边缘云技术演进与发展白皮书

2边缘技术演进与发展白皮书3 前言 伴随着云计算、5G、物联网等技术快速发展，边缘计算备受关注，正在加速迈向广泛普及和深度应用的新阶段。边缘云在更靠近用户和数据源头侧部署，拓展中心云计算服务边界，满足用户在低时延、成本控制、敏捷部署、数据安全等方面业务需求。自2018年《边缘云计算技术及标准化白皮书》正式发布以来，边缘云计算概念定义逐渐明晰，技术架构持续演进，实践场景不断丰富。 为进一步推动边缘云技术深化发展，本白皮书以《边缘云技术演进与发展白皮书》为题，旨在深入探讨边缘云在技术架构、应用场景、标准布局等方面演进与发展，为边缘云计算下一阶段发展提供新动能。 编写单位（排名不分先后）参编人员 阿里云计算有限公司 中国信息通信研究院（云计算与大数据研究所） 任庚杨敬宇郝冲李克张毅萍刘廷伟白常明王广芳熊鹰李晓成高顺路肖文鹏杜凯张振尧佘俊泉郭辉平刘阳阳 栗蔚徐恩庆董恩然李昂王蕴婷 4边缘技术演进与发展白皮书5 目录 前言 一、边缘云计算发展概述 二、边缘云节点小型化技术演进 01节点小型化边缘云定义 02节点小型化边缘云技术能力评估指标 03节点小型化“一云多态”技术发展路线 04节点小型化边缘云发展趋势 三、边缘云节点硬件基础设施技术演进 01边缘云硬件初期阶段：无定制化 02边缘云硬件当前阶段：轻度定制 03边缘云硬件未来演进方向：面向场景深度 定制 四、边缘云节点网络架构技术演进 01边缘云统一网络架构的发展趋势 02网络架构演进 1.第一阶段：经典网络 2.第二阶段：混合网络 3.第三阶段：超融合网络 五、边缘云分布式云管系统技术演进 01分布式云管架构演进 1.云管第一阶段：基本功能 2.云管第二阶段：融合管控 3.云管第三阶段：多态混跑 4.云管第四阶段：生态支撑 02多维协同 1.边边协同 2.云边协同 03边缘节点装配 六、边缘云典型应用场景 01边缘云应用场景发展趋势 02流量型场景 03终端云化场景 04政企边缘云场景 1.商用边缘云 2.自用边缘云 七、边缘云技术发展展望 6边缘技术演进与发展白皮书7 Developmentoverview 边缘云计算发展概述 随着过去十年间全球云计算市场的指数级增长，云计算技术突飞猛进，市场快速扩张。集中式的云计算架构，提供了基于数据中心的大规模计算、网络和存储等资源，解决了泛互联网行业在前二十年快速发展所面临的业务迅速增长、流量快速扩张、大规模计算需求等问题。 01在用户需求方面 5G、人工智能、物联网等技术的规模化应用和企业数字化转型快速推进，云计算应用从互联网行业向政务、金融、工业、医疗等传统行业加速渗透，集中式云计算模式逐步难以满足部分业务场景在网络时延、带宽成本、数据安全、敏捷部署等方面需求，用户对云计算服务能力要求逐步多元化发展，边缘云计算模式应运而生。 2电信网络边缘云。此类边缘云利用运营商网络边缘接入点，根据需求建设资源池规模、服务种类差异化网络边缘服务，包括5GMEC等。MEC边缘云是基于通信网络构建的边缘云平台，能够与5G等网络融合。MEC作为边缘云计算平台承载各类算力业务的同时，也可使用5G网络中就近转发、开放、网络切片等特定的网络能力，在低时延、云网融合等方面具有天然的技术优势，MEC云可实现公有云或混合云等不同形式的交付。 3现场侧边缘云。此类边缘云更靠近用户数据中心或业务现场，实现按需部署，包括混合边缘云、专有边缘云等类型。现场侧边缘云可通过专有交付形式建设在用户本地数据中心，提供低时延、定制化云服务。混合边缘云是指专有云和公有云相结合提供服务，组成混合云模式的边缘云，为业务应用提供更高的灵活性的同时，满足监管对数据本地贮存的要求。现场边缘云主要面向生产现场，可实现大量终端设备的连接、生命周期管理和轻量化应用的运行，将现场IoT设备连接到本地边缘云平台，在弱网情况下实现边-端侧适度自治。 