邊緣計算和5G助力業(yè)務(wù)應(yīng)用

Keith Shaw 沈建苗

并非只有最前沿的應(yīng)用才能得益于邊緣計算和5G網(wǎng)絡(luò)。

在過去的十年間，云計算領(lǐng)域的進(jìn)展促進(jìn)了集中式的系統(tǒng)管理和運營方法，而移動計算、SaaS和物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展則推動計算界向分布式架構(gòu)發(fā)展。隨著5G和邊緣計算等技術(shù)的部署推廣，許多企業(yè)期望充分利用這兩種方法，同時提升應(yīng)用性能。

雖然5G和邊緣計算方面的炒作往往側(cè)重于機器人、增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實和自動駕駛汽車等領(lǐng)域的創(chuàng)新先進(jìn)應(yīng)用，但專家們表示，邊緣計算的好處不僅僅局限于這些應(yīng)用，它有望為IT專業(yè)人員提供更多的機會。

邊緣計算如何處理延遲？

在過去這十年，許多企業(yè)通過將資源集中在云提供商擁有的數(shù)據(jù)中心而得益于云計算，因為這節(jié)省了管理成本，還避免了內(nèi)部數(shù)據(jù)中心所需的資本支出。但是處理互聯(lián)網(wǎng)“邊緣”上的終端（比如物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備/傳感器和移動設(shè)備）時，集中化帶來了性能問題。

雖然如今的智能手機實際上是可塞入口袋的智能計算機，但它們?nèi)孕枰谠贫送瓿纱罅康奶幚砉ぷ?。卡耐基梅隆大學(xué)的計算機科學(xué)教授Mahadev Satyanarayan問道：“為什么不能把所有智能都放在終端？換句話說，為什么你的智能手機就不能這么做？”

他說：“答案是要進(jìn)行你想要完成的那種計算，就需要隨身攜帶比智能手機上多得多的計算資源?？紤]一下智能手機上的視頻攝像頭，它極其輕盈。但如果想要用它進(jìn)行實時視頻分析，顯然無法借助如今手機上的計算芯片完成這項任務(wù)——你需要將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，這時問題就開始出現(xiàn)?！?/p>

解決方案就是在移動計算中使用基于虛擬機的“小云”（cloudlet）——換句話說，將微型數(shù)據(jù)中心放在靠近需要處理能力的網(wǎng)絡(luò)邊緣。2009年，在《IEEE普適計算》期刊上，Satyanarayanan與人合著的一篇頗有影響力的文章概述了這種解決方案。

Satyanarayanan解釋，在4G LTE網(wǎng)絡(luò)上，智能手機與蜂窩信號塔之間的信號往返時間平均約為12～15毫秒;如果受到老式系統(tǒng)及其他因素的影響，實際時間可能更長。當(dāng)從智能手機向數(shù)據(jù)中心發(fā)信號時，這個過程可能需用時100～500毫秒，在一些情況下甚至需要整整1秒。Satyanarayanan稱該延遲為“分布尾部”（tail of distribution），這對低延遲應(yīng)用而言是大問題。

Satyanarayanan說：“增強現(xiàn)實等應(yīng)用中的用戶對尾部極其敏感。如果我讓你體驗半小時的增強現(xiàn)實，哪怕有25分鐘的體驗很贊，但你記住的只是5分鐘的糟糕體驗。”

使邊緣計算頗具吸引力的正是可以在邊緣處縮減尾部。

5G連接

將智能移到邊緣這個概念三、四年前才真正流行開來，當(dāng)時電信公司紛紛開始制訂5G無線計劃，并認(rèn)識到5G的速度在最后一英里才有幫助。

還記得4G上數(shù)據(jù)與蜂窩信號塔之間來回的時間在12～15毫秒嗎？有了5G，供應(yīng)商稱延遲時間僅為2～3毫秒，但是與邊遠(yuǎn)數(shù)據(jù)中心之間來回的時間仍可能需要至少100～500毫秒。Satyanarayanan說：“如果你需要將數(shù)據(jù)一路傳回到千里之外的數(shù)據(jù)中心，即使最后一跳（hop）的延遲為零毫秒，那又有什么影響？”

