邊緣計算（Edge Computing）是云計算向邊緣的延伸，本文對邊緣計算、霧計算、MEC、Cloudlet、分布式云等邊緣計算領(lǐng)域相關(guān)概念和技術(shù)的定義、架構(gòu)、場景等進(jìn)行了比較分析，并對該領(lǐng)域的技術(shù)發(fā)展趨勢給出了預(yù)測與展望。

概 述

在整個行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的大背景下，在 IoT、5G、 VR、AI 等業(yè)務(wù)云化需求驅(qū)動和技術(shù)發(fā)展推動下，邊緣計算（Edge Computing）概念應(yīng)運而生并迅速得到了行業(yè)的廣泛關(guān)注。相對于經(jīng)典云計算帶來的“云端”的海量計算能力，邊緣計算實現(xiàn)了資源和服務(wù)向邊緣位置的下沉， 從而能夠降低交互時延、減輕網(wǎng)絡(luò)負(fù)擔(dān)、豐富業(yè)務(wù)類型、優(yōu)化服務(wù)處理，提升服務(wù)質(zhì)量和用戶體驗。

邊緣計算概念并無明確定義，霧計 算、MEC、Cloudlet、 邊 緣 計 算、 分 布 式 云 等 概 念 迭 出，ETSI、ITU、OpenFog、ECC、OEC、3GPP、ISO、IEC、 IEEE、Linux 基金會、OpenStack 基金會等業(yè)界主流標(biāo)準(zhǔn) 化、開源和行業(yè)組織都在積極推進(jìn)但都有所側(cè)重。本文針對邊緣計算、霧計算、MEC、Cloudlet、分布式云等領(lǐng)域內(nèi)核心技術(shù)的定義、架構(gòu)、場景等進(jìn)行簡介，并進(jìn)行比較分析。

霧 計 算

霧計算（Fog Computing）是2011年 cisco 提出的概念，OpenFog 聯(lián)盟是霧計算的主要推動者，其霧計算定義為：一種系統(tǒng)級的水平架構(gòu)，將計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、 控制和決策等資源和服務(wù)分布到從云到物的任何位置，旨在解決 IoT、AI、VR、5G 等業(yè)務(wù)場景需求。

①水平架構(gòu)：支持多個行業(yè)垂直應(yīng)用領(lǐng)域，將智能和服務(wù)分發(fā)到用戶和業(yè)務(wù);

②云到物的服務(wù)連續(xù)：使服務(wù)和應(yīng)用分布在云和物之間、更接近物的位置;

③系統(tǒng)級：是物和云之間的整個系統(tǒng)，從物到網(wǎng)絡(luò)邊緣再到云，覆蓋多個協(xié)議層次，而非特定的協(xié)議或端到端系統(tǒng)的一部分。

霧計算和云計算相互依賴，互為補(bǔ)充;部分功能適合于由霧計算節(jié)點執(zhí)行， 部分功能則適合于在云上運行;具體邊界依據(jù)具體的應(yīng)用、場景和網(wǎng)絡(luò)環(huán)境等有所不同。FCN（Fog Computing Node，霧計算節(jié)點）是智能終端設(shè)備和云之間的智能接入網(wǎng)絡(luò)的中介計算網(wǎng)元，可以是物理的也可以是虛擬的，與智能終端設(shè)備或接入網(wǎng)緊耦合，在終端設(shè)備和云之間提 供數(shù)據(jù)管理和通信服務(wù)等功能。

OpenFog 聯(lián)盟給出霧計算參考架構(gòu)如圖 1 所示：其中，主要從霧計算節(jié)點、軟件、功能要求等角度進(jìn)行了描述：

圖1—OpenFog 聯(lián)盟霧計算參考架構(gòu)

