2023邊緣計(jì)算技術(shù)白皮書

00邊緣計(jì)算技術(shù)白皮書2022目錄邊計(jì)新礎(chǔ)施 1緣算力 1邊服器 2邊一機(jī) 4邊網(wǎng)關(guān) 6?；墑?wù)器 7浸式冷緣務(wù)器統(tǒng) 8緣絡(luò)構(gòu) 10移網(wǎng)邊計(jì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu) 11固網(wǎng)邊計(jì)網(wǎng)絡(luò)構(gòu) 14固融的緣算網(wǎng)架構(gòu) 15園/區(qū)的計(jì)算絡(luò)構(gòu) 16緣據(jù)心 17邊數(shù)中定義 17邊數(shù)中形態(tài) 19邊站關(guān)問題 22邊計(jì)服務(wù) 25計(jì)服務(wù) 25于云同邊計(jì)算務(wù) 25AI臺服務(wù) 26頻臺服務(wù) 275G緣算務(wù) 28邊計(jì)系統(tǒng) 30緣算統(tǒng)構(gòu) 30緣算源層 31邊算能力 31邊網(wǎng)能力 32邊存能力 33緣算度層 33云/邊同力 33邊自能力 37邊網(wǎng)調(diào)能力 37多集能力 39緣維理層 40監(jiān)管能力 40告管能力 41日管能力 42監(jiān)信獲能力 43邊計(jì)安全 44緣礎(chǔ)施全 44緣算臺全 44緣算務(wù)全 44緣算用全 44邊計(jì)應(yīng)和景 46頻場景 46AR/VR/XR 46云戲 46高視直播 47業(yè)務(wù)景 47智制造 47智園區(qū) 48智安防 49智交通 50城配送 51邊計(jì)標(biāo)研方建議 53工展望 56前言5G4520237340PAGEPAGE11PAGEPAGE10邊緣計(jì)算技術(shù)白皮書邊緣計(jì)算新基礎(chǔ)設(shè)施邊緣新算力Omdia20191190DC24020188147202428HCI1-1圖1-1部署在邊緣環(huán)境的服務(wù)器形態(tài)發(fā)展趨勢IDC2020體市場規(guī)模為.3億美元（約合人民幣278億元，同比增長20.6，預(yù)計(jì)近5年中國邊緣計(jì)算服務(wù)器市場年復(fù)合增長率將達(dá)到18.8。國內(nèi)邊緣服務(wù)器形態(tài)也呈現(xiàn)多樣性發(fā)展，包括盒子、機(jī)架、刀片、戶外一體機(jī)以及浸液一體機(jī)等。TCO（TotalCostOwnership）邊緣服務(wù)器邊緣服務(wù)器是部署在邊緣環(huán)境的具有數(shù)據(jù)中心等同算力的服務(wù)2017ITT邊緣服務(wù)器應(yīng)用場景的主要特征如下：600mm450℃性能需求多變：AI/GPUICT運(yùn)維管理難度大：邊緣服務(wù)器的主要技術(shù)特性如下：物理形態(tài)及環(huán)境適應(yīng)性：450mm要滿足BEMC靈活的可擴(kuò)展性：HDD/SSD/NVMESSDAsicFPGA、CPUCPU提高處理效率。運(yùn)維管理統(tǒng)一便捷性：BMC邊緣一體機(jī)PDU在工廠集成業(yè)務(wù)所需機(jī)柜內(nèi)設(shè)備，并預(yù)裝客戶應(yīng)用軟件，可實(shí)現(xiàn)IT邊緣一體機(jī)主要組成部分包括服務(wù)器、交換機(jī)、配電箱、PDU、UPS、邊緣一體機(jī)應(yīng)用場景的主要特征如下：適應(yīng)非機(jī)房環(huán)境：算力需求大：獨(dú)立部署需求：現(xiàn)場部署難度大：為復(fù)雜，無法現(xiàn)場交付部署。邊緣一體機(jī)的主要技術(shù)特性如下：體積小：600mmIT高可靠：4)模塊化：1U/2U/4)遠(yuǎn)程運(yùn)維：邊緣一體機(jī)各組成部分具有如下技術(shù)特性：1U/2U/4U滑軌或L1U/2U平臺，支持現(xiàn)場，網(wǎng)頁，郵件或其他終端設(shè)備讀取。散熱：EER≥3.0220V±15、50±3HzUPS服務(wù)器PDU邊緣網(wǎng)關(guān)邊緣網(wǎng)關(guān)的主要技術(shù)特性如下：靈活的環(huán)境適配能力。