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边缘计算助力5G时代网络绿色运营 边缘计算 5G 碳中和

2022-07-08 19:15:59 网络

标题:边缘计算助力5G时代网络绿色运营 边缘计算 5G 碳中和

消息 从“碳中和”的角度来看,支撑云计算的数据中心能源消耗巨大,根据国际相关学者的研究,数据中心的能耗约占信息通信行业能源消耗的45%。因此,IDC“双碳”变革已是大势所趋,绿色数据中心的研究及建设成为“行业赛道”的竞争焦点。但目前大量的研究都集中在数据中心内部的节能设备、空间布局、用能管理、升级改造以及高效制冷、先进通风等技术应用,而边缘计算作为5G关键核心技术,能够大大降低数据中心的整体能耗,业界需要探索从数据中心外部降低能耗的途径。

智慧城市、智慧工厂、智能家居等海量终端设备产生的“小数据”呈现爆发式增长,目前已处于ZB级别数据时代。根据IDC的预测,到2025年全球年新增数据量将达到175ZB,海量数据的传输将产生严重能耗,2020—2025年全球数据增长导致的传输能耗相当于50个核电站的年发电量。与此同时,自动驾驶、云游戏、工业互联网等应用场景对数据处理的实时性要求较高,云计算数据中心以能耗为代价来满足这类业务的需求。以边缘计算为代表的算力下沉模式成为全球新趋势,边缘计算的核心理念是在边缘端处理数据,可类比于物流系统的“本地仓”,就近提供边缘智能服务,可缓解网络时延,减少云端之间数据传输与计算吞吐量,降低数据中心的业务压力以及能源消耗,为高交互、大带宽、低时延的新业务提供更高效的支持。随着边缘计算技术的加速落地与创新发展,其将与5G、AI等技术协同,助力低碳经济的发展。

边缘计算的三种形态

对于边缘计算,从IT云计算或CT运营商的角度看侧重点是不同的,也不是唯一的,但其下沉至终端设备或靠近用户的边缘端提供计算能力的核心思想基本一致。经过数十年的发展,边缘计算经历了技术储备期及快速增长期,涉及5G网络技术、计算技术、存储技术、边缘原生、边云协同、边缘智能、边缘连接等。2020年,Gartner将边缘计算列为十大最热门技术之一,并预测其将在后5G时代步入蓬勃发展期。

边缘计算根据在网络路径上的节点部署位置不同,可以划分为“云边缘”“边缘云”“边缘网关”3种形态。

“云边缘”形态是中心云计算服务的下沉拓展,基本逻辑仍属于中心云服务,将中心云能力拓展至区域,实现区域云全覆盖。华为云的IEF解决方案、阿里云的link Edge解决方案等均属于“云边缘”形态。

“边缘云”形态是将中心云计算服务下沉至运营商网络节点边缘侧,形成边缘分布式云计算平台,但“边缘云”的任务管理调度工作还是由中心云负责。多接入边缘计算(MEC)、CDN等均属于“边缘云”形态。

“边缘网关”形态实现边缘终端设备的自主智能服务,通过云计算技术重构原有网关系统,广泛应用于物联网。智慧家庭网关、工业网关、IoT Edge等均属于“边缘网关”形态。

边缘计算的产业发展现状

随着垂直行业数字化转型、企业上云常态化,以及工业互联网、远程医疗、车联网等场景向边缘计算的倾斜,目前边缘计算市场需求持续快速增长。边缘计算产业上下游集合了电信运营商、ICT厂商、OT厂商、云计算厂商、CDN厂商以及行业解决方案商等,同时跨界进入边缘计算的企业众多,各方纷纷加快对边缘计算的市场布局。

电信运营商基于5G网络优势布局边缘云,在产业生态中举足轻重,其不仅自主搭建5G MEC设备,也主攻to B行业的5G MEC应用场景解决方案。云计算厂商(阿里云、腾讯云等)凭借云原生的优势主攻“云边缘”,主打云边协同一体化,与电信运营商MEC存在一定竞争。ICT厂商(华为、中兴、浪潮、联想、思科等)在边缘硬件设备及端到端解决方案等方面具有优势。行业解决方案商一般聚焦边缘计算的垂直应用场景。

