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用边缘计算扩展云计算的边界

2018-12-23Leona Zhang

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边缘计算支持建立大规模分布式体系结构,该体系结构允许在边缘计算上处理某个范围内的特定百分比的数据。只有少量必要的数据和访问流量需要路由到云计算中心。

为什么需要边缘计算?

    边缘计算是几年前出现的概念。它在行业中有着许多不同的定义,并且一个公认的定义是在更加靠近终端的网络边缘上提供服务。一方面,网络位置必须足够接近终端。另一方面,必须在这个网络位置提供满足边缘计算要求的综合服务能力。

    随着互联网的发展,业务场景往往是复杂和创新的。不断增长和最终的体验要求带来了对架构和成本优化的需求。以前比较简单的中心终端架构无法管理网络性能和业务流量压力,需要多级中心边缘终端架构。

    此外,随着物联网和4G/5G等新技术的发展,越来越多的智能设备连接到互联网。根据调研机构IDC公司的数据统计,到2020年将有超过500亿台终端设备连接到互联网,这是一个巨大的数字。大量物联网设备生成的数据正在呈指数级增长。如果将如此大量的数据和设备访问流量直接路由到云计算中心,则云计算中心将不堪重负,从而带来许多问题,例如网络拥塞。边缘计算支持建立大规模分布式体系结构,该体系结构允许在边缘计算上处理某个范围内的特定百分比的数据。只有少量必要的数据和访问流量需要路由到云计算中心。

边缘计算能提供哪些功能?

    首先是更低的网络延迟。空间距离的缩短可以减少传播延迟。更重要的是,它减少了复杂网络上各种路由/转发和网络设备处理场景造成的延迟,从而显著减少整体延迟。

    第二是支持大带宽的场景。通过边缘处理大流量业务,边缘计算可以有效避免网络拥塞等问题,并显著降低成本。

    第三是处理高度并发访问。边缘计算使用分布式架构来减轻云计算中心的负载。

    从这些方面来看,可以看出边缘计算是云计算中心能力的补充。其定位不是取代云计算中心,而是扩展云计算边界,并赋予新的云端终端业务架构以及云计算中心。云计算与边缘计算之间的协同作用是互联网(IoB)时代的基本形式。

边缘计算如何提供服务?

    行业专家认为边缘计算绝对不是直接将云计算的复制和传输能力转移到边缘,因为边缘的运行环境与云计算中心完全不同。边缘计算规模小,资源有限,并且是异构的。此外,边缘计算的节点分散在网络的远端。在此基础上建立分布式业务体系结构,必然涉及调度。

    考虑到上述原因,边缘计算应该提供平台来隐藏边缘计算的底层复杂基础设施,并且标准化和开放底层计算、存储、网络基础设施的能力,以及分发、调度、安全性和其他所需功能通过分布式架构。通过这种方式,用户可以轻松构建自己的分布式边缘业务架构。

    目前,阿里云公司已在边缘计算领域开发了多种云计算产品。在这里讨论的是阿里云在边缘计算基础设施层面的通用服务能力规划,即边缘计算分布平台。

    在当前的边缘场景中,最成熟的应用是内容交付网络(CDN)。内容交付网络(CDN)预先将内容缓存到边缘节点以实现低延迟和更低的内容消费成本。针对内容交付网络(CDN)架构,开发团队希望将边缘计算构建到计算分发平台中,该平台通过中心的资源调度来检查客户的资源需求,并选择适当的边缘节点资源。然后,平台根据计算分配能力将业务逻辑打包,并分发到边缘节点,以便客户的业务可以轻松地在边缘上运行。

    在将适当的业务逻辑传送到边缘节点以便执行之后,数据生成和消费可以在边缘内形成闭环,而不必返回到云计算中心进行处理。首先,边缘计算的基础设施建立在各种边缘节点上,包括诸如边缘计算IDC的固定网络节点,诸如无线基站的移动网络节点,以及具有不同资源能力和网络环境的更多异构协作节点。基于边缘计算基础设施,诸如ENS和LNS的软件系统用于封装底层复杂基础设施形式,然后进行抽象并开放上层的标准化接口和服务能力。

