“边缘计算+”技术白皮书（2022年）

“边缘计算+”技术白皮书 （2022年） 算网融合产业及标准推进委员会2022年8月 版权声明 本白皮书版权属于算网融合产业及标准推进委员会，并受法律保护。转载、摘编或利用其它方式使用本白皮书文字或者观点的，应注明“来源：算网融合产业及标准推进委员会”。违反上述声明者，本院将追究其相关法律责任。 参与编写单位 中国信息通信研究院、北京航空航天大学、天翼云科技有限公司、中国联合网络通信有限公司研究院、北京火山引擎科技有限公司、浪潮电子信息产业股份有限公司、中国科学院重庆绿色智能技术研究院、英特尔（中国）有限公司、工业和信息化部威海电子信息技术综合研究中心、联想(北京)有限公司、浪潮通信技术有限公司、上海层峰网络科技有限公司、浙江九州云信息科技有限公司、星环信息科技（上海）有限公司、浩鲸云计算科技股份有限公司、优刻得科技股份有限公司、腾讯云计算（北京）有限责任公司、京东云计算有限公司、缀初网络技术（上海）有限公司、深圳市视美泰技术股份有限公司、北京百度网讯科技有限公司、阿里云计算有限公司、北京奥思工联科技有限公司。 主要撰稿人 宋平、穆琙博、毕立波、柴瑶琳、韩淑君、党小东、张云畅、刘轶、安雨顺、鄢智勇、陈杲、沈建发、马犇、罗宋平、姚远、郑志浩、曾红李、武璇、杜君、宋滨、崔先锋、郭双拴、王晔彤、魏明智、杨雪、徐俊、李开、范豪钧、童欣欣、王占成、陈双禾、李希源、袁博、刘海涛、刘禹瑄、肖志新、王闻宇、王晓飞、柏威、 吴秋材、朱松、白常明、王鑫、黄磊。 前言 作为行业数字转型的核心能力底座，边缘计算获得业界的广泛关注。随着边缘计算在医疗、交通、工业等各行业规模部署，要求边缘计算应面向特定行业具备差异化与定制化的能力，为满足行业应用在高效算力、海量接入、智能分析、安全防护等方面的需求，边缘计算技术与5G、大数据、人工智能、安全等各类技术深度融合，共同构成“边缘计算+”技术创新体系。“边缘计算+”既是边缘计算技术的融合创新，也是边缘计算服务能力的升级演进，其深层含义是各类技术通过“边缘计算化”赋能产业数字化、网络化、智能化转型。 本白皮书基于行业研究和调研报告，梳理了技术融合在边缘计算行业赋能方面的助力作用，总结提炼边缘计算技术融合的核心价值；提出了“边缘计算+”内涵，从边缘计算赋能底座、技术融合与行业应用三个层次介绍“边缘计算+”参考模型；从场景需求、技术架构和典型案例三个方面，系统梳理“边缘计算+5G”、“边缘计算+人工智能”、“边缘计算+音视频”等六项“边缘计算+”的关键技术能力；最后围绕算网融合、一体化智能化、云原生与安全防护，展望“边缘计算+”技术演进趋势。 当然，白皮书仍然存在诸多不足，恳请各界批评指正。 一、融合创新已成为边缘计算发展的必然趋势1 (一)边缘计算构筑行业数字转型能力底座1 (二)技术融合助力边缘计算实现行业赋能2 (三)边缘计算技术融合的核心价值5 二、“边缘计算+”的内涵与参考模型7 (一)“边缘计算+”内涵7 (二)“边缘计算+”参考模型8 三、“边缘计算+”关键技术能力17 (一)边缘计算+5G17 (二)边缘计算+人工智能26 (三)边缘计算+音视频38 (四)边缘计算+区块链51 (五)边缘计算+安全56 (六)边缘计算+高性能计算62 四、“边缘计算+”技术发展趋势68 (一)“边缘计算+”技术从概念走向深入68 (二)一体化与智能化成为“边缘计算+”重要发展方向69 (三)云原生将成为“边缘计算+”技术演进的加速器69 (四)可信设施与安全服务共同构筑“边缘计算+”安全壁垒70 参考文献72 缩略语73 图1“边缘计算+”参考模型8 图2MEC参考模型21 图3机器人联网监控和预测维修案例24 图4智慧商超案例24 图5智慧园区案例25 图6边缘AI参考架构31 图7工业质检典型场景部署架构34 图8期货交易所仓库运营管理方案35 图9建筑工地人员行为分析平台36 图10在线视频流量分发技术落后于内容需求39 图11边缘计算音视频参考架构40 图12边缘RTC方案45 图13边缘视频源站46 图14视频安防方案47 图15边缘节点与云CDN协同48 图16边缘计算+区块链架构图54 图17边缘计算安全架构59 图18无人机通信链路60 图19可信电力调度方案62 图20边缘高性能计算架构64 图21“软件+硬件”异构计算架构66 一、融合创新已成为边缘计算发展的必然趋势 (一)边缘计算构筑行业数字转型能力底座 数字经济成为构建新发展格局的关键支撑。