2021-2022走进边缘计算分析报告.pdf

2021-2022走进边缘计算分析报告 COMPANY PROFILE 02 边缘 计算的演进之路 03 边缘计算的商用探讨 01 边缘 计算 的诞生史 04 边缘计算的部署 设想 走近边缘 计算 边缘计算的诞生 -何为边缘计算 1998年 Akamai公司提出的内 容分发网络 （ CDN） 2005年 美国韦恩州立大学提出功能缓 存的概念 运用到邮箱 以节省延迟和带宽 2009年 Satyanarayanan等提出 Cloudlet概念 强调 将云服务器上的功能下行至边缘 服 务器 Molina提出海 计算概念 ， 指的是智能 设备的前端处理 2010年 提出 移动边缘计算 。 服务于 移动 用户 ，提升移动用户体验 2012年 思科公司提出雾计算 中国科学院提出“海云计算”。 把人类本身、物 理世界的设备和子系统组成的终端称为海 端， 更 关注终端连接 2013年 美国 太平洋西北国家 实验室首次 提出边缘计算（ EC） 边缘计算的定义 边缘计算的诞生 组织 /机构 边缘计算定义 共识 ISO/IEC/JTC 1/SC38 将 主要数据处理和数据 存储放在网络的边缘节点的分 布式计算形式 在更靠 近终端 的网络 边缘上 提供 计 算 服务 ETSI 在移动网络 边缘提供 IT 服务环境和计算能力 ECC 靠近物或数据源源头的网络边缘侧，融合网络、计算、 存储、应用核心能力的开放平台，就近提供边缘智能 服务 Gartner 一种计算拓扑，在这种拓扑结构中，信息处理、内容收集与交付更加靠近这些端点 边缘计算 的 范围 Endpoints： 边缘 处理设备 ， 包括 IOT 设备 、 网关 、 服务器 （ 边缘 DC） 等 中 的一种 或 多种 ， 可根据本地需求进行数据处理 Communications： 边缘智能网络服务 ， 网络按业务灵活编排 边缘计算的诞生 -边缘计算、 MEC、雾计算、海计算 边缘 计算 边缘云 边缘终端 边缘网络 边缘 -核心间网络 边缘 云间网络 边缘网关 雾计算 云骨干网 中心核心云 海计算 边 缘 计 算 汇聚核心云 MEC MEC 固定网络、移动通信网 、工业互联网 /物联网 . 各 类计算类型 的示意图界定 云计算 雾 计算 海计算 MEC 关键组成 演进 关系核心要义 计算 能力 下沉 关注水平融合 海量终端连接 及计算 移动网络能力 下沉 边缘网关及服 务器 边缘互联网络 及协作平台 AI芯片嵌入 及控制平台 网络能力开 放平台 边缘计算与 雾计算融合 设备智能化 与 5G协同演 进 1 各类计算类型的定义界定 网络架构的变革：推动城域网变革，形成云边端 算力模式的变革：算力去中心化，真正分布式协同计算 边缘 计算本质在于 实现 算力负载均衡的优化 时延 带宽 存储 安全 更靠近数据源，时延控制在 10ms以内 数据量和传输距离大幅降低， 减少回传 压力 减少大型数据 中心存储成本 分布式网络分散风险，类局 域网更安全 作用 一 ：解决 集中式云计算发展 瓶颈 作用 二 ：释放终端计算的压力 构建 瘦终端、宽管道、 云应用 新业务模式，迎 接 Cloud AR/VR诞生 降低 终端 成本，能耗， 延长 终端使用寿命 边缘计算的影响（ 1/2）：推动网络架构、算力模式和业务模式变革 原有 业务 升级 创造 新业 务模 式 内容自下而下 推动骨干网变革， 数据自下而上 推动城域网变革 边缘计算的影响（ 2/2）：催生新万亿级市场，重塑产业价值链 边缘计算 市场规模复合年均增长率 超 30 % 国际 综合 拓墣产业 研究院和 Research and Market 预测 ： 边缘 计算市场 规 模 18-22年复合 年均 增长率超 30%； 据 CB Insights 预测， 2023 年 全球边缘计算市场有望达到 340 亿美元。 