Edge Native Technical Architecture White Paper

Edge Native技术架构白皮书1.02021年2月 贡献单位（排名不分先后）：中国信息通信研究院中国移动通信集团公司研究院中国联合网络通信有限公司研究院中国电信股份有限公司研究院华为技术有限公司西安电子科技大学大陆智源科技（北京）有限公司云迅智能科技南京有限公司讯琥（上海）物联网科技有限公司青岛海尔工业智能研究院树根互联技术有限公司浙江九州云信息科技有限公司网络通信与安全紫金山实验室国网山东省电力公司青岛供电公司 CONTENTS目 录序言 ......................................................................................................................1前言 ......................................................................................................................2第1章 边缘计算发展现状及5G行业市场对边缘的需求 .................................31.1 边缘计算2.0及5G MEC ...........................................................................................................................31.2 5G MEC产业现状及价值呈现 .................................................................................................................51.3 5G MEC存在部分挑战 ..............................................................................................................................9第2章 Edge Native产业理念及主要能力 ....................................................102.1 Edge Native概念和产业价值 ...............................................................................................................102.2 Edge Native平台架构能力 ...................................................................................................................12第3章 Edge Native产业实践 ........................................................................173.1 EdgeGallery：Edge Native的开源实践 ............................................................................................173.2 基于Edge Native的中国移动OpenSigma平台实践 ...................................................................203.3 基于Edge Native的中国联通MEC平台实践 .................................................................................22第4章 行业探索和未来展望 ............................................................................23 序言1当前全球数字化浪潮蓬勃兴起，边缘计算通过就近提供计算、存储、传输等关键能力，加速赋能经济转型升级，已逐步成为计算体系的新方向、信息领域的新业态、产业转型的新平台，整体上处于高速增长阶段，受到了学术界和产业界的广泛关注。Gartner、IEEE等权威机构将边缘计算作为2020年十大技术方向，中国科学院和中国工程院在《2020研究前沿》、《全球工程前沿2020》中，将边缘计算列入信息领域十大技术前沿。据CB Insights预测，2023年全球边缘计算市场有望达到340亿美元。经过近年来的不断探索与培育，边缘计算正从概念普及加速走向务实部署。一方面通过工业互联网行动计划等工作的持续推动，边缘计算不断与行业需求相结合，创新应用实践不断涌现，场景覆盖日益广泛，形成了众多典型应用模式。例如，三一重工、格力、海尔、商飞等一批工业企业已开始利用边缘计算模式改变传统的制造方式。另一方面，边缘计算原生性技术不断涌现，Edge Native（边缘原生）技术概念加速孕育，极大拓展边缘计算创新空间。Edge Native是一个全新的概念，其通过边缘智能、边缘协同、边缘可信、算网融合等核心技术，满足各类应用敏捷联接、实时可靠、数据优化、应用智能等方面的关键需求。Edge Native技术将与云原生技术、边缘网络技术协同化演进，不断夯实边缘计算技术体系。