2023無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)

無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANIII目 錄前 言 I一、無(wú)務(wù)器計(jì)算網(wǎng)的發(fā)景 1邊計(jì)算蓬發(fā)展 1無(wú)務(wù)器算逐漸興起 3無(wú)務(wù)器緣算網(wǎng)絡(luò)提出展 6二、無(wú)務(wù)器計(jì)算網(wǎng)架構(gòu)鍵技術(shù) 10服務(wù)邊緣算網(wǎng)絡(luò)參考架構(gòu) 10服務(wù)邊緣算網(wǎng)絡(luò)鍵技術(shù) 12三、無(wú)務(wù)器計(jì)算網(wǎng)的應(yīng)景 18智制造 19物網(wǎng) 21車(chē)網(wǎng) 22AR/VR 23智交通 25四、無(wú)務(wù)器計(jì)算網(wǎng)生態(tài)與產(chǎn)業(yè)展 28源生發(fā)展 28業(yè)發(fā)展 39準(zhǔn)化展 51五、總與展望 54附錄A：術(shù)與略語(yǔ) 55參考文獻(xiàn) 56PAGEPAGE10一、無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展背景邊緣計(jì)算的蓬勃發(fā)展事件驅(qū)動(dòng)開(kāi)發(fā)、高效部署等；同時(shí)，各類(lèi)互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)和應(yīng)用（例如業(yè)界提出了邊緣計(jì)算的概念[1]，即在靠近用戶(hù)終端的網(wǎng)絡(luò)邊緣部署AR/VR等5G2017202032017820208驗(yàn)室等八家創(chuàng)始成員發(fā)起的一個(gè)MEC邊緣計(jì)算開(kāi)源項(xiàng)目——5G5G+MEC[2]2020無(wú)服務(wù)器計(jì)算的逐漸興起（Serverless（CloudNativeComputingFoundation，CNCF）2006年，云同時(shí)，在開(kāi)發(fā)側(cè)，應(yīng)用軟件從單體架構(gòu)過(guò)渡到面向服務(wù)的架構(gòu)，前（ucin-s-aeviaa編集群DevOps（等被并沒(méi)有彌合云計(jì)算在按需付費(fèi)和靈活擴(kuò)縮容上的缺失，直到ServerlessServerlessFaaSIAAS到OS（VM/容器）Serverless/IT無(wú)服務(wù)器計(jì)算在以下三方面扮演著重要角色：開(kāi)發(fā)者維。使用者提供方無(wú)服務(wù)器計(jì)算平臺(tái)包括兩個(gè)技術(shù)方面：oss--eic（asHTTPBacked-sa-ec（aSIAPIServerless的。最先使用Serverless術(shù)語(yǔ)的是2012年Iron.io公司提出的/serverlessBaaS平臺(tái)，如Parse，2012Firebase（FacebookGoogle收購(gòu)FaaSLambda年初IBMBluemix上的OpenWhisk（即現(xiàn)在的IBMCloudFunctions，其核心開(kāi)源項(xiàng)目成為pacepnkgle的lducis、AzureFunctions2017Function開(kāi)源FnServerlessOpenfaas、Fission、Kubeless、Knative、IronFunctionsServerless/20192CloudProgrammingSimplified:ABerkerleyonServerlessComputingServerless將成為下一代云服務(wù)的主流形態(tài)。無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的提出及發(fā)展含kenel等eveles/終止副本的開(kāi)銷(xiāo)相對(duì)于成熟的虛擬機(jī)來(lái)說(shuō)是非常ServerlessIoTAPIIoTServerlessServerless（過(guò)觸發(fā)云平臺(tái)的一個(gè)函數(shù)來(lái)升級(jí)到管理系統(tǒng)。在所有案例下，ServerlessSense-Decide-Act中的很多IoTIoT-IoTServerless到邊Serverless抽象，基于容器和UnikernelServerlessServerless確資源供給。