2017 年美国 计算机社区 联盟的边缘计算重大挑战研讨会报告 报 告估算，美国 2017 年至 2026 年间边缘计算方面的支出将达到 870 亿 美元（ 5G基建投入将达 204亿 美元）， 欧洲则为 1850 亿美元。 国内 未来 5年内边缘计算需求超 4000个机房，规模万亿级 据 IDC预测， 2020年 全球 物联网 数据 总量 为 16ZB，物联网产生的数 据 45%都将 在网络边缘处理；我国物联网数据占比达到 22%，对边缘 计算网络容量的 需求 在 1.5ZB, 折算为带宽需求为 431T，至少需要 40005000个 边缘计算 机房。 赛迪顾问预测 18年国内边缘计算市场规模 77亿元 ，增长率 55.39%； IDC圈预测国内边缘计算市场潜力将达 万亿级。 云骨干网 公有云 /私有云 / 行业云 40% 25% 15% 20% 边缘云 终端 云连接 核心云 未来企业上云场景 场景 角色 及 价值分配 IaaS： 阿里、腾讯、 中国电信 、金山 （ 行业云运营商总体占比较大 ） PaaS： 阿里、 Oracle、 AWS、 Azure、 IBM SaaS： 金蝶、微软、 Oracle、 Salesforce、 SAP 设备厂商： 华为、思科、 IBM、浪潮 云 商： 阿里、腾讯、青云 运营 商： 三大运营商 专业服务商： 犀思云、大地云 网、星云数据 其他第三方： 万国 云 商： 阿里、腾讯 运营商： 三大运营商 IT商： 浪潮、华为 CDN厂商： 网宿 传感器制造商： 大 华等 芯片模组商： 英特尔等 运营商： 三大运营 商 平台商： 运营商、专业 物 联网平台 商（含软件） 注：红星为运营商 重点拓展区；产业 价值分配通过典型 项目收入分解而来 核心云占比较大， 但格局已定， 边缘云是未来发展趋势9 12 14 17 21 31 40 52 67 85 2017 2018 2019 2020 2021 单位： ZB/Y 生成可用数据 数据中心流量 边缘计算空间 最大 存储 公司 希捷 预测 ， 到 2025年， 实时数据占总数 据量的比例将 超过 20% 思科全球云指数数据 02 边缘 计算的演进之路 03 边缘计算的商用探讨 01 边缘 计算 的诞生史 04 边缘计算的部署设想 走近边缘 计算 边缘计算技术成熟度：最快有望 2年内实现规模商用 2018年中国 ICT技术生命周期 TSN、 OPC UA over TSN、 PLC-IOT、工 业 SDN等 弹性基础设施 类 学术界 /企业 /产业联盟共同推动 EC在理论 /标准 /行业应用纵深演进 时间 组织 /机构 主要参与者 成果 /目标 学术研究 2016.10 IEEE/ACM Symposium on Edge Computing IEEE ACM 研究边缘计算应用 价值 2018.5 18年边缘计算技术研讨会 高校 科研机构 梳理边缘计算开发者需求 2018.8 边缘 计算 小范围讨论会 华为 /海尔 /国家电网 ECSMB 探讨边缘计算应用 2019 全国边缘计算学术研讨会 高校 /科研机构 /企业 展示先进成果 促进产业落地和生 态构建 企业标准 2017 VEI（ vertical Edge Intelligence）白皮书 IEC 阐述 EC对制造业等 垂直行业的重要价 值 2018.12 边缘云计算技术及 标准化白皮书 （ 2018） 阿里云 中国电子技术标准化 研究院 阐述了边缘云相关 技术 2019 边缘计算 IT基础设施白皮书 1.0 边缘计算 IT基础设施推进工作组 ECII 定义了边缘服务器 的需求、技术方案 和产业生态 产业联盟 2016.11 边缘计算产业联盟 华为 /软通 /ARM 中科院沈阳自动研究 所 /信通院 2017 Edge Computing TG 全球性产业组织工业互联网联盟 IIC 定义边缘计算参考架构 2018.10 ECC 200+成员，含 研究机 构 /运营商 /生产制造 / 