開放的計(jì)算生態(tài)平臺。ITAIPaddlePaddleTensorflow、CaffeeMxnetPC多樣的通信接入方式。PON4G5GWiFiLoRaZigBeeCANRS482DO10豐富的適配應(yīng)用場景。5GAI支持多種供電方式。3Di1VAC（DCckfr-Caer單個CPU1SCPUCarrier2SCPUCarrier可，此時CPU模塊就可以復(fù)用減少重新設(shè)計(jì)。成本控制：CPUCPU4060靈活布局：浸沒式液冷邊緣服務(wù)器系統(tǒng)是將邊緣服務(wù)器放置在密閉的腔體IP655GGPSWiFiAI浸沒式液冷邊緣服務(wù)器系統(tǒng)應(yīng)用場景的主要特征如下：更嚴(yán)峻的應(yīng)用場景。55oC15oC多元化的性能需求。為了滿足自動駕駛技術(shù)應(yīng)用對GPS和WiFiAI浸沒式液冷邊緣服務(wù)器系統(tǒng)的主要技術(shù)特性如下：物理形態(tài)及環(huán)境適應(yīng)性：700mmIP6525℃~AEMCCPUHDD/SSD/NVME/M.2等多形式的存儲，支持RS485/RS232等多種工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，配備Wifi4/5GGPS較低的維護(hù)需求：節(jié)能高效：1/4邊緣網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)區(qū)/AI5G1-2圖1-2移動網(wǎng)接入邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)MC將ITMEC5GAPI4GEPCMECeNode測，靠近PGW4GEPCMEC1-3圖1-34GEPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的MEC部署方式5G，MEC在一個或多個eNodeB據(jù)業(yè)務(wù)經(jīng)過eNodeBMECNodeBMEC5GMEC1-4圖1-45G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)下的MEC部署方式MECMEC移動性問題：當(dāng)用戶從一個MECMECMEC安全及計(jì)費(fèi)問題：隱私保護(hù)問題：MECMECPSTNIDC1-5圖1-5固網(wǎng)接入邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)基于固網(wǎng)的邊緣計(jì)算主要承載CDN將源視頻等業(yè)務(wù)服務(wù)器中的內(nèi)容自動分發(fā)到分布式部署的邊緣服務(wù)節(jié)點(diǎn)，通過應(yīng)用流量調(diào)度技術(shù)將用戶請求自動引導(dǎo)至最優(yōu)服務(wù)節(jié)點(diǎn)，CDN絡(luò)服務(wù)。1-6靈活的業(yè)務(wù)分流能力：IPURL精準(zhǔn)的業(yè)務(wù)調(diào)度能力：云邊協(xié)同能力：圖1-6固移融合的邊緣計(jì)算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)園區(qū)/園區(qū)//網(wǎng)絡(luò)連接。在傳統(tǒng)的云計(jì)算環(huán)境中，園區(qū)//網(wǎng)絡(luò)負(fù)載大：/為了解決上述問題，可以進(jìn)入邊緣計(jì)算與園區(qū)/廠區(qū)網(wǎng)融合，同5G低時延的業(yè)務(wù)，越來越多的園區(qū)/廠區(qū)需要部署邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)來支撐辦公或生產(chǎn)業(yè)務(wù)的運(yùn)行，如園區(qū)/廠區(qū)的人臉識別、生產(chǎn)場地監(jiān)控、智能門禁、視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集分析等業(yè)務(wù)，園區(qū)/廠區(qū)專網(wǎng)接入邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)如圖1-7所示。