边缘计算社区 · 2021年02月05日

标准应用促边缘云成熟度提升

2020年12月29日,由中国电子技术标准化研究院(以下简称电子标准院)主办,中国开源云联盟、木兰开源社区、全国信标委云计算标准工作组、云计算标准与应用工业和信息化部重点实验室承办的“第十届中国云计算标准和应用大会”在京盛大召开。本次大会以“标准聚力 开源共赢”为主题。主办方很荣幸邀请到中国移动研究院的技术经理张婷婷出席分享,以下为演讲全文:

感谢会务组,受邀参加本次中国云计算标准和应用大会。在5G与边缘计算分论坛,我的演讲题目非常契合今天这个主题,今天将和大家分享中国移动在分布式云、边缘方面的标准研制和应用情况,共同思考如何促进产业边缘云成熟度的提升。

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简单介绍一下我自己,我来自中国移动研究院。移动研究院主要做一些企业标准、行业标准以及国际标准的制定。我们所做的企标都是直接支撑中国移动的现网网建设的。我本人云计算领域工作了近十年,参与过中国移动整个私有云电信云的规划建设,近期也在做边缘云、分布式云的研究和方案设计。

在云建完之后进入到运营优化阶段,结合云的整个生命周期与行业同仁的开展交流,也开创性的牵头研制了云计算成熟度评估的标准模型。目前这个标准模型已在ITU-T完成国际标准发布,并在国内外推进标准的制定。该模型已应用在中国移动内和行业中,用于评估云计算应用之后的效果、技术和管理成熟度。所以从我的工作经历上说,既做现网支撑,方案制定,也做标准研究推进。所以要往前看,也要看现在,是技术超前和行业应用结合的过程。

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我今天主要的分享有四个部分,一是结合云计算发展方向,分享分布式云和边缘场景的发展趋势;第二聚焦分布式云和边缘云的标准和开源进展;第三和大家分享中国移动现在边缘云方面的实践和应用情况;最后分享一些本人对促进边缘云产业成熟度提升的一点思考。

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分布式云的发展从两个的角度去:5G+边缘计算。2016年ETSI提出来MEC的标准之后,边缘计算已经成为5G的显著特征。正是因为5G的到来,随着低时延、高带宽、大连接的特征保障,才让CDN的云化,AR、VR新应用等用户的体验能得到很好的提升。比如在医疗行业可以结合着5G的特点,边缘的特点来做一些远程精准手术;教育行业AR、VR的在线教育,广电行业高清视频,智能制造IoT的边缘节点,质控保障等,都是5G+边缘计算给我们带来的新优势,新体验。

目前边缘计算处于产业发展初期,各行业切入边缘计算时会结合自己不同的优势、策略发力。云服务商会自云而边的做这件事,结合自己云的优势向边下沉。运营商则会从5G网络管道向边去拓展,这两个都是无可厚非的,从两个不同的角度做边缘计算。

首先看从网的角度看,传统的入云专网开通效率较慢,但是随着5G专网,5G切片新的入云形态的发生,应用用5G和云网一体化来解决方案,就可以解决最后一公里传统专线复杂的开通难题,凸显5G无线连接灵活的开通优势。酷睿5G端到端切片服务可以在灵活性上、逻辑的安全性上给客户更好的保障;与此同时在网开通的过程中,用户也会有一些云的需求的代入,这也是运营商要从入云方式向MEC边缘转型的驱动力。

另外我们从云服务商角度看,近两年很多国外运营商也都在积极布局5G和边缘云的结合,比如Version与亚马逊AWS联姻,aws通过Wavelength产品将存储和计算能力嵌入在电信运营商的 5G 网络中,将亚马逊云服务扩展到全球 5G 边缘网络位置,更好的满足用户的体验。AT&T今年上半年也在布局这方面,希望与微软联合拓展其的2B 的5G市场,同时Azure也会借力AT&T在toC这部分拓展能力的融合。可以看出云服务和运营商在5G边缘计算的领域上,未来在战略上和策略上有一定的竞合关系。

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看完了由网切入边缘计算,我们再看看从云角度的发展趋势。Gartner曾反复强调分布式云是云计算未来主要的发展模式和发展方向。分布式云里有一个很显著的特点,就是会带有边缘特性。如何来看这种分布式云的策略呢?可以分两个阶段来看。