党的十九届五中全会提出，要加快构建以国内大循环为主体、国内国际双循环相互促进的新发展格局，把实施扩大内需战略同深化供给侧结构性改革有机结合起来，以创新驱动、高质量供给引领和创造新需求。数字化转型过程将以信息技术，特别是新一代信息通信技术为基础。 在数字经济发展需求的驱动下，新建数据量将超过去30年的总和，娱乐数据将保持主体地位，生产数据占比将持续增长。数字经济时代，80%的数据和计算将发生在边缘。作为行业数字化转型的基础赋能平台，边缘计算通过在网络边缘位置，为各类行业用户提供数字化、网络化、智能化服务，以满足行业数字变革过程中在低时延、大带宽、智能分析、海量数据、安全可信、高效算力等不同方面的差异化需求。 全球各国积极推进边缘计算的战略布局。以美国、欧洲为代表的发达国家，均将边缘计算列入产业数字化转型中的关键环节和技术进行统筹部署，并积极推进创新应用。我国高度重视边缘计算的发展，近期工信部印发了《5G应用“扬帆”行动计划（2021-2023年）》、《新型数据中心发展三年行动计划（2021-2023年）》、《工业 互联网综合标准化体系建设指南（2021版）》等相关文件，积极推进边缘计算在工业互联网等多个领域的技术、标准与产业发展。 在边缘计算分类方式上，Linux基金会的LFEdge根据部署的位置，将边缘计算划分为用户边缘和服务提供商边缘两类[1]。其中，用户边缘包括端侧设备、网关设备以及边缘数据中心等；服务提供商边缘包括访问边缘和区域边缘等。本文按照边缘计算的技术实现方式，边缘计算可分为：运营商边缘、云边缘和工业边缘三类： 运营商边缘：基于运营商网络，在基站、中心机房等位置部署计算资源，提供边缘服务。 云边缘：云服务商基于CDN节点和网络构建，通过虚拟化技术，将算力“下沉”到距离用户较近的城域内，构建边缘服务能力。 工业边缘：通常在工业企业内部构建边缘基础设施，面向“人、机、料、法、环”产品质量管理全环节，部署边缘应用，实现OT与ICT的深度融合。 上述三类边缘计算已经在垂直行业的不同场景中得以广泛应用。 (二)技术融合助力边缘计算实现行业赋能 1.运营商边缘 运营商边缘主要为终端用户提供大流量、低时延的服务，典型应用例如互动直播、云渲染、云VR等。运营商边缘的部署位置通常 位于运营商的通信机房中，与通信设备部署在一起，通过低成本的方式获得大带宽。 5G与边缘计算的深度融合已成为行业数字转型的能力底座。自 2020年开始，国内三大电信运营商已经开始进行5G网络的大规模部署建设。由于5G的目标是与各行各业深度融合，推动垂直行业数字化转型，所以在5G网络建设部署的同时，还需要部署大量的边缘计算节点来打造支持大带宽、大规模复杂连接的5G边缘云。5G边缘云将成为承载新商业应用、电信运营商基础网络及业务系统云化的“底座”，是电信运营商借以进行ToB业务竞争的核心竞争力，也是电信运营商与互联网企业在垂直行业竞争的“护城河”。 边缘计算技术与5G技术的深度融合促使网络流量通过各种低成本的本地专线的方式接入云网络。此外，运营商边缘正在逐步向提供跨电信运营商的统一边缘云服务方向迈进。通过采用统一通用的API接口，实现应用的跨电信运营商统一部署交付、运维和管控。 2.云边缘 云边缘为客户提供指定地理位置附近的云能力。与运营商边缘相比，云服务商借助已部署的CDN网络，并提供多个运营商的网络接入能力，以服务更多的用户。