定義無線網(wǎng)絡(luò)，這也可能會改變企業(yè)構(gòu)建應(yīng)用程序、管理數(shù)據(jù)、分配計算資源的方式。

邊緣計算狂潮席卷

IDC預(yù)計，到2025年，全球每年將創(chuàng)造163 ZB的數(shù)據(jù)，是2016年的10倍左右。該研究公司還預(yù)計，其中四分之一的數(shù)據(jù)將實時生成，其中“物聯(lián)網(wǎng)”設(shè)備將貢獻95%的數(shù)據(jù)量。而實現(xiàn)邊緣計算的基礎(chǔ)設(shè)施也即將在這個好時機面市。

當然，在一個集中云或數(shù)據(jù)中心處理，存儲如此大量的數(shù)據(jù)是不切實際的。這意味著需要更多的邊緣計算平臺更靠近傳感器、攝像機、收銀機、濕度計和數(shù)百個其他產(chǎn)生數(shù)據(jù)的設(shè)備。所以，5G、Wi-Fi 6和公民寬帶無線電服務(wù)(CBRS)，三個新興無線協(xié)議應(yīng)運而生，為分布式智能的實現(xiàn)助力。

不過，復(fù)雜性、安全性和管理問題能在新邊緣模型問世之前被解決嗎?

在此背景下，從云計算提供商到傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)提供商和電信巨頭，科技行業(yè)的許多領(lǐng)域都面臨著巨大的風險。

雖然邊緣計算的分布式性質(zhì)與亞馬遜和微軟等云計算巨頭成功駕馭的集中式處理模式相悖，但他們很快對此采取了相應(yīng)措施;與此同時，Cisco和Juniper等網(wǎng)絡(luò)提供商也看到了一個更大的基礎(chǔ)設(shè)施市場;無線運營商和托管服務(wù)提供商也正在尋找機會，幫助企業(yè)構(gòu)建新的邊緣“結(jié)構(gòu)”;虛擬化和管理系統(tǒng)供應(yīng)商，如VMware和IBM以及眾多初創(chuàng)公司，也將與邊緣計算進行融合。

由于眾人都預(yù)見到邊緣計算將引起企業(yè)IT基礎(chǔ)設(shè)施的大規(guī)模變革，從1月份Cisco在巴塞羅那的直播，到2月份舉行的移動世界大會，以及4月份在加州圣何塞舉行的物聯(lián)網(wǎng)世界大會，這些行業(yè)會議都在圍繞著邊緣計算的主題。加州大學(xué)圣地亞哥分校首席信息官Vince Kellen說：“我們正處于一場大規(guī)模的分裂之中，各方力量都在推動中央集權(quán)和分權(quán)兩個極端?！痹七€是選擇，但網(wǎng)絡(luò)如何將數(shù)據(jù)傳遞給云僅僅是人們的猜測。

追求線速的無線技術(shù)—5G

5G，幾乎人人都有所耳聞，這是通過數(shù)字蜂窩網(wǎng)絡(luò)進行通信的新國際標準，但是大多數(shù)人并不了解它為什么如此重要。該協(xié)議有三種不同版本：低頻帶，中頻帶和高頻帶，它們彼此之間不兼容。低頻帶網(wǎng)絡(luò)僅在4G的基礎(chǔ)上提高了速度，不過是第一個進入消費類手機的網(wǎng)絡(luò)。

Packet的Smith預(yù)測無線應(yīng)用將具有“零延遲和無限帶寬”

而激動人心的是5G高頻段，它的頻譜范圍在20 GHz至100 GHz之間，這是從未應(yīng)用于消費類手機的頻段。5G高頻段不僅能夠?qū)崿F(xiàn)驚人的速度，還能夠?qū)⑿盘柗指畛桑⑦\行在同一物理網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施上的多個虛擬化獨立邏輯網(wǎng)絡(luò)。

并且每個切片可以具有不同的特性，能用于特定的用途或組織，提供有保證的性能和極低的延遲。這解決了帶寬共享使蜂窩網(wǎng)絡(luò)性能不穩(wěn)定的問題。

Packet Host Inc.(一家裸機云平臺的開發(fā)商)首席執(zhí)行官Zac Smith說，5G網(wǎng)絡(luò)下，只要你靠近一臺收音機，就可以在零延遲和無限帶寬的情況下運行應(yīng)用程序，保證你的頻譜不會被共享。