第一个阶段,分布式云从中心云到边缘的同类的混合。就是在分布式云架构中,首先在边缘准备好的情况下,应用传统同栈技术去实现,这样其实是强化了企业的私有云概念,推动公私有云混合去实现分布式云。

第二个阶段,随着边缘点的增多,多厂家和多云服务商加入,多云管理就成为了必然。很多企业使用云服务商选择的过程中,为了防止绑定会选择不同的云服务商。边缘部署的时候可能既会部署在客户自己的企业侧,也可以部署在云服务商下沉的服务商侧,当然这个过程更多是通用节点的部署。企业在选择多云服务商的过程中,在有很多分支机构的情况下也希望选择到不同的云服务商,能够互通连接。这样就需要企业能按照统一的标准,实现各云服务商资源互通,云网互通,保证单一云服务的体验,这也是第二阶段多云混合情况下分布式云可能的形态。

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刚才我们提到分布式云里面会有边缘,这是很明显的特征。结合分布式云的部署和协同,边缘主要是两类场景:第一类是面向园区的,具有局域性的边缘场景;另外就是具有通用服务的,广域覆盖,共享专用的通用的边缘云服务。目前来看,第一阶段,当前大多数我们接触的客户来,园区场景业务是首先落地的情况,如智慧医院、智慧园区,包括封闭式的自动驾驶区域或者港口,这是很多客户会出现的边缘需求。

同时结合通用服务类的,比如说toB、toC的,高清直播、云游戏这些具有一定广域特征的业务都会近中期落地,如园区的远程工控,AR、VR、无人机场景。再远期就是真正要实现边边协同,实现通用式广域服务情况下,随着网的发展,随着边边技术的增强,未来会出现真正的自动驾驶,开放道路的自动驾驶或者云端机器人等丰富场景。

总结来看,结合产业上应用案例,商业落地都是以边缘局域场景、园区场景为突破,并结合泛视频业务也都下手通用场景。

第二部分介绍一下刚才提的趋势,在标准界、开源界是怎么定义分布式云、边缘云的标准进展情况。

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首先我也想先结合自己这么多年做标准,做开源的感悟,来分析一下标准和开源是怎么落地到应用的。很多新技术发展的初期,不管是分布式云还是5G、6G,发展初期标准要做的事情就是要挖掘需求,要定义它是什么,给出参考的架构,这是标准能做到的前期WHAT引领工作。

标准定义成型过程中,在行业中或者很多企业的实践中,会思考怎么实现它,如何做。这时就有很多开源项目产生,社会码农的力量会结合更具体的需求和场景去形成一个个解决方案,并用开源的HOW的方式把它部分贡献出来,以此促进整个产业结合标准的成熟。在这个过程中,我们标准和开源怎么能够落地应用,这种其实有两条路径:一、标准的应用除了前期定义它是什么,后期标准应用,特别像云计算、边缘计算,更多是做一些评估的使用。首先它在定义what的时候会看符合度,符不符合技术能力要求。

第二应用到一定阶段的时候要Evaluate他的成熟度水平什么样,这是标准大多数落地应用的场景。还有开源的项目,大部分是为了促进IT技术的成熟,在开源生态促进过程中,通过兼容性符合度的认证,如版本评估等,这种是目前CNCF、Openstack等开源基金会的玩法。所以从标准到开源,从落地应用到产业化推进,都是通过评估这个方式去解决的。所以我们后面讲标准和开源的时候,会先来看看分布式云和边缘云标准是怎么定义的,目前有哪些开源实现,再考虑如何评估。

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首先我们看一下分布式云,因为我也是多年ITU-T的标准编辑人。Gartner提出分布式云概念是在2019年,实际上分布式云立项在ITU上一个研究周期,2016年左右就立项了。真正分布式云高层的需求以及它的定义、标准发布是2019年底。分布式云显著的特点,是分布式的云能力,它包含边缘侧的低时延和实时处理的能力,并用虚拟方式提供出来。