（1）霧計算節(jié)點：主要包括節(jié)點資源、節(jié)點管理、協(xié)議抽象層等組件。其中，節(jié)點資源包括計算、存儲、網(wǎng)絡(luò)、加速器等;節(jié)點管理包括硬件配置管理和安全保護(hù);協(xié)議抽象層實現(xiàn)傳感器等終端設(shè)備的適配和對接，支持異構(gòu)終端、霧節(jié)點之間的兼容互通。

（2）軟件：主要包括節(jié)點管理和軟件背板、應(yīng)用支持、應(yīng)用服務(wù)等 3 層。其中，節(jié)點管理負(fù)責(zé)霧節(jié)點或系統(tǒng)的軟硬件配置和狀態(tài)維護(hù)，并維護(hù)其可用性、可靠性和性能;軟件背板上運行節(jié)點各類軟件，并實現(xiàn)節(jié)點間通信;應(yīng)用支持提供應(yīng)用管理、運行時引擎、應(yīng)用服務(wù)器、消息和事件、安全服務(wù)、數(shù)據(jù)存儲和管理、分析工具和框架等軟件供多個應(yīng)用（微服務(wù)）使用和共享;應(yīng)用服務(wù)依據(jù)部署、場景、資源可用性等的不同而不同，主要包括連接服務(wù)、支持服務(wù)、分析服務(wù)、集成服務(wù)、UI 服務(wù)等。

（3）功能要求：主要包括性能和擴(kuò)展性、安全、可管理性、數(shù)據(jù)分析和控制、IT 服務(wù)和跨節(jié)點應(yīng)用等方面。包括：需根據(jù)場景需求匹配流量模型，保證節(jié)點間互相隔離互不干擾;借助虛擬化和容器等技術(shù)提升可擴(kuò)展性;提供節(jié)點安全、數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全、安全監(jiān)控和管理等從云到網(wǎng)絡(luò)邊緣再到物的整個系統(tǒng)安全;可管理性包括管理接口、霧節(jié)點生命周期管理、獨立的管理層等;將海量數(shù)據(jù)的收集、存儲、傳輸、分析等功能下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣，靠近數(shù)據(jù)源，按需實現(xiàn)特定的數(shù)據(jù)處理能力;實現(xiàn)應(yīng)用和服務(wù)在霧計算體系層次中按需部署和互操作，支持節(jié)點間數(shù)據(jù)共享，支持跨節(jié)點應(yīng)用等。

霧計算可用于 IoT、5G、AI 等多種場景，解決對本地化安全、客戶位置感知、靈活部署和可擴(kuò)展、低時延等的需求。其中，IoT 是 FC重點面向的場景，交通、智慧 城市、智慧樓宇、工業(yè)制造業(yè)、零售企業(yè)、健康醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、政府軍隊、智慧家庭、運營商等都有應(yīng)用。其中的一些代表性場景如智能汽車和交通控制、可視化安全和監(jiān)控、智慧城市等。

MEC

MEC 是ETSI 提出并主推的概念，經(jīng)歷了從移動邊緣計算（Mobile Edge Computing） 到多接入邊緣計算（Multi-access Edge Computing）的演變。其中，移動邊緣計算是指在移動網(wǎng)絡(luò)邊緣提供 IT 服務(wù)環(huán)境和云計算 能力，將網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)下沉到更接近移動用戶的無線接入網(wǎng)側(cè)， 旨在降低延時，實現(xiàn)高效網(wǎng)絡(luò)管控和業(yè)務(wù)分發(fā)，改善用戶體驗;多接入邊緣計算是指在網(wǎng)絡(luò)邊緣為應(yīng)用研發(fā)商和內(nèi)容提供商提供 IT 服務(wù)環(huán)境和云計算能力，該環(huán)境為應(yīng)用提供超低延時、高帶寬、實時接入等特性能力。MEC 主要特性包括：就近接入、超低時延、位置可見、數(shù)據(jù)分析等。