基于此，潛在遇到間歇工作負(fù)載的IoT用例將很適合Serverless傳統(tǒng)系統(tǒng)可能僅通過(guò)提前分配資源（如根據(jù)一直活躍的服務(wù)副本ServerlessServerless0緣計(jì)算編排將利用Serverless功能而非lazy2017Serverless--Serverless函數(shù)在端--2019年在基（Serverless（phsk2017年發(fā)布的Lambda@Edge。在研OpenFaas量級(jí)可移植的版本faasd。在國(guó)內(nèi)，無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的研究剛剛起步，成果相對(duì)較少，ServerlessAI應(yīng)用GPU支持二、無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)Serverless無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)參考架構(gòu)圖2-1無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的參考架構(gòu)Serverless智能業(yè)務(wù)與應(yīng)用：應(yīng)的函數(shù)APIServerlessServerlessSeveles服務(wù)的管控，并向上支撐智能服務(wù)與應(yīng)用，向下連通網(wǎng)絡(luò)及資源?；赟erverlessServerlessServerlessServerlessServerless（的抽象和管理；同時(shí)對(duì)接分布式基礎(chǔ)設(shè)施資源，實(shí)現(xiàn)層級(jí)式管控。分布式邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施資源：使用者開(kāi)發(fā)者：無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)關(guān)鍵技術(shù)本小節(jié)主要介紹無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)參考架構(gòu)中的關(guān)鍵技術(shù)，包括基于Serverless的服務(wù)管理技術(shù)、資源管理編排技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)控制管理技術(shù)等。Serverless的服務(wù)管理技術(shù)基于Serverless的服務(wù)管理技術(shù)主要為分布式函數(shù)計(jì)算提供支撐；（ServerlessServerless的ServerlessServerlessServerless的ServerlessServerless的服務(wù)部署主要解決函數(shù)服務(wù)在哪里部署的問(wèn)題以及部署在哪種計(jì)ServerlessServerless資源管理編排技術(shù)資源管理編排是無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)參考架構(gòu)的關(guān)鍵技術(shù)之UnikernalOS技術(shù)是容ubents8ockerKubernetesGoogleDockerKubernetes擴(kuò)展的資源自動(dòng)調(diào)度機(jī)制以及多粒度的資源配額管理能力。同時(shí)KubernetesUnikernalDockerUnikernal還可充分利用虛擬機(jī)管理程序的資源管理與隔離UnikernalUnikernal有望成為超越容器的下一代云技術(shù)；考慮到目前的云數(shù)據(jù)中Unikernal[8]。網(wǎng)絡(luò)控制管理技術(shù)網(wǎng)絡(luò)控制管理技術(shù)主要采用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SoftwareDefined（Time-SensitiveNetworking，SDNSDN的邊緣FlexE、DetNet[4]FlexEClientTDM（）DetNet2層橋3三、無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用場(chǎng)景無(wú)服務(wù)器計(jì)算作為新一代云計(jì)算的思想及理念，其核心是將提供APIEdge5G智能制造5G造業(yè)，幫助企業(yè)智能化轉(zhuǎn)型升級(jí)。綜合行業(yè)需求及各項(xiàng)技術(shù)的發(fā)展，我們認(rèn)為無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)能夠在靠近工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)、數(shù)據(jù)源頭側(cè)，OT、CT和IT識(shí)的模型化以及開(kāi)展端到端的產(chǎn)業(yè)各環(huán)節(jié)協(xié)作推動(dòng)制造業(yè)的智能化過(guò)程中地諸多阻礙。