云边缘到终端用户的时延一般在20ms以内[2]，主要为用户终端用户提供对时延和网络稳定性有一定要求的服务。 边缘计算与视频技术的深度融合进一步提升视频类应用的用户 体验。云服务商在视频边缘计算领域拥有大量的业务需求和成功经验，以云游戏、直播、音视频加速、安防监控等为代表的大流量大并发业务，在4G时代已得到广泛应用。随着5G时代的到来，云服务商通过“CDN下沉”的方式，将算力下放至近用户侧，提供低时延、智能化的边缘服务。 音视频加速业务利用云边缘基础设施，为其客户提供音视频加速服务，利用边缘节点的低成本及低延迟优势，提升产品竞争力及用户体验。云游戏利用云边缘基础设施，以最少的机器成本为节点覆盖区域提供低成本及高性能的PC及手机端云游戏服务。 安防监控利用云边缘，实现安防摄像头数据的转存及转发两大业务，利用边缘节点的低成本特性，极大降低的视频数据的传输和存储成本。基于边缘节点建设的存储功能，实现了摄像头数据的就近存储和就近访问。 3.工业边缘 工业边缘是边缘计算的重要应用领域，广泛分布于制造、能源、仓储物流等各个环节中，如制造车间、变电站、物流分拨中心、工业园区的网络机房等。各类工业应用在海量通信协议、异构数据、时间确定性与低时延、数据私密性与安全性、设备运行环境等不同方面对边缘计算提出了更高的要求。 随着工业互联网的发展，工业边缘计算会在人、机、料、法、环、测等各个环节遍地开花。利用边缘计算与人工智能融合技术实 现的机器视觉，可以对人和设备的安全提供保障、对生产物料质量进行识别纠错等；通过大数据实时采集分析可以对工作设备进行预测性维护、对周围环境进行监测预警等。 同时，伴随着通信技术的不断发展，5G的低延时和大带宽特性也正在和工业互联网的发展产生交集。我们可以看到工业现场的轻型边缘计算设备可以通过5G与网络边缘的基础设施高效协同工作，以此充分利用各自的物理资源。比如，大带宽可以将重计算量的大数据分析分配在网络边缘，低延时可以将毫秒级的控制应用部分上移到网络边缘，以此使工业边缘与网络边缘互相融合协同创新。 (三)边缘计算技术融合的核心价值 作为行业数字转型的核心能力底座，边缘计算获得业界的广泛关注。边缘计算已由技术概念期进入到期望峰值期，成为未来计算的重要趋势之一。于此同时，随着数字转型的深入，边缘计算在行业应用深度和广度上将得到进一步加强，广泛应用于工业、医疗、交通、教育、能源等众多领域，充分利用近用户侧的先天优势，为行业用户提供低成本、高质量的服务。 边缘计算技术融合将成为边缘计算产业落地的“助推器”。行业数字转型要求边缘计算应面向特定行业具备差异化与定制化的能力，以满足行业应用在高效算力、海量接入、智能分析、安全防护等方面的需求。边缘计算作为基础能力底座，与人工智能、大数据、区 块链、5G等各类新兴技术具有天然的亲和性，通过将各类技术“边缘计算化”，实现边缘计算服务能力升级，满足行业应用需求，推动边缘计算产业快速落地。 二、“边缘计算+”的内涵与参考模型 (一)“边缘计算+”内涵 随着各行业数字转型的逐渐深入，为了满足行业在高效算力、海量接入、智能化分析、安全防护等差异化应用需求，边缘计算技术与5G、大数据、人工智能、安全等各类技术深度融合，以MEC、边缘AI、边缘IoT、边缘高性能等为代表融合创新技术，共同构成了“边缘计算+”技术创新体系。“边缘计算+”既是边缘计算技术的融合创新，也是边缘计算服务能力的升级演进，其深层含义是各类技术通过“边缘计算化”赋能产业数字化、网络化、智能化转型。 (二)“边缘计算+”参考模型 图1“边缘计算+”参考模型 1.边缘计算构筑技术融合创新能力底座 如图1所示，在“边缘计算+”参考模型中，边缘计算为5G、AI、高性能计算等新一代ICT技术的行业落地，提供了必要的算力供给能力、边缘服务能力、端侧感知能力以及协同联动能力。各类ICT技术利用由边缘计算构筑的基础赋能平台，实现与边缘计算技术的融合创新，将服