边缘计算的产业未来前景分析

充分挖掘边缘计算优势

边缘计算是中心云计算的助攻与延伸,为云计算数据中心承担部分数据处理压力,通过动态资源配置实现数据中心的节能减排,未来边云协同是主要的发展方向。边缘计算降低数据传输成本的特性,在5G绿色运营方面具有得天独厚的优势,其主要优势包括减小网络时延、释放带宽容量、保护隐私数据。

若将终端设备产生的所有数据都回传到云计算数据中心,需要占用大量带宽容量且远距离数据传输的成本高,边缘计算可实现释放带宽、降低传输成本及数据中心能耗,在绿色低碳经济中把控平衡。

低时延也是边缘计算主要应用动力,在自动驾驶等应用场景中是无法接受把数据上传到云计算数据中心,经处理后再将数据回传并进行决策交互的;云VR的画面若要实现流畅、不导致眩晕的用户体验效果,每帧的处理速度需达到毫秒级别。针对此类需要实时交互、实时反馈的场景,利用边缘计算在靠近数据的地方进行分析处理,能有效降低时延,提高数据处理精度;同时边缘计算协同人工智能技术,能够实现边缘智能决策。

边缘计算可避免将用户隐私数据上传云端集中处理,传输的数据越少,数据被拦截的可能性也就越小,且对于部分数据隐私性要求高的行业大大降低了数据泄露的风险。

推动边缘计算技术落地

边缘计算产业落地路径与边缘计算的3种形态紧密相关,本文对照形态将落地路径划分为3种,分别是对应“云边缘”形态的云原生落地路径、对应“边缘云”形态的5G MEC落地路径及对应“边缘网关”形态的垂直行业落地路径。

云原生落地路径:云计算巨头依托已有的技术优势,将云服务不断下沉,依靠云原生的竞争优势,推出边缘计算系列产品,积极布局“云边网端”一体化协同。亚马逊云科技于2018年和2019年分别研发Amazon Outposts、Amazon Wavelength,并在2021年的Invent全球大会上发布Amazon Private 5G产品和服务,以此满足用户连接、托管、上云等需求;同时其与电信运营商的合作提升了边缘计算的覆盖率,协助通信行业进行数字化转型。2020年初微软发布新Azure Edge Zones产品,比主要的云设施更靠近用户;为扩大在边缘计算领域的影响力,其收购了Affirmed Networks(5G边缘计算公司);且在AT&T的协助下,为各行业的创新提供基础设施支持。谷歌发起GMEC(全球移动边缘云计算)战略,与亚马逊和微软类似,其通过与AT&T等电信运营商合作,将云服务应用于5G网络。

三大巨头已在边缘计算概念下创建了巨大的业务规模,而国内的主流云服务商也加快了对边缘计算的布局,同样占有一席之地。自2017年,阿里云战略开始布局边缘计算技术领域,结合阿里云自主研发飞天操作系统的融合计算能力,深度挖掘2800多的边缘云节点的落地诉求。2020年,腾讯云在深圳推出首个5G边缘计算中心,实现5G与边缘计算的创新融合应用,其产品全面支撑智慧园区、工业互联网、自动驾驶、云游戏以及4K/8K直播业务等场景。百度云发力“5G+AI边缘计算”领域,在2019年便发布了百度“AI边缘计算行动计划”。九州云、金山云、火山引擎、PPIO、网心科技、秒如科技等也在边缘计算领域崭露头角。