而且其連接速度非?？?，每秒高達10Gbit。5G可能替代以太網(wǎng)布線，使數(shù)百萬臺計算機擺脫硬連線的束縛。

但是，高頻段5G的信號不會傳播很遠，并且很容易被墻壁和樹木阻擋。為了實現(xiàn)速度和低延遲，微蜂窩站之間的位置必須相距不超過500英尺，但這使網(wǎng)絡(luò)擴建既費時又昂貴。在可預(yù)見的將來，根據(jù)使用情況，公共蜂窩數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)將結(jié)合使用所有三種5G頻段，以及它們的4G和3G前身，具體取決于使用場景。

電信服務(wù)提供商和制造商行業(yè)協(xié)會5G Americas總裁Chris Pearson表示，5G網(wǎng)絡(luò)的商業(yè)部署始于去年，目前已有約50個實時網(wǎng)絡(luò)?！暗?020年你會看到一個突飛猛進的增長，我們預(yù)計，到今年年底，全球的網(wǎng)絡(luò)連接將超過10億。”

Wi-Fi

Wi-Fi 6是無線協(xié)議的最新版本，通常在建筑物或受地理位置限制的共享空間中使用。與該標準兼容的設(shè)備已經(jīng)推出了數(shù)月，預(yù)計明年價格會急劇下降。

Wi-Fi 6除了性能提升，也有一些新功能。與5G一樣，Wi-Fi 6也實現(xiàn)了自己的網(wǎng)絡(luò)切片形式，從而使信號可以專用于某些端點。由于帶寬共享，Wi-Fi無法在一些速度和可靠性要求高的場合下使用，這也是困擾網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師多年的一個難題，Packet的Smith表示：“對于需要保證訪問和性能的應(yīng)用，Wi-Fi目前完全無法使用?！?/p>

新標準還提高了Wi-Fi接入點可以同時尋址的設(shè)備數(shù)量的閾值。與帶寬切片結(jié)合使用時，可大大提高可靠性。Enterprise Strategy Group Inc.的分析師Bob Laliberte說：“與之前的版本相比，Wi-Fi 6在人口稠密地區(qū)方更有效。”

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Edgeworx的Hopkins認為Wi-Fi 6將引入一類新型的IoT設(shè)備

另外，新功能“無線LAN喚醒”允許在需要時喚醒網(wǎng)絡(luò)上的設(shè)備，而不是始終保持連接狀態(tài)，該功能可以大大提高傳感器和其他端點設(shè)備的電池壽命。而目前，即使只是偶爾需要更新，端點也必須不斷保持網(wǎng)絡(luò)廣播狀態(tài)。邊緣計算軟件公司Edgeworx的首席執(zhí)行官Kilton Hopkins說：“從電池壽命的角度來看，Wi-Fi 6改變了游戲規(guī)則?！?/p>

CBRS

第三個重要的新無線標準，即公民寬帶無線電服務(wù)( Citizens Broadband Radio Service，CBRS)，也是最鮮為人知的。CBRS涵蓋了一系列未經(jīng)許可的頻譜，這些頻譜最初是由美國國防部開發(fā)的，并于去年秋天批準用于商業(yè)用途。像Wi-Fi一樣，CBRS適用于地理位置有限的區(qū)域，例如大學(xué)校園和運動場。

不過，它具有比Wi-Fi更大的容量、速度和范圍。但更重要的是，CBRS可以用作5G的載體介質(zhì)，這意味著企業(yè)可以在不許可商業(yè)頻譜的情況下運行自己的5G網(wǎng)絡(luò)，這在以前是不可能做到的。

綜上所述，新標準應(yīng)使組織能夠構(gòu)建微網(wǎng)絡(luò)，而不用去處理基站和信號共享帶來的瓶頸問題。這些組織將成為微型云提供商，可以在本地處理大多數(shù)的服務(wù)，僅選擇性地將數(shù)據(jù)發(fā)送到中央云。

在推動科技的進步同時，以公有云為代表的傳統(tǒng)集中式的云計算模式積累了大量財富，但是，以邊緣計算為代表的分布式云模式將會給前者帶來強有力的挑戰(zhàn)。

1 + 1 = 3

Celona的Dondurmacioglu：下一代無線采用者“不再考慮Wi-Fi，而是在準備更換布線?！?br />

技術(shù)組合在一起的潛力是巨大的，邊緣計算軟件公司Edgeworx Inc.的首席執(zhí)行官Kilton Hopkins說，例如，Wi-Fi 6的“無線LAN喚醒”可以顯著降低功耗，從而將更多的情報存儲在傳感器和遠程設(shè)備中，進而允許將更多的應(yīng)用程序邏輯委派給那些設(shè)備。