智慧城市，能源 /电力 2019 欧洲边缘计算产业联盟（ ECCE） 华为及多家合作伙伴 提供边缘计算产业合作平台 边缘计算预计在 2-5年内爆发 网络链接 类 边缘 AI芯片、虚拟化技术 等 轻量级 EC-PaaS类 流 分析 、 AI、数据 与应 用生命周期管理 等 关键技术 边缘计算与 5G、 AI等技术的协同加快其技术成熟 边缘计算与 5G 边缘计算与 5G相辅相成， 5G的发展推动边缘计算加速成熟 边缘计算 （ 尤其 MEC） 与 5G深度融合 （ 右图 ） ， 5G组网演进将推动 MEC演进 网络架构的融合： 原 4G核心网经云化拆分成 5G核心控制面和核心用户面 ， 用户面与 MEC一 同下沉 ， 实现边缘侧的融合 5G对 MEC的推动作用： a. UPF功能 实现本地流量的疏导； b. 三种 SSC模式 支持边缘计 算的移动连续性体验； c. NEF 开放给边缘计算 ， 支撑其实现业务性能和用户网络资源的 智能配置与优化 5G小基站成为 MEC的新载体 ， 推动边缘基础设施部署 （ 灯杆 5G小基站等 ） 边缘计算与 AI AI助力边缘设备智能化，将推动边缘计算加速落地 边缘 AI芯片支撑边缘计算设备智能实时计算 边缘 AI芯片特点： 高性能 、 体积小 、 功耗低 、 一般聚焦有限的 AI应用 边缘 AI芯片进入抢滩战： 英伟达 、 英特尔 、 谷歌 、 高通 、 华为 、 寒武纪 、 地平线等都在 近两年推出边缘 AI芯片 边缘 AI服务器成为 AI芯片的主流载体 边缘 AI服务器特点： 高密 、 高性能之外 ， 还需耐受高温 、 高湿 、 高尘等恶劣环境 典型厂商： 中兴发布 ES600S MEC、 浪潮发布 NE5260M5和 NF5280M5等 资料来源：中国联通边缘计算技术白皮书、中国移动边缘计算技术白皮书 、 SK telecom、互联网 资料 研究 图例：边缘计算与 5G网络深度融合 RRU BBU 回传 前传 4G网络 5G网络 CP+UP 5G核心 -CP AAU 边缘云 5G核心 -UP 5G核心 -UP MEC 4G核心网 应用 应用 CU 回传 前传 核心云 边缘计算产品应用进展：边缘计算平台为价值枢纽，运营商由网络向平台演进 玩家类别 玩家名称 代表产品 产品类型 功能说明 微软 混合云解决方案 Azure Stack提供边缘计算服务 边缘计算平台 云端能力融入终端，本地聚合分析与预测 AWS 边缘计算平台 Greengrass 边缘计算平台 赋能 DeepLens设备 （ AI 相机） ， 用于在 边缘进行 机器学习模型构建 Google 边缘计算独立 Android系统 边缘 计算系统 基于 AI，主要针对家电设备 阿里云 首个 IoT边缘计算产品 Link Edge 边缘计算平台 用于 AI实践，目前已获 16家芯片、 52家设备商、 184款模组和网关支持 百度 智能 边缘 BIE 边缘计算平台 将云端的数据管理与计算功能以软件的方式放在设备端 华为 +GE 工业物联网（ Industrial IoT）云平台 Predix 边缘计算平台 设备运行状态实时监测，提供预测性维护的智能决策 VMware 智能监视边缘解决方案 边缘监视应用 运行在戴尔服务器上， 与 IP视频监控产品的 Axis通信公司合作 Intel 最新一代的 Xeon D处理器 边缘处理器 瞄准对密度和电力消耗的问题更为敏感的边缘环境 Linux基金会 EdgeXFoundry项目， IoT计算和可互操作的组件构建一套开放的框架 物联网设备互操作框架 解决物联网器件的互操作性问题，在系统边缘部署运行着EdgeX核心程序的网关设备 网宿 升级原有 CDN网络为边缘计算网络，逐步搭建边缘计算平台 边缘网络 ，正在建设 平台 提供边缘 IaaS和 PaaS服务 CloudFlare CloudFlare Workers 边缘网络 及 平台 微服务形式，支持边缘编程 