圖1-7園區(qū)/廠區(qū)專網(wǎng)接入邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)園區(qū)/廠區(qū)網(wǎng)和運(yùn)營商網(wǎng)絡(luò)融合為邊緣計(jì)算請求者提供最近的邊緣節(jié)點(diǎn)服務(wù)，可以幫助園區(qū)/廠區(qū)提升網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營效率，智能化升級安防能力，提高園區(qū)住戶體驗(yàn)，具有如下優(yōu)勢：//園區(qū)智能化：管理便捷：邊緣數(shù)據(jù)中心IDC商MEC1-8圖1-8邊緣計(jì)算架構(gòu)1-9圖1-9邊緣數(shù)據(jù)中心、邊緣計(jì)算與邊緣云相互關(guān)系邊緣數(shù)據(jù)中心形態(tài)廣義的邊緣數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)不同的位置進(jìn)一步劃分為云邊緣5G5G1-10圖1-10邊緣數(shù)據(jù)中心的位置分類廣義的邊緣數(shù)據(jù)中心可以根據(jù)不同的外形進(jìn)一步劃分為機(jī)房形具有供配電、暖通等系統(tǒng)。設(shè)備形態(tài)的邊緣數(shù)據(jù)中心包括一體柜等，F(xiàn)AgrawalDElAbbadiAodcaaee的1）IOEdgeMicroBaseLayerVaporIOIT150kW需的機(jī)架規(guī)模；BaseLayer的邊緣數(shù)據(jù)中心通過模塊化的方式僅需1202020ODCC1-11圖1-11微模塊產(chǎn)品示例預(yù)制化：24U42UIT圖1-12倉式邊緣數(shù)據(jù)中心示例標(biāo)準(zhǔn)化：PUEPUE1～27200r/m5400r/m硬盤可能將是更優(yōu)的選擇。9205℃；YDT2441-2013和R2（工作時20℃～27℃。201235～47℃的環(huán)溫下穩(wěn)定運(yùn)行。2017年，新加坡的InfocommDepnttrIA3890噪聲和空氣污染：將成為一種部署選擇。邊緣計(jì)算服務(wù)云計(jì)算服務(wù)ITCTICTIaaS、PaaSSaaSQoSQoE基于邊云協(xié)同的邊緣計(jì)算服務(wù)IaaSPaaS和SaaSIaaSPaaSSaaSIaaS與云端laaSPaaSPaaSSaaS與云端SaaS數(shù)據(jù)協(xié)同：智能推理：能按照AI管理調(diào)度：應(yīng)用實(shí)例：//SaaSSaaSSaaS協(xié)同實(shí)現(xiàn)面向客戶的按需SaaS服務(wù)。AIAIAIAIAI算法倉及托管服務(wù)：AIAIAI算AIAIAI式來對AI算法編排信息做出直觀呈現(xiàn)及應(yīng)用效果預(yù)覽。高性能計(jì)算設(shè)備虛擬化：GPUNPU、XPU等底層AIAI算AIPaaSAIAI服務(wù)。AI對AIAI視頻中臺化服務(wù)視頻接入：ONVIF視頻處理：度。視頻分發(fā)：景應(yīng)用。視頻存儲：視頻管理：Portal等狀態(tài)信息的監(jiān)控，5G2014EIETSI-MEC2-1MECMECMECMEC第二層：是MECMECIaaSMEC無線網(wǎng)絡(luò)信息、流量卸載等中間件服務(wù)。MECVMMEC圖2-1ETSI-MEC服務(wù)器平臺架構(gòu)邊緣計(jì)算系統(tǒng)邊緣計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)3-1圖3-1邊緣計(jì)算系統(tǒng)架構(gòu)3-2API圖3-2邊緣云管平臺示意圖邊緣計(jì)算資源層具備算力云化的基礎(chǔ)能力，包括虛擬機(jī)、容器、裸金屬、GPU/XPUAI加速單元SSD型、大數(shù)據(jù)型、GPUvCPU拓?fù)涔芾?