针对Edge Native这一新兴技术方向，工业互联网产业联盟、边缘计算产业联盟、5G确定性网络产业联盟、EdgeGallery开源社区联合组织编写了《Edge Native 技术架构白皮书》，旨在总结Edge Native概念的内涵与外延、技术体系、产业实践，揭示Edge Native技术对产业数字化转型和新型基础设施建设的重要作用及赋能路径，为产业界推动Edge Native发展提供必要的参考。Edge Native的概念成熟与技术发展需要产业各方的共同参与，我们欢迎业界伙伴一起推进边缘计算原生技术的发展，实现边缘计算+行业的价值最大化，为制造强国和网络强国建设作出新的更大贡献！中国信息通信研究院院长、工业互联网产业联盟理事长、边缘计算产业联盟副理事长余晓晖余晓晖 自从ETSI 2015年提出MEC（Multi-access Edge Computing）概念后，边缘计算能力在电信领域的应用已经得到了长足的发展。但随着2020年5G行业应用的快速发展，当前的边缘计算能力在实际应用中体现出部分不足，无法完全满足各类行业场景的实际诉求。一个关键因素在于MEC平台无法完全独立于运营商5G网络之外，网络能力与计算能力两者必须相互协同以进一步提升方案效率。在这样的背景下，本白皮书提出面向未来网络演进的Edge Native理念以支持运营商与行业面向未来的行业数字化转型。本白皮书分为四个章节：第一章 边缘计算发展现状及5G行业市场边缘需求：边缘计算进入2.0，但 在5G MEC部署过程中仍然存在若干痛点。因此需要新的Edge Native理念；第二章 Edge Native产业理念及主要技术能力：Edge Native提供联接+计算的高效协同，是运营商网络以行业市场为主的中期目标架构。其中包含边缘编排、边缘智能、边缘安全等多种增强技术能力；第三章 Edge Native产业实践：当前主要有EdgeGallery开源社区、中国移动OpenSigma平台及中国联通MEC平台等主要实践；第四章 行业探索和未来展望：介绍边缘计算在智能工厂、机器人应用方面的行业实践，以及Edge Native未来展望和下一步计划。前 言2前言 Edge Native技术架构白皮书1.03边缘计算发展现状及5G行业市场对边缘的需求Edge Native产生的背景和需求01边缘计算2.0及5G MEC1.1边缘计算产业联盟（ECC）2017年发布的《边缘计算参考架构1.0》给出了边缘计算1.0定义。随着边缘计算产业的发展逐步从产业共识走向落地实践，边缘计算的主要落地形态、技术能力发展方向、软硬件平台的关键能力等问题逐渐成为产业界的关注焦点，边缘计算2.0应运而生。边缘计算2.0主要包括云边缘、边缘云和边缘网关三类落地形态；以“边云协同”和“边缘智能”为核心能力发展方向；软件平台需要考虑导入云理念、云架构、云技术，提供端到端实时、协同式智能、可信赖、可动态重置等能力；硬件平台需要考虑异构计算能力，如X86、ARM、GPU、NPU等。图1-1边缘计算2.0架构边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧，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，满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。终端边缘计算云计算边云协同/边缘智能边云协同/边缘智能制造矿山钢铁电力医疗媒体手机边缘网关AI云边缘AI边缘云/MECAI边云协同/边缘智能网络应用IoT应用行业应用网络平台IoT平台行业平台IaaS Edge Native技术架构白皮书1.04与云边缘相比，边缘云/MEC（以下统一简称MEC）同时具有电信联接和IT计算融合的特征。ETSI与3GPP均在架构中分别定义了MEC架构以及MEC在5G网络架构中的地位及功能。因此在上述三个边缘层次中，MEC是当前运营商5G网络中最为广泛部署的边缘节点设备。在架构上，5G MEC包括了5G网关UPF、边缘应用平台MEP、行业应用APP，以及虚拟化基础设施。在部署形态上，5G MEC作为一体式设备部署在靠近终端用户侧的边缘位置，提供大带宽、低时延的网络联接能力， AI、图像渲染等计算能力，以及面向行业的安全能力。基于MEC，5G行业场景可以最终降低终端的成本和管理复杂度，提升用户的体验。云边缘是中心云服务在边缘侧的延伸，逻辑上仍是中心云服务的一部分，主要的能力提供及核心业务逻辑的处理依赖于中心云服务或需要与中心云服务紧密协同。如华为云提供的IEF解决方案、阿里云提供的Link Edge解决方案、AWS提供的Outposts解决方案等均属于此类。边缘云是在边缘侧构建中小规模云服务或类云服务能力，主要的能力提供及核心业务逻辑的处理主要依赖于边缘侧自处理。如多接入边缘计算（MEC）、CDN。边缘网关以云化技术与能力重构原有嵌入式网关系统，并在边缘侧提供协议/接口转换、边缘计算等能力，部署在云侧的控制器提供边缘节点的资源调度、应用管理与业务编排等能力。云边缘边缘云/MEC边缘网关Edge Native产生的背景和需求 Edge Native技术架构白皮书1.055G MEC产业现状及价值呈现1.2据不完全统计，全球在2020年开展了超过5000个行业试点项目，其中约60%均涉及MEC部署。以中国三大运营商为例，已在40多个城市开展了100多个基于边缘计算的5G商业应用试点项目，覆盖了多个行业和应用场景，包括智慧工厂、矿山、能源等。2020年中国工业和信息化部的“绽放杯”5G应用大赛中，5G MEC的使用率达到43%，相比去年增长10个百分点，在参加总决赛的30个项目中，MEC的使用率超过80%，5G MEC已成为5G应用关键使能技术。图1-2 2020绽放杯总决赛MEC项目泛媒体2222313工业制造能源医疗交通矿山Edge Native产生的背景和需求2020绽放杯总决赛包含MEC项目占比超过80% Edge Native技术架构白皮书1.06MEC5G核心网代理5G传输射频单元基带处理单元基带处理单元射频单元5G传输5G传输环网矿山业务服务器（MEC备份可选）煤矿运营商5G核心网5G网络智慧工厂以