3-1智能制造5G最終，作為工廠智能升級(jí)改造的基礎(chǔ)平臺(tái)，打造工業(yè)智能應(yīng)用生態(tài)，OICT物聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)（InternetofThings，IoT）的概念至今已為人廣泛理解，5GIT7*24車(chē)聯(lián)網(wǎng)（InternetofGPS200微秒就要發(fā)送一條信息，如果指令丟失或者延遲過(guò)大都低延遲和快速響應(yīng)是保證車(chē)聯(lián)網(wǎng)能夠平穩(wěn)運(yùn)行的重要因素，5G5GAR/VR（italeaity，（gmtdReaiy，AR）是指通過(guò)計(jì)算將圖形進(jìn)行轉(zhuǎn)換，后通過(guò)耳機(jī)或眼鏡等可穿戴設(shè)VR游戲、VRAR教育AR/VRFacebook的OculusGoogle的VRGlass\hAR/VRAR/VRAR/VRAR/VRVRAR/VR25ms以?xún)?nèi)，圖3-2 AR/VRAR/VR算節(jié)點(diǎn)以取得更好得用戶(hù)體驗(yàn)，也取得一定得效果。例如騰訊在其CDNAR/VR智慧交通\hPAGE3智慧交通AI分PAGEPAGE27四、無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)生態(tài)建設(shè)與產(chǎn)業(yè)發(fā)展目前越來(lái)越多信息通信網(wǎng)絡(luò)相關(guān)企業(yè)進(jìn)入到邊緣計(jì)算和無(wú)服務(wù)開(kāi)源生態(tài)發(fā)展無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)開(kāi)源生態(tài)主要由邊緣計(jì)算和無(wú)服務(wù)器計(jì)邊緣計(jì)算開(kāi)源生態(tài)EdgeGalleryEdgeGalleryMEC5G+（5G網(wǎng)絡(luò)）MECEdgeGalleryKubernetes打圖4-1EdgeGallery介紹KubeEdgeKubeEdge展到Edge的主機(jī)，是一個(gè)面向邊云協(xié)同的云原生邊緣計(jì)算框架。KubeEdge在KubernetesKubeEdgeKubeEdge完KubeEdge的功能特點(diǎn)如下：1）支持復(fù)雜的邊云網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：雙向多路復(fù)用邊云消息通道提供應(yīng)用層可靠增量同步機(jī)制，支持高時(shí)延、/50兼容ueretsds、Bluetooth、ZigBee圖4-2KubeEdge介紹K3SK3SKubernetesKubernetes極K3S的易用性使組織可以從堆棧中獲得更高的價(jià)值，將集群部署至K3S可以使用Istio支持快速部署無(wú)服務(wù)器容器，自由的進(jìn)行容器的擴(kuò)縮容，未來(lái)隨著K3S的應(yīng)用越來(lái)越廣，無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算的特性會(huì)得到進(jìn)一步的發(fā)展。圖4-3K3S架構(gòu)LinkEdgeK8S集群一鍵式Serverless/FaaS、異構(gòu)圖4-4OpenYurt架構(gòu)無(wú)服務(wù)器計(jì)算開(kāi)源生態(tài)KubernetesServerlessServerlessKubernetes主要介紹KnativeOpenFaaS、OpenWhisk和Kubeless。Knative20187月，GoogleKnative[5]。KnativeGoogleKubernetesIstioServerless開(kāi)施（虛擬機(jī)或者容器，網(wǎng)絡(luò)配置，容量規(guī)劃Serverless開(kāi)始使用KnativeKnativeGoogle、Pivotal、IBM、RedHat，Knative是為Serverless圖4-5Knative層級(jí)關(guān)系KnativeGoC#,Go,Java,Node.js,PHP，Python,,andRustServing和Eventing們都通過(guò)Kubernetescustomresourcedefinitions(CRDs)ServingKubernetesIstioerng通過(guò)使用bentesRDsRvsn（Configuration（路由和服務(wù)圖4-6Knative架構(gòu)Eventing:事件系統(tǒng)，引入Source（源、Channel（通道）和OpenFaaSOpenFaas無(wú)服務(wù)器功能框架，通過(guò)將功能打包，無(wú)需重復(fù)的樣板化編碼，簡(jiǎn)化操作流程[6]。