基于5G通信的廣電邊界云計算架構與云平臺建設

紀盈含

（黑龍江省廣播電視安全播出調度中心，黑龍江 哈爾濱 150090）

0 引 言

隨著5G通信的不斷推廣應用，諸多行業(yè)和機構持續(xù)推動相關技術產業(yè)的落地。邊界云計算作為云平臺建設的核心技術，已經成為人們研究的熱點。受限于傳統(tǒng)計算機制的影響，能力弱、容積小、可持續(xù)性差以及斷點堵點多等性能問題嚴重制約了行業(yè)內傳統(tǒng)計算終端的發(fā)展[1]。為解決突出問題，突破技術壁壘，廣電5G在云平臺建設進程中引入廣電邊界云計算架構，并將其嫁接至區(qū)域、板塊以及移動終端等場景。通過不斷部署云節(jié)點和利用邊際協(xié)同效應打造“跨域聯(lián)動、一體融合、協(xié)同共享”的分布式差異化云平臺，以云邊界的強計算機制為廣電5G賦能，統(tǒng)籌現有資源，以中心式運維推動廣電全域各節(jié)點的態(tài)勢共享、數據分發(fā)以及服務延伸等實際工作，降本增效，規(guī)范服務，為新階段廣電5G推動產業(yè)結構升級提供技術支撐。

1 系統(tǒng)結構與技術原理

云平臺建設基于邊界云計算架構設計，為云服務和云存儲等技術加載和后臺運維提供邊界云計算場景，利用與廣電云中心等核心網絡節(jié)點的數據共享，完成數據處理等傾向于用戶的終端服務。邊界計算能力能夠有效滿足用戶實際體驗，提高由原Internet提供的基礎服務質量。依據邊界云計算架構原理，網絡協(xié)議提供了與5G通信網和移動網等連接的多類型網絡接口，同步適配同類型軟硬件[2]。一般條件下，邊界云與計算核之間的海量數據交互需要支持多層組織架構，如圖1所示。

圖1 邊界云與計算核的多層數據交互架構

計算核（數據采集層）對接的是廣電云的各類業(yè)務、非線性數據處理以及全域數據運維等板塊。邊界云（傳輸層）對接即時業(yè)務，能夠滿足計算核的業(yè)務數據要求和運維需求。用戶端（服務層）對接部分計算能力和運維能力，在數據計算能力傾向終端時滿足緩存數據對服務的需求[3]。

2 廣電邊界云計算架構設計

結合Internet組織體系架構的問題，設計一種基于5G通信的廣電邊界云計算架構。核心思想為通過邊界云的靈活機動運算和網絡分布存儲能力，解決原互聯(lián)網提供數據調配、計算以及存儲等服務的資源調度限制。依托邊界云的核心計算能力，嫁接網絡終端用戶和云數據中心間的數據服務，實現分布式的云端資源獲取和信息處理能力[4]。在整個邊界云計算框架中，5G通信網絡承載著海量數據傳輸功能，如圖2所示。

圖2 基于5G通信的廣電邊界云計算架構

邊界云計算架構設計3層體系，分別為以廣電基站為核心的數據采集層、以5G通信網為主網和搭配Internet底層網的數據傳輸層、以云平臺為基礎的終端服務層[5]。

數據采集層通過單片機設計數據處理終端，使得數據采集層根據終端定制需求完成數據的精準采集和后期處理。此外，通過5G模塊和系統(tǒng)架構的數據接口實現數據云端的共享、分發(fā)以及處置，高效對接數據傳輸層的業(yè)務范圍。

數據傳輸層利用5G通信網絡的核心功能完成云平臺的數據傳輸，通過廣電5G完成對規(guī)劃區(qū)域的精準覆蓋，利用Internet有線和遠距無線傳輸等網絡協(xié)議，補充數據傳輸的全域覆蓋，提供相關參數作為數據矯正[6]。為保證數據傳輸的穩(wěn)定性，通過通信中繼準入廣電5G網絡中樞。

終端服務層通過組織架構中的邊界云計算，實現數據處理的專屬性，即定向完成終端需求或其他業(yè)務末端的服務請求[7]。利用傳輸層實時共享用戶需求和終端數據，通過對基礎應用功能進行局部邊界計算，針對不同需求、不同標準以及不同輸出進行資源整合、調度以及匹配，基于強大的5G通信能力和云數據的計算能力得到目標數據或定向結果，利用反向傳輸的功能將結果傳遞至終端用戶，并記錄在云端的存儲系統(tǒng)。