、vCPUCache優(yōu)化、NUMA、大頁內(nèi)存調(diào)優(yōu)、CPU/內(nèi)存熱插、GPU/XPU/FPGAAIServeless服務(wù)支持各類算力資源的自動開通能力，包括虛擬機(jī)、容器等虛應(yīng)當(dāng)支持物理網(wǎng)絡(luò)中的彈性IPv6HA應(yīng)當(dāng)支持虛擬網(wǎng)絡(luò)中的 SRIOV(Single Root Virtualization)功能，實(shí)現(xiàn)邊緣虛擬機(jī)通過直接內(nèi)存訪問（DMA）技術(shù)與硬件網(wǎng)絡(luò)適配器直接通信應(yīng)當(dāng)支持虛擬網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)平面開發(fā)套件（DPDK,DataPlaneDevelopmentNATIPSNAT和DNAT 能力，可為私有網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的資源提供安全、高性能的Internet訪問服務(wù)SDWAN應(yīng)支持多種連接方式、支持在多種連接間動態(tài)選擇鏈路、支持簡單的WAN管理接口、支持WAN優(yōu)化、彈性等功能，在邊緣側(cè)SDWAN應(yīng)當(dāng)支持但不限于以下功能：存儲性邊緣計(jì)算調(diào)度層云邊//邊緣計(jì)算業(yè)務(wù)的需求體驗(yàn)不斷提出新的要求，相當(dāng)一部分業(yè)務(wù)對時延的要求非常高，因此，會盡量部署在客戶場景現(xiàn)場，這樣就給業(yè)務(wù)部署帶來新的挑戰(zhàn)：/3通道協(xié)同邊緣計(jì)算云邊協(xié)同的基礎(chǔ)能力是通道協(xié)同，應(yīng)考慮兩個維度：/圖3-3邊緣計(jì)算云邊/邊邊通道協(xié)同架構(gòu)云邊通道協(xié)同要求：邊邊協(xié)同，應(yīng)具備如下能力：應(yīng)用協(xié)同圖3-4邊緣計(jì)算云邊/邊邊應(yīng)用協(xié)同架構(gòu)邊緣節(jié)點(diǎn)多樣化，但應(yīng)保持業(yè)務(wù)開發(fā)良好體驗(yàn)，具備如下能力：/運(yùn)維協(xié)同圖3-5邊緣計(jì)算云邊/邊邊運(yùn)維協(xié)同架構(gòu)與傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心運(yùn)維模式不同，邊緣計(jì)算運(yùn)維具有如下特點(diǎn)：力力/服務(wù)保持：網(wǎng)絡(luò)自動恢復(fù)：應(yīng)用自動遷移：本地分流終端/支持根據(jù)業(yè)務(wù)源IPIPIPIP掩碼等網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議信息執(zhí)行本地分流；支持根據(jù)業(yè)務(wù)的端口號、協(xié)議類型等傳輸層協(xié)議信息執(zhí)行本地分流；HTTP、DNSMQTTDNSDNSDNN位置服務(wù)邊緣計(jì)算調(diào)度平臺應(yīng)支持為邊緣平臺內(nèi)部業(yè)務(wù)或者外部實(shí)體提帶寬管控/對于數(shù)據(jù)的帶寬管控粒度，可以劃分為以下級別：QoS網(wǎng)絡(luò)切片支持對于具有不同SLAQoS管控；API支持統(tǒng)一管理多集群的I靈活調(diào)度：快速遷移：低延遲：可擴(kuò)展：運(yùn)維管理：聯(lián)邦管理：容災(zāi)：邊緣運(yùn)維管理層IaaS應(yīng)當(dāng)支持對集群內(nèi)計(jì)算節(jié)點(diǎn)、存儲節(jié)點(diǎn)、管理節(jié)點(diǎn)等信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)；應(yīng)當(dāng)支持對虛擬機(jī)信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，包括虛機(jī)名稱、CPU使用（or）蔽等。