具有以下優(yōu)點(diǎn)：UILinuxDocker鏡像格式。中。圖4-7OpenFaas運(yùn)行棧運(yùn)行棧：OpenFaasCloudGitOpsPrometheusAPI署。OpenFaasCLI或者UI網(wǎng)關(guān)發(fā)送RESTAPIPrometheusaa-ntsokSwarm,HashicorpNomad,Fargate/ECS,andLambdafaas-providerSDK圖4-8OpenFaas工作流程O(píng)penWhiskOpenWhisk是一款分布式的Serverless開(kāi)源平臺(tái)，最早來(lái)源于IBMServerlessApache[7]。OpenWhiskFaaSPaaSOpenWhisk高質(zhì)量的特性和眾多的貢獻(xiàn)者，但是這個(gè)平臺(tái)上龐雜的工具（CouchDBKafkaNginxRedis和圖4-9OpenWhisk全局架構(gòu)在OpenWhiskNginx：NginxHttp,ControllerCntolentllr為Scaa語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)的RTIpnhkOpenwhisk增刪改查）操作和Action調(diào)用。CuchochBCouchDBActionAction圖4-10OpenWhisk工作流程LoadBalancer：LoadBalancerController,InvokersInvokers為OpenwhiskController發(fā)出來(lái)的所有Action的消息，在KafkaInvoker：InvokerOpenwhiskActionDocker，InvokerDockerKubelessKubelessKubernetesFaaS。Kubeless官方Kubernetes（Kubernetesnative）Serverless在設(shè)計(jì)之初就引用了許多KubernetesService、Ingress、PodAutoScaler）Serverless（Lambda,AzureFunctions,andGoogleCloudFunctions）ServerlessKubelessKubernetesKubernetesKubeless用戶(hù)編寫(xiě)的函數(shù)在Kubernetes中轉(zhuǎn)變?yōu)镃RD（CustomResourceefitoKubeless主要特點(diǎn)：Python,Node.js,Golang,Ballerina和自定義的運(yùn)行時(shí)環(huán)境；LambdaCLI命令；Kafka消息隊(duì)列作為事件觸發(fā)器，同時(shí)支持httpPrometheusServerlessRuntimesServerless默認(rèn)支持幾乎所有的主流函數(shù)運(yùn)行時(shí)，分為穩(wěn)定與孵化版本，支持PythonNodejsRubyGoJavaBallerina過(guò)在KubelessDockerCLI查T(mén)riggers：Triggers表示函數(shù)的事件源，當(dāng)事件發(fā)生時(shí)，Kubeless確保最多調(diào)用一次函數(shù)，Triggers可以與單個(gè)或多個(gè)功能相關(guān)聯(lián)，具體取決于事件源類(lèi)型。Triggers與函數(shù)的生命周期解耦，可以進(jìn)行如下操作：CreateUpdate:DeleteList列表；ucinucisuelsDeploy：Kubeless將函數(shù)部署為Pod的形式運(yùn)行在Kubernetes集群中，此步驟會(huì)涉及構(gòu)建函數(shù)鏡像等操作；ExecuteUpdateDelete：在KubernetesListLogs：函數(shù)實(shí)例在Kubernetes產(chǎn)業(yè)發(fā)展邊緣計(jì)算的產(chǎn)業(yè)發(fā)展2015年8月，ETSI第一次提出了MEC的驗(yàn)證框架，經(jīng)過(guò)近5ETSIMECIOE的視角擴(kuò)展到ICTETSIMECISG的董事AlexReznikETSIMEC定義是運(yùn)營(yíng)商IT服務(wù)，微軟300體。