IDC的邊緣戰(zhàn)略研究主任Dave McCarthy同意這一觀點。

他說：“5G本身縮短了終端與移動信號塔之間的網(wǎng)絡(luò)延遲，但并未解決到數(shù)據(jù)中心的距離，這對延遲敏感的應(yīng)用而言可能是大問題。如果將邊緣計算部署到5G網(wǎng)絡(luò)中，可以盡量縮短這段實際距離，從而大大縮短響應(yīng)時間?！?/p>

他補充道，這使得邊緣計算對于部署推廣5G網(wǎng)絡(luò)和新的移動邊緣計算（MEC）服務(wù)至關(guān)重要。

專家們表示，認(rèn)識到邊緣計算與5G并非密不可分很重要。5G網(wǎng)絡(luò)絕對需要邊緣計算技術(shù)才能取得成功，而邊緣計算可以在不同的網(wǎng)絡(luò)上運行，包括4G LTE、Wi-Fi及其他類型的網(wǎng)絡(luò)。

邊緣計算和5G如何助力業(yè)務(wù)應(yīng)用？

在將5G速度與邊緣計算的處理能力結(jié)合起來后，專注于需要低延遲的應(yīng)用完全合情合理。這就是為什么早期使用場景往往涉及虛擬現(xiàn)實/增強現(xiàn)實、人工智能和機器人，它們需要利用計算資源迅速做出決策。但是眾多業(yè)務(wù)應(yīng)用有望得益于邊緣計算和5G。

STL Partners的邊緣計算首席顧問兼業(yè)務(wù)負(fù)責(zé)人Dalib Adib說：“在本地邊緣，已經(jīng)有許多應(yīng)用有望‘遷移過去或充分利用移動邊緣計算。使用場景方面有一個甜區(qū)，比如用到視頻、人工智能和物聯(lián)網(wǎng)的那些使用場景?！?/p>

專家們列舉了邊緣計算在企業(yè)的眾多使用場景，包括如下：

·? 制造、油氣和能源等行業(yè)擁有資本密集型資產(chǎn)的公司企業(yè)，使用5G和邊緣計算用于維護和維修活動。這包括指導(dǎo)技術(shù)人員維修的增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實應(yīng)用，以及將無人機用于鐵路、橋梁或樓宇的直觀檢查，利用先進(jìn)分析技術(shù)找出潛在的瑕疵或需要維護的部件。

·? 生產(chǎn)設(shè)施的實時流程優(yōu)化。由智能聯(lián)網(wǎng)設(shè)備生成的數(shù)據(jù)可以動態(tài)調(diào)整校準(zhǔn)設(shè)置，從而提高成品率、減少瑕疵。

·? 基于狀態(tài)的監(jiān)測——使用物聯(lián)網(wǎng)傳感器來檢查某個資產(chǎn)或機器上的特定參數(shù)，確保運行正常。

·? 用于監(jiān)視的視頻分析，比如使用實時處理來確定進(jìn)入樓宇的人是員工還是訪客，并核實員工身份。

·? 視頻分析在緊急情況下為執(zhí)法部門的決策者提供實時建議。

·? 醫(yī)療保健行業(yè)的遠(yuǎn)程醫(yī)療應(yīng)用——使用視頻和分析技術(shù)來診斷患者，或遠(yuǎn)程監(jiān)測患者。

Satyanarayanan預(yù)計，會開發(fā)出旨在充分利用邊緣計算諸多優(yōu)點（比如低延遲和帶寬可擴展性）的邊緣原生應(yīng)用。他表示，這類應(yīng)用可能會進(jìn)一步推動市場對5G網(wǎng)絡(luò)和邊緣計算的需求。

他與合著者在2019年的文章《邊緣原生應(yīng)用的重要作用》中寫道：“增強人類認(rèn)知能力的邊緣原生應(yīng)用是邊緣計算的潛在殺手級應(yīng)用。這些應(yīng)用可以實時改善人類認(rèn)知能力的一些方面（比如任務(wù)處理、長期記憶和人臉識別等）。如果充分利用邊緣計算，就可以將尺寸、體積、能耗和散熱都比用戶攜帶或佩戴的計算資源大得多的計算資源運用于這種任務(wù)?！?/p>

邊緣計算進(jìn)一步的業(yè)務(wù)效益

專家們表示，邊緣計算除了低延遲優(yōu)勢外，還可以為企業(yè)帶來諸多優(yōu)勢，包括節(jié)省帶寬成本、更豐富的隱私選項、遵從法規(guī)以及為網(wǎng)絡(luò)連接不穩(wěn)定的情形提供支持。

