边缘云计算定义、优势、挑战及典型场景梳理

边缘云计算的优势包括：低延时，分布式，低功耗，灵活部署 等。

边缘云计算是相对的概念，它相对于中心云而言，它部署的位 置将更远。能够作为中心云能力的一种延伸，更加贴近用户，将计 算能力拓展至“最后一公里”。如图 1 所示，根据边缘计算位置的 不同，可以分为区域、现场和 IoT 边缘云。 中心云机房：此类机房具备大于 10 万台服务器的规模，部署在 一线城市，他们到用户的延迟一般小于 30ms，提供了完整的云服务 和解决方案。 区域边缘云：此类机房部署在省会以及地级行政区城市，机房 规模一般 100 到 1000 台，延迟一般小于 10ms，提供了大部分的云服 务和解决方案。

现场级边缘云：此类机房部署在用户 IDC 机房现场侧，一般提 供一套机柜方案，和用户 IDC 机房的机器混合部署，它的规模更小。 IoT边缘云：此类边缘云设备也是部署在用户机房内，他们会使 用资源更加有限的网关设备，对接各类 IoT 设备协议，令 IoT 设备 能够接入中心云，提供给用户管理。

边缘云游戏场景：云游戏，简单来说就是以云计算为基础的游戏方式。传统游戏的运行模式都是直接在用户的本地设备上执行（如， 手机和主机），而在云游戏的运行模式下，所有游戏都在“云上” 运行，并将渲染完成的游戏画面压缩后通过网络传送给用户。云游 戏大大降低了对硬件的依赖，使得用户在普通的 PC 机/手机上也可 以体验制作精美的 3A 大作。

云游戏在早期的时候，将视频的渲染推流等能力都放置到中心 云的服务器上，距离用户远，延迟大。玩家能够体验的游戏被限制 在非延迟敏感的小型游戏上，比如：策略对战类，棋牌类等。 近几年，随着边缘计算技术的成熟和兴起，越来越多的厂商开 始尝试将基于中心云的云游戏架构演进到基于边缘云的云游戏架构。 边缘计算站点规模小，分布范围广，用户可以就近接入边缘站点， 从而降低游戏时延。如图 3 所示，在边缘云游戏场景中，业务将渲 染引擎和视频压缩推流引擎部署在边缘云以降低网络时延，从而带 来媲美传统游戏的体验。为了满足大规模用户接入的需求，边缘云 站点中需要具备负载均衡的能力，以为用户选择体验最佳的推流接 入服务；同时，为了大幅降低用户体验延迟，边缘云站点与中心云 站点之间还需要具备全局路由调度能力，以降低游戏状态同步的延 迟。

边缘音视频场景： 音视频，主要指的是以直播、点播等为代表的视频场景业务。 国内泛娱乐直播龙头企业，在直播业务尤其是音视频通信方面有很强的技术积累，近年来自身的直播业务覆盖音乐、脱口秀、舞蹈、 户外、体育、游戏等多个细分品类，其强大的音视频能力也对其他 ToB 企业开放，同时积极尝试采用新的技术手段优化其自身上层直播 业务，进一步提升终端用户的使用体验。

在音视频的业务中，对实时性有极高的要求，如游戏语音、直 播等。这类业务需要对音频、视频内容的分发保证超低延，从而保 证终端用户的极致体验。但是，如何能够在不增加业务成本的同时， 保证用户的低延时体验，成为音视频厂商必须解决的难题。通过与 云厂商合作推进音视频直播架构部署在边缘节点，在更好的体验与 更低的带宽成本之间实现了平衡。

在进行架构升级之前，客户将音视频直播架构部 署在中心云，将视频数据在中心云处理完成之后，再通过 CDN 节点分发到终端用户。基于中心云的直播架构有几点劣势：带宽成本方 面相对较高、分散在全国的终端用户直播体验欠佳。基于以上几点 劣势，在充分了解边缘云各项优势的前提下，客户考虑将基于边缘 节点升级音视频直播架构。客户将边缘节点作为视频源站，实现就 近上传、推流、转码、渲染，面向本地用户实现就近分发，实现本 地化视频链路质量保障，实现低成本、低延迟的新型视频架构。 在这一案例中，云厂商为客户提供了遍布全国的边缘算力资源 和带宽资源，帮助客户完成了音视频架构升级。客户实现了带宽成 本降低，并且同时大幅提升了终端用户的使用体验，实现了较为明 显的降本增效。 伴随着大家阅读信息的方式由文字转向长/短视频，同时也在通 过文字弹幕或者直接连麦的方式参与其中。面临成本、用户体验等 多重压力。

依托于原有 CDN 资源的情况下，在边缘云提供对主播的收流、 美颜、转码压缩、推流到主数据中心，进行智能审核、编辑、录制 存储等处理之后，分发资源到全球 CDN 中心，同时集成了即时通信、 字幕等功能模块。在客户端通过 CDN 资源查看回播或制作好的长/短 视频，当观看直播、实时语音或者文字交流时接入到边缘计算中心。边缘云视频制作中心需要大带宽的专线接入到云主数据中心，用户 接入端需要在原有 CDN 的能力下提供实时的信息交流，边缘融合网 关需要具有大带宽低延时、VPC、LB、EIP、安全等能力。