（1）MEC主機(jī)：由虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施和 MEP 構(gòu)成，用以承載各類 MEC應(yīng)用。其中，虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施數(shù)據(jù)面負(fù)責(zé)執(zhí)行移動邊緣平臺接收到的流量規(guī)則，并實現(xiàn)流量轉(zhuǎn)發(fā)。MEP（MEC Platform，MEC 平臺）提供一系列功能， 用以實現(xiàn) MEC 應(yīng)用在特定虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施上運行并使提 供移動邊緣服務(wù)。

（2）MEC應(yīng)用：是運行在 MEC 主機(jī)虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施上的虛擬機(jī)，支持與 MEC平臺交互，以構(gòu)建和提供MEC服務(wù)。MEC應(yīng)用帶有一系列規(guī)則和需求，包括所需要的資源、最大時延、可用服務(wù)等。這些需求由MEC系統(tǒng)級管理進(jìn)行確認(rèn)。

（3）移動邊緣主機(jī)級管理：包括移動邊緣平臺管理器 MEPM、虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施管理器 VIM，對移動邊緣主機(jī)和其上運行的應(yīng)用進(jìn)行管理。其中，VIM（Virtualisation infrastructure manager，虛擬化基礎(chǔ)設(shè)施管理器）的功能可參考 ETSI NFV VIM，主要提供虛擬化資源管理功能;MEPM（Mobile edge platform manager，移動邊緣平臺管理器）主要實現(xiàn)應(yīng)用生命周期管理、MEP 網(wǎng)元管理、 應(yīng)用規(guī)則和需求管理等。

（4）移動邊緣系統(tǒng)級管理：包括 MEO、OSS 等組件。MEO（Mobile edge orchestrator，移動邊緣編排器） 是核心組件，負(fù)責(zé)維護(hù)移動邊緣系統(tǒng)的整體視圖、激活應(yīng)用包、基于約束條件選擇合適的移動邊緣主機(jī)以實現(xiàn)應(yīng)用實例化、觸發(fā)應(yīng)用實例化和終結(jié)、觸發(fā)應(yīng)用重定位等。按照業(yè)務(wù)需求和方案架構(gòu)，ETSI 將 MEC 場景分為三類，每一類的方案架構(gòu)趨同，各類之間各有不同：

①面向客戶的服務(wù)，包括游戲、遠(yuǎn)程桌面應(yīng)用、增強(qiáng)和輔助現(xiàn)實、輔助認(rèn)知等。

②運營商和第三方服務(wù)，包括活動設(shè)備位置跟蹤、大數(shù)據(jù)、安全、企業(yè)服務(wù)等。

③網(wǎng)絡(luò)性能和QoE 提升，包括內(nèi)容和DNS緩存、性能優(yōu)化、視頻優(yōu)化等。

其中，主要包括7大場景：智能移動視頻加速、監(jiān)控視頻流分析、AR（增強(qiáng)現(xiàn)實）、密集計算輔助、企業(yè)專網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、IoT 網(wǎng)關(guān)。

Cloudlet

Cloudlet 是2013年 Carnegie Mellon University（卡內(nèi)基梅隆大學(xué)）提出的概念，源于移動計算、IoT 與云計算的融合，代表“移動設(shè)備/IoT 設(shè)備—cloudlet—云”三層體系架構(gòu)的中間層，可看作是一個“data center in a box”，旨在使云更接近用戶。基于此，OEC 給出了對邊緣計算的定義：邊緣計算在接近用戶側(cè)提供小型數(shù)據(jù)中心（邊緣節(jié)點），提升用戶對計算和存儲資源的使用體驗。Cloudlet主要包括四大特性：僅以軟件形態(tài)部署、具備計算 / 連接 / 安全能力、就近部署、基于標(biāo)準(zhǔn)云技術(shù)構(gòu)建等。

OEC 給出的邊緣計算參考架構(gòu)如圖3 所示，包括移動設(shè)備、邊緣服務(wù)器、后端系統(tǒng)等組件。其中：邊緣服務(wù)器主要基于Cloudlet實現(xiàn)，包括3 層：