須配置報警升級方式（如電話、短信、微信等）運(yùn)維管理層應(yīng)當(dāng)能夠?qū)Ω鬟吘塈aaS、邊緣節(jié)點(diǎn)的告警事件進(jìn)行處理，具體要求包括但不限于以下項(xiàng)目：IaaS錄；因；日志管理能力運(yùn)維管理層應(yīng)當(dāng)為運(yùn)維人員提供日志管理的能力。日志記錄日志管理應(yīng)支持對服務(wù)日志的記錄和備份。日志管理應(yīng)支持日志檢索的功能，包括但不限于以下項(xiàng)目：定時上報運(yùn)維管理層應(yīng)支持定時上報（云端存儲+云端查詢）運(yùn)維管理層應(yīng)支持按需上報、遠(yuǎn)程檢索（邊緣存儲+云端查詢）應(yīng)支持但不限于snmp、grpc等設(shè)備信息采集協(xié)議。ipsecvpn、公網(wǎng)邊緣計(jì)算安全邊緣基礎(chǔ)設(shè)施安全邊緣計(jì)算平臺安全/邊緣計(jì)算服務(wù)安全邊緣計(jì)算服務(wù)涵蓋IaaS和PaaSAIAI算MEC邊緣計(jì)算應(yīng)用安全API邊緣計(jì)算應(yīng)用和場景視頻類場景AR/VR/XRAR/VR/XR端的顯示輸出和聲音輸出經(jīng)過編碼壓縮后傳輸?shù)接脩羧珙^盔等頭顯AR/VR/XRAR/VR/XR渲染：AR/VR/XR100MbpsMTP≤20ms。處理：等功能。云游戲0sOuiyrnneBattleArena）20Mbps渲染：傳輸：智能協(xié)同：400msSLA傳輸：并發(fā)：10iOSAndroidWindows、macOS、Web、小程序、RTOS、等等開發(fā)平臺，適配海量終端和外設(shè)，行業(yè)服務(wù)場景智能制造AIAIAIAI數(shù)字孿生：工業(yè)仿真：AIAR智能服務(wù)：智慧園區(qū)5-1海量網(wǎng)絡(luò)連接與管理：RS485PLCModbus、OPC絡(luò)SDN實(shí)時數(shù)據(jù)采集與處理：本地業(yè)務(wù)自治：圖5-1智慧園區(qū)邊緣計(jì)算分層架構(gòu)智慧安防IOT5-2圖5-2邊緣智慧安防架構(gòu)AI接入：處理：智能：AIAIAI應(yīng)用：SaaS智慧交通QoSV2X5-3低延遲：高帶寬：智能：AI算法及AI異構(gòu)：應(yīng)當(dāng)支持異構(gòu)平臺和GPU、FPGA圖5-3 V2X架構(gòu)城市配送B2CGPS5-43配送終端：GPS站點(diǎn)：云中心：AI圖5-4城市配送應(yīng)用場景邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)研制方向建議5GAIIoT6-1“12“3“412邊緣計(jì)算平臺”包括“邊緣計(jì)算資源管34“5圖6-1邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)體系框架圖邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)體系中各子體系的標(biāo)準(zhǔn)研制方向建議見表6-1。表6-1邊緣計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)研制方向建議一級體系二級體系標(biāo)準(zhǔn)研制方向邊緣計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施邊緣計(jì)算邊緣服務(wù)器、邊緣一體機(jī)、邊緣網(wǎng)關(guān)、邊緣盒子、模塊化邊緣服務(wù)器、浸沒式液冷邊緣服務(wù)器、路邊計(jì)算單元等邊緣存儲邊緣存儲型服務(wù)器等邊緣網(wǎng)絡(luò)移動邊緣、固網(wǎng)邊緣、固移融合邊緣、專網(wǎng)邊緣等邊緣數(shù)據(jù)中心邊緣數(shù)據(jù)中心、接入終端網(wǎng)關(guān)等邊緣計(jì)算平臺邊緣計(jì)算資源管理邊緣計(jì)算資源管理平臺等邊