5G MEC落地路径:电信运营商依托5G技术的成熟发展及不断商用,在核心网边缘侧部署5G MEC设备,推动边缘计算技术在5G时代的绿色运营,提升网络性能和用户体验。AT&T与微软、谷歌等云服务商合作,共同推动边缘计算的生态建设。中国移动于2018年成立边缘计算开放实验室,为推进边缘计算生态的发展,于2019年启动边缘计算“Pioneer 300”先锋行动。中国电信长期致力于面向固移融合的MEC创新研发,于2019年发布自研MEC平台,2020年自研边缘计算(MEC)网络的技术可行性得到验证;通过天翼云与MEC的协同,已经在工业互联网、VR/AR、智慧园区、高清视频等领域逐步落地一站式部署服务。中国联通将MEC建设作为发展5G to B/ to C业务的重要战略,于2020年推出首张5G MEC规模组网,逐步形成“云网边端业”一体化商用MEC。

垂直行业落地路径:垂直行业的应用场景覆盖面广,涵盖能源电力、工业制造、冶金化工、医疗教育等。面向垂直行业的边缘智能设备促进产业数字化转型,以工业互联网与智能制造为例,边缘侧的智能网关、服务器、控制器、存储器等智能设备叠加智能工业物联网平台、大数据平台等,实现边缘计算针对不同应用场景的灵活功能组合,可转化为定制化行业解决方案。硬件设备厂商借助垂直行业边缘计算,将业务范围拓展至“设备+边缘计算平台”,实现业务升级,如华为长期致力于边缘计算标准化硬件设备的研发,推出Altas 500边缘计算服务器、AR502H系列新一代边缘计算网关,可广泛应用于绿色数据中心、智慧园区、智慧港口、智慧能源、智能制造等物联网场景。传统工业制造企业(如格力、海尔、三一重工、徐工等)利用边缘计算赋能数字化转型,转变生产模式,实现提质增效、绿色节能,朝着低碳经济的方向发展。

推动边缘计算产业落地

为保障边缘计算产业健康发展,建议从标准体系制定、基础设施规划、边缘信息安全机制以及边缘产业生态等方面进行完善。边缘计算标准体系的制定建议从顶层规划做起,包括边缘计算核心技术的标准化,边缘计算应用系统接口、业务规则、数据格式的标准与统一,同时应制定针对特定行业及应用的边缘计算子标准。边缘计算基础设施建设需按区域或业务规模,匹配相应的架构模型及设备安装量,避免节点的重复建设,建议出台相关的政策引导边缘基础设施有序建设,保障资源共享与绿色节能。进一步完善边缘计算网络和信息安全机制,避免对通信网络的干扰,提升边缘计算在垂直行业应用的可靠性。边缘计算产业生态的构建可推进产业链上下游的协同,产业生态联盟等形式可推动边缘计算的规模部署及发展,打破行业壁垒,完善产业体系。

后5G时代,网络架构将继续朝着云化方向发展,构建天地一体化信息网络是发展趋势。针对不同数字化应用场景将传输的海量数据,需要补充强大的计算、存储、传输等处理能力。为以尽可能低的功耗及成本来实现更高性能的网络,相较于目前部署在靠近用户侧的边缘计算,可探索边缘计算进“太空”的演变发展。

卫星在太空中承担了科学研究、天气预测、地球资源勘测、通信、侦察与反侦察、导航等多个领域的工作,但卫星应用同样面临着传输数据量大、响应时间长以及运营维护难的问题。以自然灾害勘测为例,卫星需要将所有高清图片回传到地面数据云计算中心进行处理,大量的无效图片导致带宽的浪费,也增加了智能分析的工作量,使得数据中心产生巨大的碳排放。边缘计算进“太空”的模式可通过云原生边缘计算协助卫星对图片进行预处理,只传输有效图片到地面数据中心,助力低碳绿色运营;同时云原生边缘计算和卫星系统的结合,使卫星具有更好的服务能力,具备更广阔的使用范围和商业前景。

随着通信行业步入“双碳”时代,边缘计算行业也进入期望膨胀期,发展前景非常广阔。边缘计算凭借独有的技术优势,通过重构算力资源结构、降低数据中心能耗、支撑传统行业数字化转型推动5G时代绿色运营。

 
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