02在概念定义方面 边缘云计算是构筑在边缘基础设施之上，位于尽可能靠近事务和数据源头的网络边缘侧位置，并能够与中心云协作的云计算模式。相较于集中式云计算，边缘云可提供弹性扩展的云服务能力，具有快速响应时间、低延迟和轻量计算等特点。 03在市场数据方面 根据IDC《中国边缘云市场解读，2022》报告数据，2021年中国边缘云市场规模总计达50.4亿元人民币，其中边缘公有云服务市场占比较大，市场规模达25.6亿元人民币。IDC表示边缘云在互联网视频、游戏、安防、交通、文旅等多个行业均有落地实践，预计未来市场增长空间广阔。 05在实践场景方面 边缘云为各行业的企业带来全新的价值提升。在延迟敏感场景中，例如RTC、直播等业务过去部署在中心云的业务开始走向分布式下沉路线，逐渐部署到边缘云节点上，满足低延迟需求；在带宽流量压力场景中，通过部署边缘云将网络流量下沉到本地数据中心，将大大缓解骨干网压力，为企业节省核心网络开支，同时实现就近接入，用提升户体验；在数据安全场景中，边缘云可以通过部署在用户本地的形式提供定制化服务，将数据进行本地贮存，满足数据监管合规要求。 随着数字经济发展逐渐成熟和智能化转型的深入，边缘云计算需求会持续增长，在未来几年边缘云计算的机会也会大幅增加。从云到边再到物联网终端设备，边缘云上承中心云的负载延伸，下接海量终端设备的接入管理，边缘计算作为中间层，是实现云边端一体化发展不可缺少的一环，可以预见未来边缘云计算的边界和应用场景依然会持续快速扩张。 04在部署模式方面 围绕用户时延、网络位置等多种因素，边缘云部署形态可分为云服务延伸边缘云、电信网络边缘云、现场边缘云等。 1 云服务延伸边缘云。此类边缘云部署模式提供针对特定区域或是广域覆盖边缘云资源，包括边缘公有云、CDN边缘云等类型。其中，边缘公有云是依托大规模、分布式的云节点、成熟的软硬件技术以及远程自动化装配维和运维保障体系，为用户提供标准的边缘云接入和云服务；CDN边缘云是从CDN服务扩展而来的边缘云计算模式，依托CDN广泛分布的硬件基础设施，通过对其虚拟化改造，以提供边缘计算服务。由于规模大、覆盖范围广等特点，此类边缘云计算服务具有相当的成本和高可用性等优势。 8边缘技术演进与发展白皮书 9 边缘云节点小型化技术演进 近几年来，边缘云服务商经历了在各行业和边缘场景的探索与实践，产品与方案正在加速完成商业化落地。在云服务商、电信运营商、CDN服务商、独立边缘计算服务商、边缘软件提供商和最终用户的共同努力下，边缘云商业化案例的数量和规模持续大幅上升。边缘计算用户已接受部分业务在边缘云的应用实践，并部署了相关产品与服务，在此类业务场景实践过程中，边缘云演进出来独特的小型化平台和技术方案。 01节点小型化边缘云定义 边缘云分布广泛、部署轻量，这正是边缘云的优势所在，而随着边缘云市场发展，边缘云节点模式逐渐向小型化发展。节点小型化边缘云是基于大规模地域分散的边缘节点相互协同组成的一朵可远程管控、安全可信、标准易用的分布式云。小型化的定义，既包括了单一边缘云节点，也包括了若干个边缘云节点组成的逻辑小集群。多种云算力形态（一云多态）可以在单一边缘云节点中提供，也可以通过节点小集群来提供。 图1节点小型化边缘云 10边缘技术演进与发展白皮书 1 节点小型化边缘云有如下技术特点： 远程管控 边缘云节点分布式部署在各地，是非中心化的，可通过互联网或专线等方式实现网络互联互通，按照统一的管控标准对分布在各靠近终端的边缘云小型节点进行管理。同时，在弱网情况下，边缘侧节点可进行适度自治管理。边缘云管控的部署位置可在中心云节点，也可以在边缘云节点。 安全可信 边缘云节点提供的是边缘云服务，也需要满足云计算所需的安全和可信的要求，需要满足机房、机架和硬件层面的安全要求，同时需要满足在操作系统、云管、云产品等软件层面提供安全能力，数据加解密、等保等安全要求。对边缘云节点或集群，可以具备数据迁移等能力，保证数据存储的安全和可靠性等要求，也可以通过边缘云节点与中心管控间的交互和数据传输等协同方式，对节点的数据进行备份和恢复。