标准里也提到了在分布式云的四种逻辑部署模型,因为标准是很上位的概念,会把分布式云部署的所有架构包含进去。分布式云把云的分类型,分成core cloud(核心云)、regional cloud(区域云)、edge cloud(边缘云)三层逻辑。第一个模型是传统云的架构,只包含核心云。第二个模型要求部署云的时候要把核心云和区域云的配置统一协同。第三个模型是Edge更靠近区域云,需要逐层把云服务推到边缘,进行低时延的处理。在这个模型我们可以举一个例子,比如说我们很多AI场景就会在core这里面做模型的训练,把一些训练的规则在regional 当中部署,真正要做推理和实施的时候,会在Edge上提高它的实时性。

结合ITU-T已发布的Y.3508分布式云高层需求,中国移动也在牵头研究制定更细化的标准。比如说我们可以看到分布式云里的特点有一个边缘,边缘的管理是怎么做的?如何与核心协同?是非常重要的,因此我们正在结合边缘的自治等特性推进边缘云管理需求的标准Y.ccecm。同时在架构上集中的云怎么去协同各层云,分布式云的功能架构如何,哪些功能在哪里做,也是我们正在研究制定的标准Y. CCDCFA。这些标准预计会在两年完成,以上是ITU方面的分布式云标准情况。

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边缘云在国内标准的进展比较分散。首先信标委云计算体系标准比较聚焦,目标比较明确。第一个是去年阿里牵头的云计算通用技术标准,今年会推进国标。第二个2020年中,中国移动牵头立项的边缘度成熟度的标准。我们想通过做边缘云能力分级评估的标准,推进边缘云的成熟,目前该标准业界关注度也比较高,每次有很多标准专家一块参与讨论,贡献智慧。

另外在CCSA的行标线条其切入点很多,比如说OTT的角度、工业互联网的角度,所以在CCSA里,TC3,TC5,TC6各个工作组都有关于边缘云的标准制定。云计算工作组里今年也在做5G MEC的行业标准制定,包括分布式云、分布式云的运维管理、云边协同相关的标准。另外工业互联网也有特设工作组T8,做了行标和研究报告的制定。可以看到边缘的标准在行标里研究报告比较多,分布在四个工作组,相对来说比较散,在行业内有一定的影响力,但是影响范围有限。

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看完了标准我们来看看开源,边缘计算的领域开源项目繁花似锦。结合开源的轻量化和资源受限特点,大多数基于K8S衍生去做的,比如说百度的,阿里的,腾讯云这些边缘开源项目,除了百度是自己的自成体系的之外,大多数围绕着K8S。很多开源项目之所以要做开源,其核心驱动是云服务商要实现自上而下的生态,或者希望通过Edge上的开源实现与集中云的协同,基于开源架构聚力更多应用在上面实现。

所以说开源的实现一方面某些头部公司的策略,另外一方面也切实繁荣了边缘云整个从标准到开源的实现,让解决方案有了更多的选择。

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刚才讲到了定义what和how的方式,我们再来看看用于Evaluate的成熟度模型。云计算标准的行标、国标都比较成熟了,发展了近十年。在2017年、2018年的时候我们从公司层面遇到一个问题,就是云计算的技术和服务应用后如何评价其效果,因我们制定了一套科学全面的评估指标体系和方法,按照“四域、三维、五级”去定义。

我们从云规划(CCMM)、云服务管理(CSMM)、云资源提供(CRMM)、云安全(CSEMM)四大模块定义了很多定性、定量的指标,用于评估其技术、管理和效果。我们要评估一个云好不好不仅看它的技术实现怎么样,管理怎么样,更需要包括最后应用的效果怎么样。结合综合效果我们将云计算水平划分为五个成熟度等级:从L1离散孤岛开始所有业务是分散的,局部的,到L2分层解耦,到L3服务导向,除了技术上准备好了还要建立自己的运营体系,面向一个业务、共享基础架构架构进行监控。

再往上是L4的能力体系构建阶段,通过从业务侧沉淀更多云服务能力,实现云技术栈的厚化和架构的解耦。最立项和成熟的阶段是服务融合,能够实现从业务到平台量好的互动协同效果。这是我们在定义的标准和模型之前同行们都有的困惑,所以我也分享出来写了一些书《企业私有云建设指南》,大家感兴趣可以去详细了解,能不同行业同仁们的云计算从业者可以借鉴。

