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边缘计算的下一场革命:1+1>2?

2020-06-09 10:12:25 8次

你是否想过,在未来,流媒体视频会成为城市应急响应的重要工具。

在病人到达急诊室之前,医生护士通过高清视频就能初步诊断病情;警察可以通过这样的实时流评估紧急情况,再相应地派遣执法人员;交通控制系统自动调整信号灯,重新安排交通路线,来加快紧急车辆的行驶速度……

以上是Nicole Raimundo的设想,Raimundo是北卡罗来纳州Cary镇的首席信息官,目前正在为Cary的“智慧城市”项目实施此类功能。

从理论上讲,支持这些方案的技术已经到位,但是现有的无线网络仍然存在模糊、卡屏和掉线等问题。

不过,在2020年,三项无线技术将重新定义无线网络,这也可能会改变企业构建应用程序、管理数据、分配计算资源的方式。

边缘计算狂潮席卷

IDC预计,到2025年,全球每年将创造163 ZB的数据,是2016年的10倍左右。该研究公司还预计,其中四分之一的数据将实时生成,其中“物联网”设备将贡献95%的数据量。而实现边缘计算的基础设施也即将在这个好时机面市。

当然,在一个集中云或数据中心处理,存储如此大量的数据是不切实际的。这意味着需要更多的边缘计算平台更靠近传感器、摄像机、收银机、湿度计和数百个其他产生数据的设备。所以,5G、Wi-Fi 6和公民宽带无线电服务(CBRS),三个新兴无线协议应运而生,为分布式智能的实现助力。

不过,复杂性、安全性和管理问题能在新边缘模型问世之前被解决吗?

在此背景下,从云计算提供商到传统网络提供商和电信巨头,科技行业的许多领域都面临着巨大的风险。

虽然边缘计算的分布式性质与亚马逊和微软等云计算巨头成功驾驭的集中式处理模式相悖,但他们很快对此采取了相应措施;与此同时,Cisco和Juniper等网络提供商也看到了一个更大的基础设施市场;无线运营商和托管服务提供商也正在寻找机会,帮助企业构建新的边缘“结构”;虚拟化和管理系统供应商,如VMware和IBM以及众多初创公司,也将与边缘计算进行融合。

由于众人都预见到边缘计算将引起企业IT基础设施的大规模变革,从1月份Cisco在巴塞罗那的直播,到2月份举行的移动世界大会,以及4月份在加州圣何塞举行的物联网世界大会,这些行业会议都在围绕着边缘计算的主题。加州大学圣地亚哥分校首席信息官Vince Kellen说:“我们正处于一场大规模的分裂之中,各方力量都在推动中央集权和分权两个极端。”云还是首选,但网络如何将数据传递给云仅仅是人们的猜测。

追求线速的无线技术—5G

5G,几乎人人都有所耳闻,这是通过数字蜂窝网络进行通信的新国际标准,但是大多数人并不了解它为什么如此重要。该协议有三种不同版本:低频带,中频带和高频带,它们彼此之间不兼容。低频带网络仅在4G的基础上提高了速度,不过是第一个进入消费类手机的网络。

Packet的Smith预测无线应用将具有“零延迟和无限带宽”

Packet的Smith预测无线应用将具有“零延迟和无限带宽”

而激动人心的是5G高频段,它的频谱范围在20 GHz至100 GHz之间,这是从未应用于消费类手机的频段。5G高频段不仅能够实现惊人的速度,还能够将信号分割,并运行在同一物理网络基础设施上的多个虚拟化独立逻辑网络。

并且每个切片可以具有不同的特性,能用于特定的用途或组织,提供有保证的性能和极低的延迟。这解决了带宽共享使蜂窝网络性能不稳定的问题。

Packet Host Inc.(一家裸机云平台的开发商)首席执行官Zac Smith说,在5G网络下可以零延迟地运行应用程序,保证你的频谱不会被共享。

而且其连接速度非常快,每秒高达10Gbit。5G可能替代以太网布线,使数百万台计算机摆脱硬连线的束缚。

但是,高频段5G的信号不会传播很远,并且很容易被墙壁和树木阻挡。为了实现速度和低延迟,微蜂窝站之间的位置必须相距不超过500英尺,但这使网络扩建既费时又昂贵。在可预见的将来,根据使用情况,公共蜂窝数据网络将结合使用所有三种5G频段,以及它们的4G和3G前身,具体取决于使用场景。