移动 MEC应用试点（联合华为）， MEC预制 5G中 边缘网络 低时延智能网络（云游戏试点） 电信 ECOP、 MEC+CDN 边缘网络 ， 边缘云平台 试点 工业互联网边缘计算开放平台；延展现有 CDN服务，并为多网络用户服务 联通 MEC边缘云、 MEC+CDN 边缘网络 ，建设平台 中 2025年 100%云化；发布 CDN+边缘计算的多款融合应用 AT&T 与微软合作 ,将网络边缘计算功能与其 5G网络和 Azure云服务集成 边缘网络 靠近商业站点的特定地理位置部署高级云服务 资料 来源：互联网资料 研究 边缘计算典型实践（以运营商为例） -实时无人机检测 AZURE提供 边缘云服务 提供 5G网络 服务 Vorpal 提供无人机相关设备及检测定位应用 VigilAir 使用 Azure边缘云服务运行 Vorpal 的 VigilAir应用程序，并使用 AT&T LTE和 5G 网络连接他们的无人机跟踪传感器， Vorpal可以 实时检测和定位无人机 ，供 执 法机构和机场 使用，实现所需的低延迟和计算可扩展性 应用介绍 这一合作的目的是尝试通过在靠近商业站点的特定地理位置部署高级云服务 ，从而大幅缩短延迟并改善用户体验， 主要面向零售、医疗、 公共安全、娱乐和制造等 行业 在 5G、云架构已经成为趋势之时，客户非常需要低延迟、高计算能力以及智能路由能力，这 一要求已经超出了传统云服务提供商的能 力 网络能力也成为展现在最终客户面前云架构能力的 一部分 AT&T与微软加强合作，将其网络边缘计算功能、 5G网络和 Azure云服务更紧密集成，就近提供高级云网融合服务 位置高度准 确性 位置实时性 多无人机协 同作业 应用的关 键能力 资料 来源：互联网资料 研究 02 边缘 计算的演进之路 03 边缘计算的商用探讨 01 边缘 计算 的诞生史 04 边缘计算的部署设想 走近边缘 计算 分类 定义 典型应用 单向推送 流 从云到用户的 流 量推送 如 视频点播 ，诉求在于降低时延提升体 验 单向回传 流 从用户到云的 流 量回传 如 本地视频监控 ，诉求在于降低上行带 宽成本，并分担核心云压力 双向互动 流 用户与云之间的 流量双向传输 如 VRAR、云游戏 等，诉求同时降低带 宽和时延 百度结合 5G和 AI从 个人、家庭、场馆、行业和社会 5个维 度描绘未来十三个子领域场景 边缘计算场景分析： 应用 场景选取维度各异，种类多样，但尚不明确未来三年的应用突破口 工业互联网产业联盟按 业务形态 分为物联网、工业、家庭、 广域、边缘云、 MEC 资料 来源：工业互联网产业联盟云边协同白皮书（ 2018）、百度 &电信 5G合作建议书、阿里 &电子技术研究院边缘计算技术及标准化白皮书、 ECC边缘计算与云计算协同白皮书、 ODCC边缘数据中心应 用场景白皮书 分类 定义 典型应用 全网覆 盖类 边缘节点在地区和运营商 网络两个层面上作覆盖 相对就近计算 ： CDN、 互动直播等 链路优化 ： SD-WAN 本地覆 盖类 边缘节点的本地化覆盖， 要求接入距离 30公里，时 延 5ms 本地化大带宽、低时延 上云需求 ：如零售、医 疗行业等监控数据上云 阿里和电子技术标准化研究院按 覆盖范围 分为全网覆盖 类和本地覆盖类 ECC按 流量模式 分为单向推送、单向回传、双向互动 ODCC 按边缘 计算的 技术特 性匹配 度 划分 七 大技 术应用 场景和 十五大 业务应 用 场景 医疗 教育 交通 金融 工业 . 