（1）基礎(chǔ)設(shè)施層：包括硬件、虛擬化和管理;

（2）開放云平臺：提供app運行支持環(huán)境和能力開放， 并實現(xiàn)統(tǒng)一管理;

（3）應(yīng)用：基于虛機(jī)實例承載移動設(shè)備卸載的各類應(yīng)用。

Cloudlet 和OEC主要針對移動與云計算的融合場景，適用于四大場景類型，包括高度響應(yīng)的云服務(wù)、擴(kuò)展邊緣分析、隱私策略執(zhí)行、屏蔽云中斷。其中，典型場景包括：VR、vCPE、企業(yè)服務(wù)（如虛擬桌面）、公共安全、傳感器數(shù)據(jù)服務(wù)、汽車服務(wù)、移動app優(yōu)化、工業(yè) 4.0、無人機(jī)支持服務(wù)、健康和體育服務(wù)、在線游戲、通信服務(wù)優(yōu)化等。

邊緣計算

ECC（EdgeComputing Consortium，邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟）2016 年成立，是邊緣計算的積極推動者。ECC的邊緣計算定義：是在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲、應(yīng)用核心能力的分布式開放平臺， 就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷聯(lián)接、實時業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。它可以作為聯(lián)接物理和數(shù)字世界的橋梁，使能智能資產(chǎn)、智能網(wǎng)關(guān)、智能系統(tǒng)和智能服務(wù)。

ECC認(rèn)為，邊緣計算與云計算是行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的兩大重要支撐，兩者在網(wǎng)絡(luò)、業(yè)務(wù)、應(yīng)用、智能等方面的協(xié)同將有助于支撐行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型更廣泛的場景與更大的價值創(chuàng)造。其中，云計算適用于非實時、長周期數(shù)據(jù)、業(yè)務(wù)決策場景，而邊緣計算在實時性、短周期數(shù)據(jù)、本地決策等場景方面有不可替代的作用。ECC給出EC的主要特性包括聯(lián)接性、 數(shù)據(jù)第一入口、約束性、分布性、融合性等。ECC提出的邊緣計算參考架構(gòu)。

（1）ECN（Edge Computing Node，邊緣計算節(jié)點）：由基礎(chǔ)設(shè)施層、虛擬化層、邊緣虛擬服務(wù)構(gòu)成，提供總線 協(xié)議適配、流式數(shù)據(jù)分析、時序數(shù)據(jù)庫、安全等通用服務(wù)，并按需集成特定的行業(yè)化應(yīng)用服務(wù)。

（2）聯(lián)接計算 Fabric：一個虛擬化的聯(lián)接和計算服務(wù)層，屏蔽異構(gòu)ECN 節(jié)點，提供資源發(fā)現(xiàn)和編排，支持ECN節(jié)點間數(shù)據(jù)和知識模型共享，支持業(yè)務(wù)負(fù)載動態(tài)調(diào) 度和優(yōu)化，支持分布式的決策和策略執(zhí)行。

（3）業(yè)務(wù) Fabric：模型化的工作流，由多種類型的 功能服務(wù)按照一定邏輯關(guān)系組成和協(xié)作，支持定義工作流和工作負(fù)載、可視化呈現(xiàn)、語義檢查和策略沖突檢查、業(yè)務(wù) Fabric、服務(wù)等模型的版本管理等。

（4）智能服務(wù)：開發(fā)服務(wù)框架通過集成開發(fā)平臺和工具鏈集成邊緣計算和垂直行業(yè)模型庫，提供模型與應(yīng)用 的全生命周期服務(wù);部署運營服務(wù)主要提供業(yè)務(wù)編排、應(yīng)用部署和應(yīng)用市場等三項核心服務(wù)。

（5）管理服務(wù)：支持面向終端、網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、存儲、數(shù)據(jù)、應(yīng)用的隔離、安全、分布式架構(gòu)的統(tǒng)一管理;支持面向工程、集成、部署、業(yè)務(wù)與數(shù)據(jù)遷移、集成測試、集成驗證與驗收等全生命周期管理。