同樣，5G網(wǎng)絡(luò)的速度和帶寬將使許多計算機擺脫硬連線的束縛。擁護這些技術(shù)的公司表示，“沒有尋找替代Wi-Fi，而是在準備更換布線?！?Celona Inc.公司(一家基于5G構(gòu)建企業(yè)應(yīng)用程序的公司)的營銷副總裁Ozer Dondurmacioglu說。

例如帶寬劃分、預(yù)留帶寬之類的功能也挑戰(zhàn)著數(shù)十年來的網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，“幾年前，一切都建立在中心輻射模式下?！逼髽I(yè)技術(shù)和供應(yīng)鏈服務(wù)提供商World Wide Technology Inc.全球服務(wù)提供商部門的首席技術(shù)官Joe Wojtal說，“隨著公共云和邊緣計算的普及，這些網(wǎng)絡(luò)實際上已經(jīng)沒有邊界?！?/p>

IT咨詢公司Global Elmeast的首席執(zhí)行官Ken Zhang說：“在3G和4G網(wǎng)絡(luò)中，應(yīng)用程序和移動設(shè)備之間的服務(wù)質(zhì)量只是差強人意，而現(xiàn)在，企業(yè)可以在給定的地理區(qū)域內(nèi)建立自己的專用5G網(wǎng)絡(luò)，而基站數(shù)量只需要10-20個?！?/p>

這種新基礎(chǔ)架構(gòu)之上的是軟件定義網(wǎng)絡(luò)(SDN)——統(tǒng)籌設(shè)備和服務(wù)的管理層的統(tǒng)稱。SDN讓管理員可以從中央管理點靈活地調(diào)配和管理服務(wù)，在不接觸物理設(shè)備的情況下設(shè)置，更改，分段和關(guān)閉網(wǎng)絡(luò)。

亞利桑那州立大學(xué)CIO Gonick：“極大地簡化了運營開銷。”

亞利桑那州立大學(xué)(Arizona State University，ASU)正在進行SDN，5G，Wi-Fi 6和CBRS的改造，預(yù)計該?？梢员ＷC數(shù)千臺設(shè)備上高速度和高性能。

“我們正在研究虛擬網(wǎng)絡(luò)、軟件定義的編排和跨多個域的自動化，能夠為每個客戶提供高性能、低延遲、隱私和安全?！盇SU企業(yè)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)師James McCabe說，他以前為美國國家航空航天局設(shè)計網(wǎng)絡(luò)。

ASU的新網(wǎng)絡(luò)能使該大學(xué)在中央集線器、本地處理器甚至智能設(shè)備上的負載分散開來。McCabe說：“我們有能力感知環(huán)境和傳輸。例如，智能攝像頭能夠解讀視頻信號，使校園警察能夠在人群中檢測，或者在炎熱天氣中識別過熱人群。

新的網(wǎng)絡(luò)將使大學(xué)成為云服務(wù)提供商和電信運營商。ASU已經(jīng)在校園范圍內(nèi)部署了WhatsApp和Zoom視頻會議等應(yīng)用程序。它可以挖掘使用數(shù)據(jù)，以便更好地了解這些應(yīng)用程序是如何應(yīng)用的。

它還可以將其網(wǎng)絡(luò)的專用部分用于應(yīng)急響應(yīng)、車隊管理和科學(xué)實驗等?！斑@是我們第一次虛擬化網(wǎng)絡(luò)，并利用可分割的軟件平臺，”CIO Lev Gonick說?！斑@大大減少了運營成本?！?/p>

ASU還在擴展其網(wǎng)絡(luò)，來供附近創(chuàng)新區(qū)的企業(yè)使用。Gonick說：“使用我們的網(wǎng)絡(luò)來代替商業(yè)網(wǎng)絡(luò)，可以為城鎮(zhèn)節(jié)省大量成本。”

Cary鎮(zhèn)的Raimundo發(fā)現(xiàn)了整合整個地區(qū)數(shù)據(jù)流的新方法

SDN還允許運營商通過應(yīng)用程序接口公開網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，Cary鎮(zhèn)的首席信息官Raimundo對此非常關(guān)注。她說：“當前的物聯(lián)網(wǎng)解決方案往往非常單一，而如今我們關(guān)注的是新的生態(tài)系統(tǒng)——將所有這些數(shù)據(jù)集中到一個地方，并進行整體研究。”