边缘计算场景分析： CDN/视频流最有可能成为边缘计算未来三年的最大价值风口 基于边缘技术必要性的初选 -框定哪些场景需求边缘计算 边缘必 要性解 读 借鉴 ODCC组织 的研究结论， 与边缘计算技术特性 的契合度决定了该场景的应用 必要性 （ 边缘 必要 指 数）；指数 含 五项： 超低时延、高带宽、高实时计 算、高安全可靠性、本地化 ，本地化指： 地域范围 数据采集及与本地数据中心的高交互 要求 基于业务应用规模的精选 -确定未来三年的最大价值风口 业务应用规模解读 业务 应用 规模指数 由两大指标组 成：应用成熟度和市场发展 潜力 应用 成熟度衡量的是可行性 ，衡 量子维度细分为：资源基础、技 术基础、社会 /政治等其他风险 ； 首先 筛选 出存在可行性的 场景 再衡量其 市场 发展的潜力 ，由 市 场基数和增长空间 组成 ， 时间 范 围限定为未来三年 【 场景应用规模指数模型及流程示意 】 边缘计 算价值 场景锚 定矩阵 资料来源： ODCC边缘数据中心应用场景 白皮书、华信咨询 边缘计算 用例 模式 例一 地铁 时刻 表优 化 例 二 交通 流量 预测 用例目标 方案 架构 方案提供者 地铁运行 次数与人 流数量相 匹配 ，提 升运营效 率 每辆地铁车辆配备乘客计数器系统（ PCN）和物 联网边缘 网关 计数器内置摄像头捕捉乘客运动轨迹并将“人数” 数据传送到网关 网关进行数据聚合，提供 GPS定位数据，标准化 后传送至物联网平台 通过集成在平台上的 web应用访问 专注于垂直行业边缘计 算服务的物联网 系统 智能 传输器供应 商 运营商 方案启示 为了 充分 满足 垂直行业 客户 的方 案 需求， 配置 专业服务团队，提 供从设计、实施到维护的端到端 方案 物 联网边缘网关发挥了关键作用 ， 面向 多 端点多样格式的大量 数据 的 边缘 聚合 、规范化和过滤 等 。 近乎实时地 预测交通 流 量 增加 边缘现 有能力来最 大限度地 减 少新的硬件 和软件投资 每个 交通信号灯配置 内 嵌 AI边缘分析软件的控制器 作为网关 ，采集超 100个数 据点数据 对 特殊 路段安装 摄像机 进行视频采集作为补充 手段 边缘分析软件 对 数据进行 聚合 和标准化处理 后传至 IOT平台； 视频 流 传送到 边缘 数据中心 对数据进行 聚合、解码和初始指标生成处理，提取的 元数据被 发送 到 相同平台 ， 平台整合边缘分析数据和 元数据 模拟整个交通网格并执行预测分析 用户可通过 API订阅获取实时相关服务 交通物联网设备 /软件提 供 商 边缘 数据中心服务 商 运营商 公有云服务 商 及 物 联网 平台提供商 等 使用 者： 政府交通治理以 及导航应用、物流、车队 管理、车联网 等公司 通过安装 内置分析软件的控制器硬 件，有效利旧，降低了投资 本地数据中心处理视频流， 降低成 本 视频受天气、光照等影响易出现偏 差， 算法需微调 企业参与前 应充分评估项目的潜在 盈利机会 ，比如 设备 /软件商可与对 API调用感兴趣的第三方企业 合作 资料 来源： Gartner、华信咨询 边缘计算市场进入 启示 （以运营商为例） 方案架构 1： 设备 -网关 -云 /IDC 方案架构 2： 设备 -网关 -边缘 DC-云 /IDC 运营商重点领域 业务模式选择：管道 VS计算资源、销售 VS运营 边缘 IDC 边缘云 边缘私有云 边缘公有云 业务形态选择： IDCVS云、公有 VS私有 如何解决资源部署？ 如何解决定价结算？ 场景？价值？可行性？ 数据采集、传送 数据聚合、解码、过 滤、标准化、传送 数据处理分析 数据采集、 传送 数据聚合、解码、过 滤、标准化、传送 数据处理分析数据处理分 析和控制 资料 来源： Gartner、华信咨询 02 边缘 计算的演进之路 03 边缘计算的商用探讨 01 边缘 计算 的诞生史 04 边缘计算的部署设想 走近边缘 计算 推进边缘成本核算 边缘计算业 务成本核算 7.5万 /月 /柜 机架设施成本 4200元 电费 成本 0.8*24*30.5*7*1.3*0.7=3730元 服务器 成本 10000/12月 *20台 =16666元 云 游戏带宽成本 10G*5000元 /月 /G=50000元 注： 边缘计算 以大带宽低时延为特点， 且 在云游戏探索较多，故以此估算带宽成本 