电信服务提供商和制造商行业协会5G Americas总裁Chris Pearson表示,5G网络的商业部署始于去年,目前已有约50个实时网络。“但在2020年你会看到一个突飞猛进的增长,我们预计,到今年年底,全球的网络连接将超过10亿。”

Wi-Fi

Wi-Fi 6是无线协议的最新版本,通常在建筑物或受地理位置限制的共享空间中使用。与该标准兼容的设备已经推出了数月,预计明年价格会急剧下降。

Wi-Fi 6除了性能提升,也有一些新功能。与5G一样,Wi-Fi 6也实现了自己的网络切片形式,从而使信号可以专用于某些端点。由于带宽共享,Wi-Fi无法在一些速度和可靠性要求高的场合下使用,这也是困扰网络架构师多年的一个难题,Packet的Smith表示:“对于需要保证访问和性能的应用,Wi-Fi目前完全无法使用。”

新标准还提高了Wi-Fi接入点可以同时寻址的设备数量的阈值。与带宽切片结合使用时,可大大提高可靠性。Enterprise Strategy Group的分析师Bob Laliberte说:“与之前的版本相比,Wi-Fi 6在人口稠密地区方更有效。”

Edgeworx的Hopkins认为Wi-Fi 6将引入一类新型的IoT设备

Edgeworx的Hopkins认为Wi-Fi 6将引入一类新型的IoT设备

另外,新功能“无线LAN唤醒”允许在需要时唤醒网络上的设备,而不是始终保持连接状态,该功能可以大大提高传感器和其他端点设备的电池寿命。而目前,即使只是偶尔需要更新,端点也必须不断保持网络广播状态。边缘计算软件公司Edgeworx的首席执行官Kilton Hopkins说:“从电池寿命的角度来看,Wi-Fi 6改变了游戏规则。”

CBRS

第三个重要的新无线标准,即公民宽带无线电服务( Citizens Broadband Radio Service,CBRS),也是最鲜为人知的。CBRS涵盖了一系列未经许可的频谱,这些频谱最初是由美国国防部开发的,并于去年秋天批准用于商业用途。像Wi-Fi一样,CBRS适用于地理位置有限的区域,例如大学校园和运动场。

不过,它具有比Wi-Fi更大的容量、速度和范围。但更重要的是,CBRS可以用作5G的载体介质,这意味着企业可以在不许可商业频谱的情况下运行自己的5G网络,这在以前是不可能做到的。

新标准应使组织能够构建微网络,而不用去处理基站和信号共享带来的瓶颈问题。这些组织将成为微型云提供商,可以在本地处理大多数的服务,仅选择性地将数据发送到中央云。

在推动科技的进步同时,以公有云为代表的传统集中式的云计算模式积累了大量财富,但是,以边缘计算为代表的分布式云模式将会给前者带来强有力的挑战。

1 + 1 = 3

Celona的Dondurmacioglu:下一代无线采用者“不再考虑Wi-Fi,而是在准备更换布线。”

技术组合在一起的潜力是巨大的,边缘计算软件公司Edgeworx Inc.的首席执行官Kilton Hopkins说,例如,Wi-Fi 6的“无线LAN唤醒”可以显着降低功耗,从而将更多的情报存储在传感器和远程设备中,进而允许将更多的应用程序逻辑委派给那些设备。

同样,5G网络的速度和带宽将使许多计算机摆脱硬连线的束缚。拥护这些技术的公司表示,“没有寻找替代Wi-Fi,而是在准备更换布线。” Celona公司(一家基于5G构建企业应用程序的公司)的营销副总裁Ozer Dondurmacioglu说。

例如带宽划分、预留带宽之类的功能也挑战着数十年来的网络体系结构,“几年前,一切都建立在中心辐射模式下。”企业技术和供应链服务提供商World Wide Technology全球服务提供商部门的首席技术官Joe Wojtal说,“随着公共云和边缘计算的普及,这些网络实际上已经没有边界。”

IT咨询公司Global Elmeast的首席执行官Ken Zhang说:“在3G和4G网络中,应用程序和移动设备之间的服务质量只是差强人意,而现在,企业可以在给定的地理区域内建立自己的专用5G网络,而基站数量只需要10-20个。”