最近還推出了AzureIoTEdgeAzureIoTEdgeIoT降低帶寬成本并避免傳輸數(shù)TB的原始數(shù)據(jù)，可以在本地清理和聚圖4-11AzureIoTEdge工作原理中國(guó)聯(lián)通5Gserverless無(wú)服務(wù)器關(guān)鍵技術(shù)在算力網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域相關(guān)研究的部署驗(yàn)證，研究在Serverlessserverless框圖4-12中國(guó)聯(lián)通邊緣計(jì)算架構(gòu)中國(guó)移動(dòng)中國(guó)移動(dòng)結(jié)合自身網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢(shì)及自主研發(fā)能力，設(shè)計(jì)并研發(fā)了OpenSigma5GOpenSigmaOpenSigma-ECMPaaSOpenSigma-ECP，圖4-13中國(guó)移動(dòng)邊緣計(jì)算能力產(chǎn)品架構(gòu)阿里巴巴阿里云已經(jīng)完成國(guó)內(nèi)30多個(gè)省份300+邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的全域覆蓋,接下來(lái)還將圍繞邊緣芯片/設(shè)備、邊緣計(jì)算平臺(tái)(操作系統(tǒng))、城市邊緣中間件、城市邊緣應(yīng)用及服務(wù)這四個(gè)邊緣技術(shù)棧進(jìn)行布局。5G圖4-14阿里云邊緣計(jì)算場(chǎng)景無(wú)服務(wù)器計(jì)算的產(chǎn)業(yè)發(fā)展IT計(jì)圖4-15IT計(jì)算演進(jìn)VMVMDockerDockerServerlessITServerless2012KenFromm在《Whythefutureofsoftwareandappsisserverless2014Lambda之后，ServerlessPAGEPAGE45隨著Serverless產(chǎn)品，其中比較有代表性的有Lambda、AzureFunctionGoogleCloudFunctions2016ServerlessGroupServerlessServerless架構(gòu)主要有以下特點(diǎn)：圖4-16Serverless生態(tài)阿里應(yīng)AI4-17阿里云函數(shù)計(jì)算架構(gòu)谷歌2018GoogleCloudNextCloudFunctionsGoogleCloudFunctionsGoogle的無(wú)服務(wù)Functions華為（CloudContainerInstance）Kubernetes的ServerlessK8s和DockerServerlessContainerITKataContainer圖4-18華為容器引擎騰訊（ServerlessCloudSCF是實(shí)時(shí)文件處理和數(shù)據(jù)處理等場(chǎng)景下理想的計(jì)算平臺(tái)。支持各應(yīng)用、AI微軟AzureFunctions是一項(xiàng)按需提供的云服務(wù)，可提供運(yùn)行應(yīng)用程序PAGEPAGE48代碼，AzureFunctionsAzureFunctions來(lái)生成APIIoT外，業(yè)界非常流程的代碼開(kāi)發(fā)IDEVSCode支持快速部署AzureFunctions亞馬遜AmazonLambda是Amazon2014借助SamdAmazon圖4-19AmazonLambda服務(wù)流程Lambda/IoT/移動(dòng)后端等等。無(wú)服務(wù)器邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)業(yè)發(fā)展亞馬遜AmazonCloudFront中提供Lambda@Edge作為法國(guó)的一家電子商務(wù)網(wǎng)22Lambda@EdgeURL修改，URL圖4-20亞馬遜Lambda@Edge工作原理AkamaiAkamai是領(lǐng)先的內(nèi)容交付網(wǎng)絡(luò)(CDN)提供商,他的網(wǎng)絡(luò)承載15%-30%Akamai邊25圖4-21EdgeWorkers架構(gòu)Fastly美國(guó)知名云計(jì)算服務(wù)供應(yīng)商Fastly也推出了無(wú)服務(wù)器邊緣運(yùn)算服務(wù)FastlyCompute@EdgeCompute@Edge35.4100CloudflareCloudflareCDNCloudflareFaaSdfare（由4HTML間，整合動(dòng)態(tài)內(nèi)容。目前Cloudflare已經(jīng)被各行各業(yè)約25,000,000個(gè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用所使用，幫助他們節(jié)省了開(kāi)發(fā)和服務(wù)器資源。騰訊FaaSC