在帶寬方面，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可以在邊緣處理數(shù)據(jù)，然后僅將必要的數(shù)據(jù)發(fā)回到云服務(wù)器。設(shè)想一下：不將來自覆蓋樓宇或機場的100個視頻攝像頭的數(shù)據(jù)發(fā)送到中央云服務(wù)器進(jìn)行人臉識別或其他實時分析可以節(jié)省多少帶寬。

加強數(shù)據(jù)隱私是另一個好處。Satyanarayanan表示，在邊緣存儲和處理數(shù)據(jù)可防止數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程云服務(wù)器的過程中，不法分子可以通過機器學(xué)習(xí)算法從數(shù)據(jù)流中提取個人信息。

IDC的McCarthy說，此外，“在一些情況下，邊緣計算是一種遵守政府或行業(yè)法規(guī)的方法。比如說，歐洲的《數(shù)據(jù)保護通用條例》（GDPR）規(guī)定了數(shù)據(jù)主權(quán)方面的要求，限制了可以在何處傳輸和存儲數(shù)據(jù)。邊緣計算使企業(yè)可以對應(yīng)用軟件部署在何處擁有更大的控制權(quán)?！?/p>

邊緣計算還惠及在網(wǎng)絡(luò)連接不穩(wěn)定的情形下員工需要使用移動應(yīng)用程序的公司。

McCarthy說：“這在終端進(jìn)出覆蓋區(qū)域的行業(yè)很普遍，比如運輸業(yè)、采礦業(yè)和農(nóng)業(yè)。通過在本地運行應(yīng)用邏輯，功能可以保持持久性，生成的信息則可以在以后上傳到云或其他數(shù)據(jù)中心?！?/p>

其他例子包括自然災(zāi)害后的中斷或敵方會斷開互聯(lián)網(wǎng)連接以干擾通信的軍事應(yīng)用。

最后，對于希望將計算資源從集中式專用設(shè)備移出去的企業(yè)而言，邊緣計算的靈活性和可擴展性可能是一項關(guān)鍵優(yōu)勢。STL Partners的Adib說：“這正是促使制造、物流倉儲、零售、油氣和采礦等行業(yè)紛紛采用邊緣計算的原因?！?/p>

疫情因素

盡管有以上種種優(yōu)勢，企業(yè)仍可能將5G和邊緣計算視為次要技術(shù)。不過邊緣計算出現(xiàn)了另一個更直接的用途：它有助于支持因疫情封鎖或在家辦公命令而居家工作的員工。

許多企業(yè)繼續(xù)使用需要采用虛擬桌面基礎(chǔ)架構(gòu)（VDI）才能運行的老式應(yīng)用程序或?qū)Ｓ械亩ㄖ栖浖?，許多這類解決方案都需要員工在附近。

Satyanarayanan解釋道：“如果你在家工作，這種解決方案效果不佳。使用VDI基礎(chǔ)架構(gòu)，需要極短的延遲，需要將擊鍵操作和鼠標(biāo)移動發(fā)送到基本上是遠(yuǎn)程桌面的地方。邊緣計算為所謂的EdgeVDI打開了一扇門，可將虛擬機從企業(yè)內(nèi)部的私有數(shù)據(jù)中心移動到邊緣處的設(shè)備。你會注意到，由于疫情，VDI業(yè)務(wù)迅猛增長，就是這個原因。”

據(jù)IDC的McCarthy聲稱，響應(yīng)不斷變化的工作模式，內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡(luò)（CDN）也在擁抱邊緣計算。

他說：“更多的員工在辦公室時，那些辦公樓通過企業(yè)級技術(shù)連接到互聯(lián)網(wǎng)?，F(xiàn)在由于改為在家工作，電纜公司及其他多系統(tǒng)運營商在處理更龐大的負(fù)載。良好的邊緣策略可以讓企業(yè)在不同類型的基礎(chǔ)架構(gòu)之間靈活地轉(zhuǎn)移工作負(fù)載，相比集中式方法可以為員工和客戶提供更好的服務(wù)?！?/p>

本文作者Keith Shaw是一名自由撰稿人，撰寫IT文章方面有20多年的經(jīng)驗。

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