规模部署机 房成本核算 4.6万 /月 /柜 机架设施成本 600*6=3600元 /月（ 7kw） 电费 成本 0.8*24*30.5*7*1.3*0.7=3730元 服务器 成本 9000/12月 *20台 =15000元 带宽成本 0.3G*8000元 /月 /G=24000元 当前 边缘计算成本过高 由于边缘计算 尚未规模铺开 ，机架设施、服务器单 成本均较高 边缘服务器的高性能诉求，拉高服务器单成本 边缘计算的大带宽需求，拉高带宽总成本 此外，边缘计算的分散布局也将使得 运维成本 高涨 1 未来需持续推进边缘计算成本优化 加快推进规模部署： 冲减边缘机房机柜量少所带来 的规模不经济影响，降低机架设施、服务器单成本 以及运维成本 推动运维方式转变： 根据边缘计算的布局方式，探 索 集中化、智能化、融合化 等新型运维手段，降低 运维成本 2 资料 来源： IDCC产业大会、华信咨询 加快机房规模部署 应用场景 功率密度 机柜数量 电力容量 土地需求 办公室 2KW-3KW 1 3KW-5KW 10 m 商店 3KW-6KW，已有8KW-10KW部署 3-16 40KW-80KW 30-160 m 配送仓库 6KW-8KW 3-20 40KW-200KW 30-200 m 生产车间 3KW-6KW 5-15 25KW-150KW 50-150 m 边缘云 8KW-10KW 3-15 40KW-200KW 30-150 m 部 署 形 式 - 模 块 化 边缘计算场景呈 功率高、柜量少 特点，且要求机房 分布广 ， 预制 模块化将成为重要部署方式 主要优势： 部署快 、 成本低 、 选址易 、 扩容灵活 主要形式： 仓储式 、 集装箱 、 微模块 主要厂商 ：国内有华为 、 科华恒盛 、 腾讯 T- Block等 ， 国外以施耐德 、 思科等为主 主要应用： 国内当前在 军工行业 、 电网 、 金融网 点 等运用较多 （ 自用 ） 部 署 方 式 - 资 源 整 合 利 旧 -小 微 /CDN 机房改造 新建 - 多站融合 部署 面对边缘机房的海量需求，利用 现有通信机房 是最快捷，稳健投资的最佳方式 电信 探索 小微机房与边缘 DC模块的整合 ， 推动传统小微机房向增强型小微机房 转变 增强型小微机房： 一方面强化挂牌认证 、 集 约运营 ， 服务政务 客户；另一方面预留边缘 DC模块 ， 服务边缘计算业务 切入 国网多站融合和 5G基站部署，以融合为 手段推进边缘机房规模部署 推动 与国网多站融合的 合作 ， 规模部署边缘 DC（ 多站融合是国网 转型的重要落地举措 :重 庆电网 、 厦门电网 、 黑龙江电网等均有多站融 合项目投产运营 ， 金华电网亦在部署 ） 推进边缘计算与 5G基站布局的 融合 （ 网 宿与铁 塔智 联合作 ， 基于 5G基 站推进 边缘计算 建设 ) 资料 来源： IDCC产业大会、华信咨询、电力新闻网 主要优势 ：降低机房建设和用地成本 ， 利于推动 边缘机房规模部署 国外边缘计算典型应用场景 创新边缘运维模式 资料 来源： IDCC产业大会，华信咨询、互联网资料研究 01 集中化运维 集装箱对接实现一体化基 础管理： 对外接口标准化 方便堆叠，规模运维带来 的成本 降低 02 智慧化运维 边缘运维的下 一个风口 ： 部件数字化 /智能化、系 统智能化，实现无人值守、 高效节能和高可用性 03 融合化运维 跨域运 维能力的融合： 以多站融合为 契机，探 索同 一队伍 跨专业领域 统一运维 借鉴案例： 某智慧园区集装箱堆 叠 ， 通过通道对接实现统一 、 便 捷管理 3D可视化运维： 深圳计通数据中 心 AI机器人巡检： 京东数科 、 阿里 故障预警和处理智能系统： 民生 、 建设银行 、 腾讯自 研 Nebula 借鉴案例： 华 润电力东南大区新 能源集中运维中心 ， 将风电 、 光 伏 、 综合能源进行统一运维 边缘计算社区