（6）數(shù)據(jù)全生命周期服務(wù)：提供數(shù)據(jù)預(yù)處理、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)分發(fā)和策略執(zhí)行、數(shù)據(jù)可視化和存儲等服務(wù)。支持通過業(yè)務(wù)Fabric定義數(shù)據(jù)全生命周期的業(yè)務(wù)邏輯，滿足業(yè)務(wù)實時性等要求。

（7）安全服務(wù)：主要包括節(jié)點安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全、應(yīng)用安全、安全態(tài)勢感知、身份和認(rèn)證管理等服 務(wù)，覆蓋邊緣計算架構(gòu)的各個層級，并為不同層級按需提供不同的安全特性。

邊緣計算通過與行業(yè)使用場景和相關(guān)應(yīng)用相結(jié)合，依據(jù)不同行業(yè)的特點和需求，完成了從水平解決方案平臺到垂直行業(yè)的落地，在不同行業(yè)構(gòu)建了眾多創(chuàng)新的垂直行業(yè)解決方案。目前，ECC 給出的核心場景主要面向 IoT，范 例包括：梯聯(lián)網(wǎng)、智慧水務(wù)、智能樓宇、智慧照明等。

分布式云

分布式云是 ITU-T 2016 年提出并主推的概念，是對云計算模式的擴(kuò)展，在兼具云計算以網(wǎng)絡(luò)為中心、以服務(wù) 為提供方式、資源池化和透明化、高擴(kuò)展高可靠性特征的同時，基于業(yè)務(wù) / 用戶需求，靈活、敏捷、按需、智能地提供分布式、低延遲、高性能、安全可靠、綠色節(jié)能、能力開放的信息化基礎(chǔ)設(shè)施，滿足全社會各行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型 需要。分布式云主要具備如下能力特性：分布式、低延遲、高性能、安全可靠、綠色節(jié)能、能力開放等。分布式云體系框架如圖 5 所示。分布式云體系主要包括兩類組件：

（1）分布式云節(jié)點：是具備自治管理能力的獨立的云節(jié)點，提供云基礎(chǔ)設(shè)施及服務(wù)，為各類業(yè)務(wù)和應(yīng)用提供 運行環(huán)境;根據(jù)所處的位置、節(jié)點規(guī)模及在分布式云系統(tǒng)中的作用，分為核心云、區(qū)域云、邊緣云等不同的云節(jié)點;根據(jù)不同的業(yè)務(wù)場景需求，靈活采取一種或多種節(jié)點組合，實現(xiàn)業(yè)務(wù)能力的按需部署。

核心云節(jié)點：基于大規(guī)模云基礎(chǔ)設(shè)施，支持提供包括 IaaS、PaaS、SaaS 的完整的云服務(wù)體系，為各類分布式云業(yè)務(wù)和應(yīng)用提供支撐和運營環(huán)境，具備海量數(shù)據(jù)分析和處理能力。

區(qū)域云節(jié)點：功能架構(gòu)與核心云類似，中到大規(guī)模云基礎(chǔ)設(shè)施，側(cè)重于提供區(qū)域性云基礎(chǔ)設(shè)施和服務(wù)，為區(qū)域性業(yè)務(wù)和應(yīng)用提供支撐和運營環(huán)境，按需滿足區(qū)域性業(yè)務(wù)及安全、法規(guī)、治理需求。

邊緣云節(jié)點：在網(wǎng)絡(luò)邊緣、靠近用戶和數(shù)據(jù)源的位置， 提供本地化基礎(chǔ)設(shè)施資源、數(shù)據(jù)處理能力、邊緣應(yīng)用和業(yè)務(wù)。面向不同業(yè)務(wù)場景、不同部署位置的邊緣云節(jié)點，外形、能力、功能需求各異。