    谈到边缘计算的网络范围,行业专家表示:“网络边缘不同于更加接近终端的政府、企业、校园和家庭的用户端网络,以及不同地区(如省份)的运营商网络,从终端到中心的网络连接相对复杂,边缘计算必须提供广泛的覆盖范围,从最后几百或几十公里到最后十公里到终端,以确保提供服务能力。边缘节点服务(ENS)针对中间运营商网络,包括固定网络上的IDC环境和移动网络上的移动边缘计算(MEC)环境。通过基于边缘节点服务(ENS)描绘边缘网络范围,我们可以快速识别一些目标场景,例如作为内容分发网络(CDN)和互动直播。”

现有业务发展的难点和挑战

    在边缘节点服务(ENS)等边缘计算服务出现之前,客户只有一个选择:他们必须从不同地区的不同运营商处购买节点,并建立自己的边缘基础设施。而自建基础设施将带来一系列问题和挑战。

    首先,自建基础设施要求客户自行执行供应链管理,例如业务采购和服务器采购,以及节点建设,从而导致过多的资产投资和成本。在突发业务流量的情况下,客户因缺乏灵活性而受到限制,因为新节点的构建需要较长的交付周期。在临时的业务高峰后,大量资源闲置。此外,自建基础设施给客户的运营和维护带来了挑战。首先,客户需要管理从边缘节点的构建、交付到操作的整个过程。其次,客户必须管理可能在物理服务器级别、操作系统级别和边缘节点的软件应用程序级别发生的运营和维护问题。每当出现问题时,客户都需要使用一组工具来远程查看日志和查找原因。在这种情况下,客户迫切需要基于GUI的自动化运营和维护。

    另一个挑战在于安全性和可靠性。边缘IDC基础设施的可靠性取决于第三方运营商的服务。客户需要处理各种复杂情况,例如,采取对策来响应运营商网络切换。客户还需要及时发现并应对边缘节点上可能出现的硬件和软件故障。这些要求需要在业务架构的设计和开发中实施,并带来巨大挑战和更高的成本。为了安全起见,应将重点放在不同级别的问题上,例如网络流量安全性和主机安全性。每个级别的安全解决方案开发成本都很高。以DDoS保护为例。当发生对边缘节点上的IP地址的攻击时,整个网络可能变得不可用。为了实现所需的保护效果,客户可能需要在每个边缘节点上部署组合的软件和硬件系统解决方案。

阿里云的边缘节点服务(ENS)

    边缘节点服务(ENS)的开发旨在解决客户在上述目标方案中在自建边缘基础设施中可能遇到的难点和挑战。边缘节点服务(ENS)依靠靠近终端和用户的边缘节点提供计算分布平台服务,使客户能够轻松地在边缘运行适当的业务模块,并建立云计算和边缘计算协同的分布式边缘架构。它具有低延迟和低成本的特点,并且减少了云计算中心的压力。边缘节点服务(ENS)的边缘节点覆盖了中国的主要区域和运营商。在边缘节点上,可以根据客户的需求动态调度计算资源,客户可以将业务应用软件准备到图像包中,并将其分发到边缘节点。边缘节点服务(ENS)进一步将阿里云的公共云边界扩展到边缘,完全满足客户对复杂“中心+边缘”业务架构以及公共云的需求,从而真正为用户提供云计算的基础设施功能。

边缘节点服务(ENS)的价值观和优势

    通过使用阿里云的边缘节点服务(ENS),客户可以在几分钟内创建边缘资源,将从终端到节点的响应时间缩短到5毫秒,并为中心节省30%以上的带宽成本。

    边缘节点服务(ENS)将一些自建基础设施的问题封装到底层,因为这些问题是不可见的,并且不需要用户担心。这大大减少了业务启动或扩容的资本投入,也节省了大量的管理成本。其次,凭借其动态资源调度功能,边缘节点服务(ENS)可以帮助客户在相对较短的时间内扩展或缩减资源容量。客户可以按需以现收现付模式购买资源。这可确保满足业务资源要求,同时为客户节省成本。