這可以為穿越城鎮(zhèn)的訪客提供一致的服務(wù)，并有助于整個區(qū)域的應(yīng)急響應(yīng)。Cary鎮(zhèn)與附近的Apex鎮(zhèn)以及北卡羅萊納州首府羅利(Raleigh)合作，采用一種協(xié)作的方法來監(jiān)測雨水傳感器，以便遇到洪水的城鎮(zhèn)可以提醒下游鄰居做好準備。

其目標是讓攝像機感知即將到來的洪水，并觸發(fā)警報，自動關(guān)閉受影響的道路并重新引導(dǎo)交通。這種網(wǎng)絡(luò)可以通過API聯(lián)合本地網(wǎng)絡(luò)來構(gòu)建。

結(jié)合CPRS、Wi-Fi 6和5G等技術(shù)的校園網(wǎng)，可以使企業(yè)成為自己的小型云提供商。例如，一個足球場的所有者可以專門為看臺上的球迷建立一個私人5G網(wǎng)絡(luò)，并提供增值內(nèi)容，如收費的VR重播和互動游戲。體育場館所有者有了一個內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)，還成為了一個運營商，但這一切都無需向外部支付任何費用。

考慮到高度分散的網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性，企業(yè)可能會嚴重依賴技術(shù)提供商實現(xiàn)邊緣計算?？巳R姆森大學(xué)(Clemson University)首席信息官Russell Kaurloto表示：“我們的復(fù)雜性是多方面的，管理開銷巨大?！彼裕摻M織正在調(diào)查使用CBRS，5G和Wi-Fi 6進行的網(wǎng)絡(luò)改造，并希望技術(shù)提供商能幫助他們將網(wǎng)絡(luò)簡化。

客戶端/服務(wù)器2.0

盡管下一代網(wǎng)絡(luò)有望實現(xiàn)，但許多CIO仍持懷疑態(tài)度。在《華爾街日報》對IT領(lǐng)導(dǎo)者進行的一次年終非正式調(diào)查中，他們將5G標記為上一年最被夸大的技術(shù)之一。

Edgeworx的Hopkins說，毫無疑問，他們的態(tài)度反映出一定的戰(zhàn)斗疲倦，但也可能是因為人們認為這些技術(shù)僅僅是現(xiàn)有技術(shù)的較快版本。他說：“如果他們認為5G只是帶寬的升級，那當然不是革命。”“他們要知道，這是關(guān)于連接和消費的全新模型?！?/p>

加州大學(xué)圣地亞哥分校的Kellen認為，“集權(quán)和分權(quán)的力量都很大。”

在1990年代初期，一種稱為“客戶端/服務(wù)器(client/server)”的概念吸引了業(yè)界組織，并有望將集中式大型機計算分為服務(wù)器和PC網(wǎng)絡(luò)。

但是其復(fù)雜性也一直是個問題?？蛻舳?服務(wù)器本來應(yīng)該比集中計算更便宜，更靈活，但是它從來沒有達到過人們的預(yù)期，這在很大程度上是因為管理復(fù)雜和安全性問題。那邊緣計算能否最終成為客戶端/服務(wù)器2.0呢?

IBM Watson的IBM研究員兼首席技術(shù)官Rob High說：“但是這些產(chǎn)品的規(guī)模存在一定的價值風險?！薄叭绻覀儾荒芙鉀Q管理繁瑣的問題，提供簡便和廉價的價值，那么這些規(guī)模的成本可能大于它所帶來的的價值?！?/p>

World Wide Technology的Wojtal對此也表示同意。他說：“沒有人樂意做虧本買賣。”

也有人說，兩者千差萬別，不能拿來比較。一方面，客戶機/服務(wù)器是在商業(yè)互聯(lián)網(wǎng)提供一致傳輸層之前構(gòu)思的，它嚴重依賴于Windows個人電腦，當時甚至連多任務(wù)都做不到。相比之下，新的邊緣體系結(jié)構(gòu)旨在將處理和邏輯分布在計算機和其他設(shè)備的多樣和流動的網(wǎng)絡(luò)中。

客戶機/服務(wù)器也是公司大型機的替代品，多虧云計算的興起，沒有人再抨擊集中處理了，相反的是，云被視為價值鏈中的一個重要部分，而智能設(shè)備將承擔起在邊緣篩選數(shù)據(jù)的責任。