安防监控场景：安防监控行业主要面向智慧城市、智慧园区等场景。国内安防 监控龙头企业，在安防监控业务方面有很强的技术积累和较大的市 场份额，近年来业务的监控视频考虑上云存储，降低存储成本。在 安防监控的业务中，对弹性存储有极高的要求，这类业务通过摄像 头采集视频数据，在本地做聚合之后上传到云端采集。传统的安防 监控架构则是将视频在本地做聚合之后上传到云中心进行存储，该 方案的特点是存储及带宽成本高。

因此，为了降低存储及带宽成本，客户采用了云边端一体的安 防监控架构。客户将视频在本地做聚合之后上传到距离摄像头最近的边缘节点，利用边缘冗余上行带宽，将视频流、图片就近上传边 缘，进行抽帧/结构化处理，核心数据通过云边网络回传中心分析& 存储。 如图 7 所示，在这一案例中，云厂商为客户提供了遍布全国的 边缘存储资源和带宽资源，帮助客户完成了云边端一体的安防监控 架构升级。客户利用边缘上行冗余带宽大幅度降低视频流、图片传 输成本，实现了较为明显的降本增效。

工业互联网应用场景： 工业互联网通过系统构建网络、平台、安全三大功能体系,打造 人、机、物全面互联的新型网络基础设施，形成智能化发展的新兴 业态和应用模式。随着工业 4.0 的蓬勃兴起和对现场设备管控、资 源优化配置、生产智能化的需求不断提升，工业互联网正在向扁平 化、云化、智能化演进。工业场景下，传统中心云计算的安全性、 实时性难以满足需求，需要在边缘侧实现具有低时延要求、轻量化 的信息与物理深度融合应用。针对智能制造与智慧工厂等应用场景， 边缘计算可就近部署关键应用，提供智能化运维服务、实时流数据 处理、安全可靠的网络等运行环境，并与云平台对接，利用大数据 赋能生产与管理，从而发挥工业大数据的真实价值。

全自动 SMT(Surface Mount Technology)生产系统是工业互联网 的一种典型应用场景，它以生产通信产品 PCB 为主。传统的 SMT 产 线是孤岛式的数据采集，没有设备相互间的沟通串联。依靠技术人员的调整经验设定参数，同时，产线上仍需要大量人员进行设备的 维护和检测，如 SPI/AOI 误判点数过多，造成产线直通率下降，每 条 SMT 产线均需要固定一名目检人员进行二次复判。大量的目检造 成成本提升且产能下降。

建立基于 SMT 大数据的边缘云计算方案是解决上述问题的关键。 如图 8 所示，边缘网关部署在 SMT 产线设备侧，负责实时采集、缓 存 SMT 数据，并结合 AI 推理引擎对数据进行轻量级实时分析检测。 部署在边缘云的边缘智脑平台会对边缘网关上送的数据进行准实时 分析和利用，对 SMT 制程、SMT 机台参数、SPI/AOI 检测数据等进行 中轻量级分析，及时侦测与处理 SMT 生产线的异常与不良。部署在 中心云上的 AI 模型负责对边缘网关上送的数据进行深度分析和训练； AI 模型训练后生成的轻量级 AI 推理引擎，会下发到边缘网关；中轻 量级推理引擎被推送到边缘云上的边缘智脑服务器。整个解决方案 中，中心云与边缘云之间的协同，以及边缘云与边缘网关之间的协同是关键。连接边缘网关、边缘云和中心云的边缘通信网络需要克 服数据传输瓶颈，实现低时延和高吞吐，并对数据、计算、网络进 行整体优化以达到最佳效率，最终达到云、网、边、端四位一体的 协同。

边缘云计算站点部署在地市/区县/园区，更接近用户，能够承 载低时延、高带宽的应用。边缘云计算站点麻雀虽小，五脏俱全： （1）资源池数量多，每个资源池的计算规模小, 从几台服务器到几 十台服务器不等；（2）边缘站点单点的功耗低，易于灵活部署，信 息处理的总体冗余性和可靠性更高；（3）运营商边缘云承载 UPF 和 应用，有高带宽需求，同时 EIP、NAT、负载均衡等功能需求全。

当前边缘云主要存在如下的挑战： 1、边缘资源池虽然规模不大，但是业务要求的网络功能全，有 SDN 自动化、BGP/OSPF/静态路由、VXLAN、防火墙安全、EIP、NAT、负载均衡功能等需求。其中网络、安全设备占比高，云平台、SDN 控 制器部署也需要占用计算开销，硬件网络设备和管理/网络功能占用 计算资源将降低边缘资源池的总体性价比。 2、边缘云业务场景对网关性能需求也较高，如边缘音视频、直 播推流等场景，对路由规格、转发性能等都有较高的需求； 3、边缘机房规模较小，对成本较敏感，如果直接采用中心云的 网关独立集群的方案，将会引入较大的成本，降低单机房可售卖的 资源，影响产品演进和发展； 4、不同位置边缘云网关设备选型不尽相同：地市级边缘云采用 盒式路由器作为网关百 G 端口少，采用框式路由器/框式交换机，成 本高，占用机架空间大，功耗大。需要根据具体场景选择合适的网 关设备型号。

综上所述，边缘云计算站点资源池规模不大，但功能需求全， 且网关设备选型困难，既要控制成本，又要满足大规格、业务灵活 部署需求。为了应对上述挑战，边缘云计算市场亟需一种集合多种 网络功能、且能灵活部署的超融合网关设备，以节约机房空间、降 低功耗/成本，实现降本增效。