这种新基础架构之上的是软件定义网络(SDN)——统筹设备和服务的管理层的统称。SDN让管理员可以从中央管理点灵活地调配和管理服务,在不接触物理设备的情况下设置,更改,分段和关闭网络。

亚利桑那州立大学CIO Gonick:“极大地简化了运营开销。”

亚利桑那州立大学CIO Gonick:“极大地简化了运营开销。”

亚利桑那州立大学(Arizona State University,ASU)正在进行SDN,5G,Wi-Fi 6和CBRS的改造,预计该校可以保证数千台设备上高速度和高性能。

“我们正在研究虚拟网络、软件定义的编排和跨多个域的自动化,能够为每个客户提供高性能、低延迟、隐私和安全。”ASU企业网络架构师James McCabe说,他以前为美国国家航空航天局设计网络。

ASU的新网络能使该大学在中央集线器、本地处理器甚至智能设备上的负载分散开来。McCabe说:“我们有能力感知环境和传输。例如,智能摄像头能够解读视频信号,使校园警察能够在人群中检测,或者在炎热天气中识别过热人群。

新的网络将使大学成为云服务提供商和电信运营商。ASU已经在校园范围内部署了WhatsApp和Zoom视频会议等应用程序。它可以挖掘使用数据,以便更好地了解这些应用程序是如何应用的。

它还可以将其网络的专用部分用于应急响应、车队管理和科学实验等。“这是我们第一次虚拟化网络,并利用可分割的软件平台,”CIO Lev Gonick说。“这大大减少了运营成本。”

ASU还在扩展其网络,来供附近创新区的企业使用。Gonick说:“使用我们的网络来代替商业网络,可以为城镇节省大量成本。”

Cary镇的Raimundo发现了整合整个地区数据流的新方法

Cary镇的Raimundo发现了整合整个地区数据流的新方法

SDN还允许运营商通过应用程序接口公开网络服务,Cary镇的首席信息官Raimundo对此非常关注。她说:“当前的物联网解决方案往往非常单一,而如今我们关注的是新的生态系统——将所有这些数据集中到一个地方,并进行整体研究。”

这可以为穿越城镇的访客提供一致的服务,并有助于整个区域的应急响应。Cary镇与附近的Apex镇以及北卡罗莱纳州首府罗利(Raleigh)合作,采用一种协作的方法来监测雨水传感器,以便遇到洪水的城镇可以提醒下游邻居做好准备。

其目标是让摄像机感知即将到来的洪水,并触发警报,自动关闭受影响的道路并重新引导交通。这种网络可以通过API联合本地网络来构建。

结合CPRS、Wi-Fi 6和5G等技术的校园网,可以使企业成为自己的小型云提供商。例如,一个足球场的所有者可以专门为看台上的球迷建立一个私人5G网络,并提供增值内容,如收费的VR重播和互动游戏。体育场馆所有者有了一个内容交付网络,还成为了一个运营商,但这一切都无需向外部支付任何费用。

考虑到高度分散的网络的复杂性,企业可能会严重依赖技术提供商实现边缘计算。克莱姆森大学(Clemson University)首席信息官Russell Kaurloto表示:“我们的复杂性是多方面的,管理开销巨大。”所以,该组织正在调查使用CBRS,5G和Wi-Fi 6进行的网络改造,并希望技术提供商能帮助他们将网络简化。

客户端/服务器2.0

尽管下一代网络有望实现,但许多CIO仍持怀疑态度。在《华尔街日报》对IT领导者进行的一次年终非正式调查中,他们将5G标记为上一年最被夸大的技术之一。

Edgeworx的Hopkins说,毫无疑问,他们的态度反映出一定的战斗疲倦,但也可能是因为人们认为这些技术仅仅是现有技术的较快版本。他说:“如果他们认为5G只是带宽的升级,那当然不是革命。”“他们要知道,这是关于连接和消费的全新模型。”

加州大学圣地亚哥分校的Kellen认为,“集权和分权的力量都很大。”

加州大学圣地亚哥分校的Kellen认为,“集权和分权的力量都很大。”

在1990年代初期,一种称为“客户端/服务器(client/server)”的概念吸引了业界组织,并有望将集中式大型机计算分为服务器和PC网络。

但是其复杂性也一直是个问题。客户端/服务器本来应该比集中计算更便宜,更灵活,但是它从来没有达到过人们的预期,这在很大程度上是因为管理复杂和安全性问题。那边缘计算能否最终成为客户端/服务器2.0呢?