    在产品体验方面,边缘节点服务(ENS)提供了一个完整且易于使用的Web管理控制台和OpenAPI,以支持远程在线管理和计算资源的分布管理,各种操作指标的实时可视化监控以及各种使用情况的统计分析数据。它极大地增强了监控和运维功能和效率,并简化了监控、运营和维护。

    节点的自主服务和自我恢复功能是评估可用性的核心要求。当中心由于断开而失去对边缘节点的控制时,人们需要确保节点内服务的可用性和连续性,以保证基本的服务能力。当边缘节点重新建立与中心的连接时,需要将完整的状态和数据发送到中心。

    此外,通过使用动态资源迁移和调度功能,可以确保计算资源的高可用性,并隔离多个租户以避免争用资源。在安全性方面,边缘节点支持DDoS检测、流量清理,以及IP黑洞保护功能。

边缘节点服务(ENS)的典型应用场景和示例

    以下阐述了几种典型的边缘节点服务(ENS)应用场景和实例。

    第一类典型场景是业务架构对节点覆盖的要求。这种情况主要发生在互联网行业的在线业务上。通常,这些场景对目标服务范围的区域限制很少,边缘节点应确保在整个网络上有足够和广泛的覆盖范围。这五个特定情景代表了当前的边缘节点服务(ENS)方案,可以充分发挥边缘节点服务(ENS)的优势,为客户的业务带来更大的价值。

    第一种情况是内容分发网络(CDN)。如前所述,内容分发网络(CDN)业务是典型的边缘计算方案,它可以在边缘节点服务(ENS)上无缝运行。与之前的解决方案相比,使用边缘节点服务(ENS)的在线客户现在在总体成本、运维能力和其他方面获得了更高的收益和明显的改进。

    第二种情况是交互式直播,它要求低延迟和低带宽成本。

    第三种情况是在线教育和实时音频和视频通信。这种情况有两个特点,即更加强调低延迟和依赖端到端通信作为基本模式。边缘节点在此场景中的作用是使客户能够访问最近的转发网络,并提供更多的网络转发节点。

    第四种情况是检测和监测。在这种情况下,希望与最接近用户的边缘的实际业务和网络环境相匹配,以检测核心业务的某些业务逻辑、业务稳定性和性能指标的正确性。特别是,如果业务逻辑或用户体验在不同的目标区域中不同,边缘节点服务(ENS)可以模拟最近边缘的实际结果。对于上述的实时通信,动态路由的前提是检查和评估现有网络节点和链路的质量,这也是检测的实际例子。

    第五种情况是游戏加速和SD-WAN。在这种情况下,基本上期望在边缘节点上建立边缘软网关或软路由,并通过优化网络协议和网络链路实现加速和安全等目标。边缘节点在此场景中的作用类似于实时通信。

    第二类典型场景是本地化,侧重于超低延迟(在1毫秒内满足业务需求)和本地10公里内的大带宽业务场景。此类情景更偏向于具有区域特征的传统行业或线下业务。例如,在ET City Brain场景中,视频监控在云平台上实施。在新的零售场景中,一些商店在云平台上执行视频人工智能、自动识别监控、销售和其他活动。本地行业中的一些IT设施迁移到云平台。一些云计算供应商正在逐步产生关于这些场景的成熟例子。

    最后,行业专家分享了对边缘节点服务(ENS)未来发展的看法。首先,随着5G的到来,人们将看到对移动边缘计算(MEC)的需求激增。其次,云计算供应商将继续升级计算分布平台功能,其中包括全球分销能力,增强大规模节点的资源调度性能和用户体验,并为客户提供更强大的自动化远程运维功能,支持基于场景的边缘运维。最后,在基础设施层面,人们已经看到了将边缘计算与人工智能结合使用的要求。一些云计算供应商正计划支持GPU和其他功能,以帮助构建边缘场景的分布式数据分析平台。此外,还将进一步提高网络吞吐量和性能,以支持在边缘情况下占很大比例的大流量业务的处理。

责任编辑:程玥
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