3 廣電5G云平臺建設

3.1 建設目標

廣電5G云平臺建設是以省市為單位，輻射全國終端用戶，以分布式網絡體系為基本架構，部署的計算中心與運營服務中心。它的核心業(yè)務包括業(yè)務運行、核心計算、數據存儲、網絡運維、信息安全以及用戶服務等，在打造一體化云平臺的基礎上，實現區(qū)域資源共享和實時業(yè)務服務，并持續(xù)為智慧廣電的智能化和無人化方向進行技術賦能[8]。廣電5G云平臺建設目標如圖3所示。

圖3 廣電5G云平臺建設目標

3.2 技術路線

云平臺建設中作為核心的數據中心需要為邊界計算的各個分節(jié)點提供計算平臺、傳輸渠道以及緩存空間，同步做好數據安全和網絡運維等工作，并在平臺-中心-節(jié)點間做好智能協(xié)同和異步協(xié)作，實現自主式一體化管理和控制。

基于產品全生命周期管理系統(tǒng)（Product Lifecycle Management，PLM）完成云平臺數據中心業(yè)務類的全時管控，以資源模式協(xié)調完成相關業(yè)務。數據中心能夠精準對接邊界計算的各個分節(jié)點，因此可以提供多個維度的數據處理。基于電子設計自動化（Electronic Design Automation，EDA）+圖形處理器（Graphics Processing Unit，GPU）服務器軟硬件一體化來實現邊緣節(jié)點的計算方案，以期將計算能力拓展至網絡邊際，以整合優(yōu)化資源，集中突破計算瓶頸，實現穩(wěn)定且長效的本地服務響應。

3.2.1 分時管控

根據邊界云架構的技術底層服務與分時管控硬件滿足適配性要求，突出解決邊界節(jié)點在異步重構和分時運維等方面存在的虛實結合問題，設計軟件定義網絡（Software Defined Network，SDN）+底層承載網underlay的方案，對物理網絡和虛擬網絡進行正向分離和解耦，實現分時管控的云網邊界效應。

3.2.2 節(jié)點智能

為進一步打通基于廣電5G網絡邊界性節(jié)點的智能化運維，實現數據計算、內容管理和系統(tǒng)運維等大類業(yè)務的智慧管控，云平臺采用邊緣節(jié)點服務（Edge Node Service，ENS）將網絡架構堆積各個要素分別拓展至Internet的網絡棧道，實現邊界云計算、5G通信網絡以及信息數據安全的三維融合。

3.2.3 云邊協(xié)同

考慮云平臺數據中心的業(yè)務特點和邊界云效應，協(xié)同工作需要準確對接需求的接入、資源的介入以及在信息數據處理方面的有機融合，實現全國范圍內跨域節(jié)點之間的內容交互。

3.2.4 云網一體

采用分布式云平臺的彈性部署，支持5G網絡+多接入邊緣計算（Multi-access Edge Computing，MEC）。邊緣側計算服務完成終端接入與需求定制，保證智慧廣電的業(yè)務工作落地。

3.3 建設部署

利用Open Stack計算彈性控制器Nova建設開放式應用程序界面（Application Program Interface，API）接口和正向解耦的系統(tǒng)架構，以完成云數據生命周期的各種動作，負責管理整個云的計算資源、網絡、授權及測度。Nova通過libvirt用于管理虛擬化平臺的開源API、后臺程序以及管理工具，實現基礎設施即服務（Infrastructure as a Service，IaaS）層異構資源的整合、優(yōu)化以及管理。通過Web服務API對外提供處理網云數據接口，且該接口與Amazon的Web服務接口相兼容。通過將SDN和underlay技術融入邊界云計算，使數據控制與轉發(fā)實時同步，分時分離完成軟硬件系列的正向解耦，轉換為按需提供的計算存儲、網絡安全、應用管理、數據分析以及管理部署等云服務，如圖4所示。

圖4 基于Open Stack的廣電云平臺建設

4 結 論

通過廣電5G通信網絡特點構建廣電邊界云計算架構，實現對全域和全類數據感知終端的一體融合，并逐步完善云平臺建設，完成分布式節(jié)點部署、云網協(xié)同以及云邊協(xié)同等業(yè)務模式，拓展信息數據的網絡傳輸和邊際協(xié)同能力。以廣電5G為核心的網絡化數據鏈路實現了降本增效，提供了標準化技術服務規(guī)范，可為廣電業(yè)態(tài)的跨域式融合奠定技術基礎。