除了软件层面的安全可信保障外，还可以通过添加安全网关、防火墙、防DDos攻击等硬件安全保障方案，共同完成边缘云节点的网络安全保障。 标准易用 边缘云节点是“一云多态”的技术服务形式，也是具有大规模分布式部署的节点，边缘业务有很多是从中心云下沉部署到边缘的，所以，需要边缘云提供的云资源，包括算力、网络、存储等具有与传统云服务高度一致的使用规则和体验。可以通过提供标准API，标准云产品等能力为客户提供开放、标准、易用的使用体验。 11 03节点小型化“一云多态”技术发展路线 边缘云节点中，提供多种云算力形态即“一云多态”，将成为小型化边缘云节点技术趋势。随随着边缘场景逐渐丰富和边缘技术融合化发展，边缘云节点需要同时提供虚拟机服务、容器服务、裸机服务和裸金属服务等算力形态一云多态的技术形式也会随着云计算技术的发展而长期存在。 第一阶段，边缘虚拟机服务 该阶段是边缘云发展的初期阶段，主要以分布式的数据采集和本地化服务为主。用户对于边缘侧的主要需求是具备分布式的计算能力。由于中心云计算已经形成了虚拟机的使用习惯，边缘侧沿用了该模式，主要技术栈依然是基于Linux系统的虚拟化技术，提供标准的虚拟机服务。 第二阶段，边缘裸机、裸金属服务 随着边缘业务场景丰富，用户对于边缘计算的规格和性能要求越来越高，传统的虚拟机模式逐渐无法满足，因此边缘云技术开始往多样化、异构化发展。任何计算设备都可以托管在边缘云平台，直接提供裸机作为业务载体，节省虚拟化的资源开销，尽可能的将服务器的最大性能提供用户。对于这个阶段的边缘云技术，则需要实现一套管控模型，使之能够生产虚拟机之外的裸机和裸金属实例。 第三阶段，边缘容器服务 随着容器技术的流行，传统的开发和运维模式产生了巨大的变化，以容器和容器镜像为代表，资源和发布方式出现了革命性演进。计算资源需要提供容器实例，以及对应托管服务。相比于中心云，在边缘侧生产和管理容器在技术上存在更多挑战。首先，由于边缘侧资源的分布性，多节点管理需要跨互联网进行；其次，为提供体验一致的K8s服务，边缘云平台需要实现分层的分布式管理和跨公网的可靠性保障。 02节点小型化边缘云技术能力评估指标 基于边缘业务场景的需求，小型化边缘云应当在以下指标中有突出表现： 资源覆盖指标 边缘云是由分散的小节点构成的分布式云，节点的覆盖范围和数量决定了客户访问互联网服务时的体验。具备较低的网络延迟，才能够满足低延时场景的需求，因此，对于小型边缘云，节点的覆盖范围以及节点的数量是衡量小型边缘云服务质量的关键指标，通常在每个省份的电信运营商机房都需要有节点部署，才足够做到提供本地化服务。 交付效率指标 云服务的基础设施需要具备一定的自动化响应能力，物理硬件上架和网络连线施工两项工作强依赖人力介入，但云平台的部署和云资源的开通则应做到自动实时响应。特别是小型边缘云场景，通常用户的业务更加灵活多变，需要平台能够开通不同规格的计算和存储服务，对于云平台而言，灵活交付能力尤为重要。 云边协同指标 小型边缘云不是单节点技术，而是将遍布各地的小节点统筹管理、统一调度的技术。在控制面和数据面上需要高性能、稳定的数据传输能力，比如操控指令需要快速下发到所有节点实并时生效，分散的节点上的监控和业务数据也需要能够快速的回传至中心进行进一步处理。因此在中心节点和边缘小节点间需要具备高性能、安全可靠的指令和数据传输通道。 第四阶段，边缘Serverless服务 直到前三个阶段都仅是资源形态层面的演进，第四阶段则是使用模式的升级，边缘云平台面临的挑战更为严峻。随着微服务化的出现和成熟，用户期待边缘云能够直接提供服务，通过接口调用便可使用资源，真正做到按需使用、按量计费。 04节点小型化边缘云发展趋势 第一，资源位置无感 随着边缘云技术的发展，分布式的资源加上微服务化部署、以及智能的调度技术，使得用户能够在任意位置直接使用服务，而不用再关心背