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说完云计算的成熟度评估,自然而然想到边缘云。边缘云现在处于行业发展的初期,我们什么时候可以去做它的分级成熟度评估?其实我在做这件事的时候也在思考,做云计算成熟度评估的时候已经是技术成熟应用的后评估的阶段了,但是如果在边缘云初期做这件事,好处可能是通过边缘云的能力成熟度分级定义,能更好的能够促进业务和边缘平台解决方案之间的协同,促进产业共同繁荣。之前我们也跟电子标准院一起牵头立项了边缘云成熟度评估,主要是评估边缘云能力建设,边缘云服务能力和解决方案能力,运维能力等几个维度进行一些评价依据的研制。
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目前这个标准还在研制中,也欢迎感兴趣的专家一起来研讨。我们当时定义这个成熟度模型也参考了云计算成熟度模型,边缘云能力成熟度模型ECMM由边缘云能力维度、能力评价维度、能力成熟度等级三个维度构成。边缘云能力维度分为解决方案、服务交付和运营维护三大能力,还会有安全,这四大模块进行评估。每个模块里也按照技术管理和效果维度制定定量和定性指标去描述,最终我们希望能够把边缘云的能力等级从初始级到卓越级的提升。高端的进阶通过方案个性化、技术全面化、管理清晰化、交付自动化、应用丰富化逐步实现的。这个过程因为研讨分的模块比较多,我们当时也在详细梳理细化指标维度。面向的场景有刚才提到的边缘云有通用场景和局域场景覆盖解决方案(类似规划建设),服务交付,和面向客户的运营维护。

在这个过程中会有不同的技术要求,比如说解决方案层面会从边缘云机房、硬件、网络等不同能力进行技术评价;服务交付层面会从服务便利性、规划合理性方面进行评价。因为边缘很远端的,无人职守的要求会更高,也会对运维管理能力进行评价,包括安全也会做一些评价。

这是大概的框架图,标准也在制定过程中,简单举一个我们当前的思路和例子。

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比如说在解决方案里网络的能力,如何划分这五个等级呢?初期可能是技术层面,边缘节点如果是单应用的话,只要打通单个边缘节点就可以了。技术级可能要支持一些防火墙、VPN自动开通能力,包括支持租户的能力。还有从管理上就会逐渐建立一些规划的团队,维护的人员团队,效果上面向的等级越来越高,自动化开通时间越来越短。管理上通过管理人员和流程的配备上,技术上是从单一网络开通到最后模块化的开通,包括网络复杂度的开通,比如说多少台服务器组网要求等。当然这是网络解决方案上初步的定义,后面还有云服务交付,还有运营管理,都会有不同分级能力去讨论。

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第三部分分享一下中国移动在边缘云这两年的实践。刚才我们说到云服务商是从云做边,运营商是从管做边。中国移动首先是运营商,同时中国移动也有云战略,有自己的移动云,所以我们在做边缘计算发展过程中强调云边网协同,构建5G业务发展的新态势。

我们移动云边缘云下沉能力,和5GC、边缘UPF下沉这些共同融合了网边一体协同能力。实现运营协同(统一的云网入口),能力的协同(包括云能力和网能力的协同),算力协同(UPF的计算资源与边缘的计算资源协同),调度协同(云边协同的时候服务可以直接下来地可以选到合适的位置),还有感知协同(从网的层面也在做一些CAN的算力感知网络,希望在网络层可以做一些感知协同)。

为了落实这五大协同目标,研究院也做了很多落地举措,比如说推动整个边缘计算落地应用时,构建了边缘云从基础设施到管理平台和边缘业务的企标体系。在协同式产品研发中我们也做了开放式的UPF研发,和OpenSigma的边缘计算产品原型研发。因为要聚力生态,引入多种应用我们也做了边缘的孵化器,已有四个省公司去落地孵化。包括工控,车联网等丰富的场景,拓展新业务的孵化。