ESG的Laliberte說：“那么企業(yè)重要的課題應(yīng)該是如何部署最少的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，來執(zhí)行所需的分析，從而確保所有數(shù)據(jù)都發(fā)送到集中式數(shù)據(jù)湖、海洋或云中?！薄捌髽I(yè)不應(yīng)將此視為一對一的情況，而應(yīng)將這些技術(shù)無縫地協(xié)同工作。”

這種扁平的對等網(wǎng)絡(luò)的設(shè)想，又喚起了人們對網(wǎng)格計算的回憶，這是20世紀90年代的一個從未達到人們預(yù)期的技術(shù)。網(wǎng)格是一種分布式處理結(jié)構(gòu)，許多計算機并行處理復(fù)雜的問題。在當今高性能的計算環(huán)境中，它仍然很受歡迎。

去年秋天，加州大學(xué)圣地亞哥分校與威斯康星大學(xué)合作，將超過51,000個租用的圖形處理單元結(jié)合在一起，并排成網(wǎng)格，用于分析南極表面以下的冰晶。實驗證明，網(wǎng)格體系結(jié)構(gòu)能夠臨時積累計算能力來應(yīng)對重大問題?！拔覀儸F(xiàn)在看到網(wǎng)格計算的形式變得非常可行。” CIO Kellen說。

競爭紛紜

在云平臺提供商的帶領(lǐng)下，供應(yīng)商的市場爭奪戰(zhàn)已經(jīng)拉開帷幕。前三大運營商正在推動的本地云操作堆棧(AWS的前哨站、微軟的Azure堆棧和谷歌的Anthos)都用作基站，可用于未來協(xié)調(diào)客戶的邊緣部署。

去年12月，AWS宣布了Wavelength服務(wù)，該服務(wù)可在5G網(wǎng)絡(luò)的邊緣提供其云計算和存儲資源，AWS還與Verizon Communications Inc.建立了合作伙伴關(guān)系，并稱這是眾多電信聯(lián)盟中的第一家。AWS還已開始推出“本地區(qū)域”，這些區(qū)域是小型衛(wèi)星數(shù)據(jù)中心，用于速度要求高的應(yīng)用程序。

微軟與AT&T公司結(jié)盟，從AT&T的5G網(wǎng)絡(luò)邊緣位置提供Azure云服務(wù)。該公司在去年春季的Build開發(fā)者大會上宣布了一系列針對邊緣計算的計劃，并且專門針對IoT設(shè)備部署了Azure云版本。

到目前為止，谷歌已經(jīng)將其戰(zhàn)略鎖定在其園區(qū)開發(fā)的Kubernetes容器協(xié)調(diào)器上，它被視為在邊緣設(shè)備上運行云原生應(yīng)用程序的關(guān)鍵技術(shù)。

另一方面，電信供應(yīng)商可以從幫助客戶建立自己的微型網(wǎng)絡(luò)，甚至在地方一級提供云計算和數(shù)據(jù)服務(wù)中獲益。World Wide Technologies的Wojtal說：“服務(wù)提供商在公共云提供商方面有優(yōu)勢，因為它們有直接連接到企業(yè)客戶的設(shè)施?！?/p>

邊緣計算還可能重新引發(fā)人們對服務(wù)器托管的興趣，服務(wù)器托管已有數(shù)十年的歷史，最初的設(shè)想是租用數(shù)據(jù)中心空間，現(xiàn)在，托管提供商作為低成本的網(wǎng)絡(luò)中心，在企業(yè)中發(fā)揮著重要作用，他們可以連接地理受限的5G網(wǎng)絡(luò)。

不僅如此，Cisco等傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)公司都希望在數(shù)據(jù)中心、企業(yè)網(wǎng)絡(luò)和其他邊緣技術(shù)的開發(fā)等方面，繼續(xù)保持中流砥柱的地位。

專家表示，建立下一代網(wǎng)絡(luò)還需要時間，不想站在風口浪尖的CIO最好再等等。ESG的Laliberte建議：“先確保關(guān)鍵架構(gòu)師和團隊成員能受到有關(guān)技術(shù)的培訓(xùn)，再進行下一步。”

總的來說，通過有條不紊的行動，漸進式的升級，依靠技術(shù)提供商來承擔繁重的工作，那么即使是視頻電話，都終將形成一個在速度、適應(yīng)性和可靠性上都前所未有的網(wǎng)絡(luò)。

當前標題：邊緣計算的下一場革命：1+1>2？
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