（2）分布式云管理系統(tǒng)：實現(xiàn)對分布式云節(jié)點的統(tǒng)一管理，包括統(tǒng)一的資源管理、網(wǎng)元和應(yīng)用管理、業(yè)務(wù)編 排、運營管理、服務(wù)管理、安全管理、研發(fā)支持、系統(tǒng)集 成管理、數(shù)據(jù)管理等。

分布式云側(cè)重于云節(jié)點之間、邊緣與核心之間的協(xié) 同，能夠提供比單一位置的計算更豐富的業(yè)務(wù)和應(yīng)用能力，適用于多種業(yè)務(wù)場景，其中，既包括經(jīng)典云計算場景， 也包括邊緣計算場景，還包括邊緣、核心協(xié)同場景，涵蓋 5G、IoT、AI、 安全、CORD、CDN、 云服務(wù)等各類業(yè)務(wù) 場景。

核心技術(shù)辨析

霧計算、MEC、Cloudlet、邊緣計算、分布式云等技 術(shù)都是在新的業(yè)務(wù)需求和技術(shù)發(fā)展驅(qū)動下，融合“邊緣” 理念與云計算技術(shù)的一種具體實現(xiàn)，簡要辨析如表 1 所示， 其中主要不同在于：

（1）定位：霧計算旨在構(gòu)建一個系統(tǒng)，實現(xiàn)云到物的服務(wù)連接，與云協(xié)同運作;MEC 則被視為 5G 核心關(guān) 鍵技術(shù);Cloudlet 是就近部署的微型數(shù)據(jù)中心;邊緣計算 旨在構(gòu)建邊緣的開放平臺;分布式云則將經(jīng)典核心云、區(qū)域云與邊緣云統(tǒng)一為一個整體。

（2）場景：霧計算重點面向 IoT;MEC 主要 提供移動 RAN 應(yīng)用方案;Cloudlet 在網(wǎng)絡(luò)邊緣實 現(xiàn)計算能力卸載;邊緣計算主要面向 IoT 智能服務(wù);分布式云則旨在涵蓋多種場景。

（3）應(yīng)用和數(shù)據(jù)：霧計算、MEC、Cloudlet 側(cè)重于提供面向應(yīng)用的使能與運營支撐環(huán)境，實現(xiàn)應(yīng)用的自動化部署管理和業(yè)務(wù)提供;邊緣計算和分布式云除了對應(yīng)用的支持外，還提供對多樣化數(shù)據(jù)的收集、存儲、處理、分析、策略執(zhí)行等能力，構(gòu)建包括數(shù)據(jù)本地化處理和云端大數(shù)據(jù)處理的層次化協(xié)同系統(tǒng)

展 望

整體而言，邊緣計算仍處于發(fā)展初期，在 Gartner 發(fā)展成熟度曲線上位于炒作巔峰，未來將迎來爆發(fā)式增長。邊緣計算的核心技術(shù)主要包括邊緣節(jié)點（如路由器、交換機(jī)、基站、vCPE、數(shù)據(jù)中心等）、邊緣網(wǎng)絡(luò)、邊緣管理系統(tǒng)、 邊緣應(yīng)用和服務(wù)等。其中，所涉及的硬件基礎(chǔ)設(shè)施、軟件技術(shù)等大多已具備，但需根據(jù)邊緣計算需求進(jìn)行適配或優(yōu)化，如邊緣節(jié)點對計算能力的支持，邊緣節(jié)點的性能、可靠性和災(zāi)備，邊緣計算任務(wù)的智能調(diào)度，異構(gòu)邊緣節(jié)點的統(tǒng)一管理，數(shù)據(jù)分布機(jī)制和一致性，邊緣計算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和性能優(yōu)化，大規(guī)模邊緣應(yīng)用和服務(wù)，邊緣功能和技術(shù)（如 數(shù)據(jù)細(xì)化、視頻壓縮和分析等）等，這些都有待于進(jìn)一步研究。

來源：邊緣計算社區(qū)