IBM Watson的IBM研究员兼首席技术官Rob High说:“但是这些产品的规模存在一定的价值风险。”“如果我们不能解决管理繁琐的问题,提供简便和廉价的价值,那么这些规模的成本可能大于它所带来的的价值。”

World Wide Technology的Wojtal对此也表示同意。他说:“没有人乐意做亏本买卖。”

也有人说,两者千差万别,不能拿来比较。一方面,客户机/服务器是在商业互联网提供一致传输层之前构思的,它严重依赖于Windows个人电脑,当时甚至连多任务都做不到。相比之下,新的边缘体系结构旨在将处理和逻辑分布在计算机和其他设备的多样和流动的网络中。

客户机/服务器也是公司大型机的替代品,多亏云计算的兴起,没有人再抨击集中处理了,相反的是,云被视为价值链中的一个重要部分,而智能设备将承担起在边缘筛选数据的责任。

ESG的Laliberte说:“那么企业重要的课题应该是如何部署最少的基础结构,来执行所需的分析,从而确保所有数据都发送到集中式数据湖、海洋或云中。”“企业不应将此视为一对一的情况,而应将这些技术无缝地协同工作。”

这种扁平的对等网络的设想,又唤起了人们对网格计算的回忆,这是20世纪90年代的一个从未达到人们预期的技术。网格是一种分布式处理结构,许多计算机并行处理复杂的问题。在当今高性能的计算环境中,它仍然很受欢迎。

去年秋天,加州大学圣地亚哥分校与威斯康星大学合作,将超过51,000个租用的图形处理单元结合在一起,并排成网格,用于分析南极表面以下的冰晶。实验证明,网格体系结构能够临时积累计算能力来应对重大问题。“我们现在看到网格计算的形式变得非常可行。” CIO Kellen说。

竞争纷纭

在云平台提供商的带领下,供应商的市场争夺战已经拉开帷幕。前三大运营商正在推动的本地云操作堆栈(AWS的Outposts、微软的Azure堆栈和谷歌的Anthos)都用作基站,可用于未来协调客户的边缘部署。

去年12月,AWS宣布了Wavelength服务,该服务可在5G网络的边缘提供其云计算和存储资源,AWS还与Verizon Communications建立了合作伙伴关系,并称这是众多电信联盟中的第一家。AWS还已开始推出“本地区域”,这些区域是小型卫星数据中心,用于速度要求高的应用程序。

微软与AT&T公司结盟,从AT&T的5G网络边缘位置提供Azure云服务。该公司在去年春季的Build开发者大会上宣布了一系列针对边缘计算的计划,并且专门针对IoT设备部署了Azure云版本。

到目前为止,谷歌已经将其战略锁定在其园区开发的Kubernetes容器协调器上,它被视为在边缘设备上运行云原生应用程序的关键技术。

另一方面,电信供应商可以从帮助客户建立自己的微型网络,甚至在地方一级提供云计算和数据服务中获益。World Wide Technologies的Wojtal说:“服务提供商在公共云提供商方面有优势,因为它们有直接连接到企业客户的设施。”

边缘计算还可能重新引发人们对服务器托管的兴趣,服务器托管已有数十年的历史,最初的设想是租用数据中心空间,现在,托管提供商作为低成本的网络中心,在企业中发挥着重要作用,他们可以连接地理受限的5G网络。

不仅如此,Cisco等传统网络公司都希望在数据中心、企业网络和其他边缘技术的开发等方面,继续保持中流砥柱的地位。

专家表示,建立下一代网络还需要时间,不想站在风口浪尖的CIO最好再等等。ESG的Laliberte建议:“先确保关键架构师和团队成员能受到有关技术的培训,再进行下一步。”

总的来说,通过有条不紊的行动,渐进式的升级,依靠技术提供商来承担繁重的工作,那么即使是视频电话,都终将形成一个在速度、适应性和可靠性上都前所未有的网络。

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