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中国移动希望通过产业的开放,标准的开源,一起快速构建平台能力和应用生态。并在这个过程中积极进行试点探索和商业模式探索,2018年我们建立了边缘开放实验室,面向智慧城市、智慧工控、AR、VR和车联网几大领域做了重点试验。开放领域中我们会引入很多IT、OT、CT的能力,去赋能百行百业。

行业标准里我们主导了边缘云管理需求框架,边缘云架构,分布式云的架构,在国内也参与主导一些信标委牵头的边缘能力模型和通用技术要求,当然企标是我们做商用建设中必须要做的事情。开源层面我们从边缘角度做了从边缘智能网卡,做了很多智能网卡加速项目。我们还成立了一个云原生paas平台项目,边缘侧不管是MEP还是边缘PaaS,甚至核心技术栈是通用的,我们也希望能结合电信的特性构建一些网络能力的封装开放和通用能力的封装开放。

2019年下半年我们陆续从网的角色和云的角色进行了试点,5G边缘计算我们已完成了6个省20个项目,覆盖应用包括了智慧园区、辅助交通、AR、VR场景;并且在边缘云项目里协同做CDN下沉的试点。因为考虑到CDN是最容易落地的场景,我们会结合CDN云部署AR、VR去协同使用资源。当前中国移动整个CDN已下沉到31个省,300多个地市,有丰富的机房资源和CDN资源,这些都是我们可以初期着手建设的一些点。

下面简单分享两个我们在试点中的案例。

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第一个是CDN云化,传统CDN是基于物理机存在的,计算和网络资源使用率非常低,既然我们的CDN已经下沉到地市区县了,具备了有高覆盖条件,因此我们希望通过CDN容器化的改造,能够把资源充分利用,能够发挥CDN的点来分流,推进广域边缘云节点能力的形成。我们在构建CDN试点过程中,也是最大程度利用CDN已有的资源,去构建承载APP的资源。

一方面从CDN的应用角度来说,我们是用CDN去运营业务,并在边缘云的角度协同运营。这个过程中CDN的机房协同建设比较容易,但由于公司CDN的平面比较多,因此我们推动CDN容器化的过程中做了很多跨厂家协同和验证测试的工作。

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第二个是自动辅助驾驶,因为我们真正开放道路的自动驾驶是中远期的,所以当前我们做的主要是半封闭道路的辅助驾驶的场景。我们和吉利合作,解决传统车载辅助驾驶需车载厚重的服务器的问题。

一方面是耗能增加,推广难度也很大,另一方面如果车企只是在局域场景,把应用端部署在企业私网里,带宽时延无法保障。因此我们我们做NSA和SA的两种方案的试点验证去解决以上两个问题。中国移动主要是SA,如果用NSA方式把它下沉,目前只能下沉到机房层面,大部分的车企做实时导航、媒体语音,服务端都还是布在企业私网里面,通过光纤连到应用端,做这样的网络分流,虽然有一定的效果,但是它的时延相对来说还是比较大。但是如果应用了5GSA组网,把UPF下沉到接入组网层面,车企应用迁到边缘机房,可在用户层面直接做好分流,访问服务器资源的时延也极大降低,能把时延降低到10—20毫秒左右,这还是很有效果的。我们未来也是希望结合5G和车企的对接,来降低时延,形成UPF+边缘IaaS解决方案的复制。

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最后有一些简单的思考,标准的应用是如何促进边缘云产业成熟度提升的?我觉得有两个维度。第一个是通过标准开展一些边缘测评的认证,共塑生态。刚才提到我们之所以要做边缘云成熟度分级标准,就是希望能通过分级的定义将平台的能力,边缘产品能力,服务能力,甚至运维能力,结合现在的实践案例维度开展分级评估,促进边缘能力和应用的协同成熟演进。另外从边缘应用的角度,刚才也提到很多边缘云的服务商都在基于开源项目下沉,开展比如说开放API认证,行业应用认证,以此来推进多行业多云基础设施情况下的兼容共用,联合打造共享生态。

因此从标准和开源去落地应用的角度来说,一方面做边缘云的分级评估认证,促进平台和应用协同;另一方面也可以考虑做基于开源项目API兼容、应用的认证。大家对我们提到的边缘成熟度模型感兴趣的话,欢迎加入我们,群策群力开展标准制定讨论,谢谢大家。

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