簡介：云原生和邊緣計(jì)算是近兩年都非?；鸬募夹g(shù)話題了，在第十屆云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用大會上，阿里云高級技術(shù)專家熊鷹分享了《基于融合、協(xié)同系統(tǒng)的邊緣云原生架構(gòu)演進(jìn)和實(shí)踐》，希望通過介紹現(xiàn)在阿里云在邊緣計(jì)算和邊緣云原生這些技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)，讓大家了解到業(yè)務(wù)在云原生和邊緣計(jì)算結(jié)合場景下落地的一些思考。

云原生和邊緣計(jì)算是近兩年都非?；鸬募夹g(shù)話題了，在第十屆云計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)和應(yīng)用大會上，阿里云高級技術(shù)專家熊鷹分享了《基于融合、協(xié)同系統(tǒng)的邊緣云原生架構(gòu)演進(jìn)和實(shí)踐》，希望通過介紹現(xiàn)在阿里云在邊緣計(jì)算和邊緣云原生這些技術(shù)領(lǐng)域的系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)，讓大家了解到業(yè)務(wù)在云原生和邊緣計(jì)算結(jié)合場景下落地的一些思考。

關(guān)注阿里云Edge Plus公眾號，回復(fù)“熊鷹”，獲得演講PPT材料

概述

近幾年邊緣計(jì)算發(fā)展非常迅猛，大家可以在各種標(biāo)準(zhǔn)和資料中看到各家對它的定義，這里對其中的幾個(gè)基礎(chǔ)概念做一個(gè)總結(jié)性的表述

【緣起】
邊緣計(jì)算概念的緣起，可以追溯到比較久遠(yuǎn)的時(shí)期，但是真正熱度興起，主要還是因?yàn)?G的發(fā)展；4G的發(fā)展使得移動互聯(lián)網(wǎng)大爆發(fā)，因此在5G時(shí)代邊緣計(jì)算被賦予了很大的期望，希望成為新的產(chǎn)業(yè)賽道；另一方面，5G標(biāo)準(zhǔn)3GPP里定義的的三大場景大帶寬、低延時(shí)、廣連接，從各個(gè)方面都會強(qiáng)化邊緣計(jì)算的應(yīng)用場景，而由此帶來的電信的基礎(chǔ)設(shè)施的改造，使計(jì)算可以進(jìn)一步下沉，從互聯(lián)網(wǎng)到核心網(wǎng)、進(jìn)一步下沉到接入網(wǎng)，計(jì)算正在一步步變得離用戶越來越近。

【定義】
關(guān)于邊緣計(jì)算的定義，身處不同的領(lǐng)域和角度，運(yùn)營商、云服務(wù)廠商、硬件廠商，各家對于邊緣計(jì)算的定義是不一樣的。在阿里云的邊緣云標(biāo)準(zhǔn)里，定義邊緣云為：在靠近終端（人和物）的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，提供分布式、可定義、可調(diào)度、標(biāo)準(zhǔn)開放且安全的計(jì)算平臺及服務(wù)。目標(biāo)是要拓展云的邊界，讓計(jì)算與連接離物更近，讓它作為萬物互聯(lián)的基石。

【特征】
與中心云來對比，邊緣的節(jié)點(diǎn)是分散的多級的，節(jié)點(diǎn)多而體量小，不止是區(qū)域級省級，還會下沉到地市級園區(qū)級，在5G場景里，更要下沉到接入網(wǎng)，云與邊、邊與邊之間的網(wǎng)絡(luò)可能都是互聯(lián)網(wǎng)通道。

【挑戰(zhàn)】
海量的、分布式的、異構(gòu)的邊緣節(jié)點(diǎn)資源特性，會給業(yè)務(wù)帶來巨大的挑戰(zhàn)：多個(gè)網(wǎng)絡(luò)入口，代表著統(tǒng)一的流量監(jiān)控和彈性伸縮策略是不可用；節(jié)點(diǎn)多而體量小，代表著單一集群的彈性弱，而全局的彈性強(qiáng)；海量節(jié)點(diǎn)的納管和互聯(lián)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，對于高可用、災(zāi)備、遷移等等都是大的沖擊。

總體來說，由于新基建的提出和布局，5G、物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)得到了廣泛的關(guān)注。5G的商業(yè)化和產(chǎn)業(yè)化進(jìn)程的加速，使底層基礎(chǔ)架構(gòu)更加的成熟，在今年已經(jīng)催生出了一大批新行業(yè)入場，云應(yīng)用、云游戲、互動娛樂、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)2.0等等，同時(shí)也在推動著整體技術(shù)架構(gòu)在迅速地變化和演進(jìn)。

基礎(chǔ)設(shè)施演進(jìn)

首先來介紹邊緣基礎(chǔ)設(shè)施的演進(jìn)情況，阿里云根據(jù)業(yè)務(wù)形態(tài)，定義了三個(gè)階段：

第一個(gè)階段為邊緣云就緒，在這個(gè)階段，用戶只是把運(yùn)行在物理機(jī)上面的應(yīng)用，遷移到虛擬化環(huán)境中，這個(gè)過程是以降低成本為主要驅(qū)動力的，用戶不再自建節(jié)點(diǎn)，將底層物理設(shè)施的運(yùn)維轉(zhuǎn)交給邊緣云處理，而應(yīng)用的開發(fā)和運(yùn)維方式并沒有非常不同。

第二個(gè)階段為邊緣云原生，用戶希望能再進(jìn)一步降低整體擁有成本，提升系統(tǒng)能力和研發(fā)效能，利用標(biāo)準(zhǔn)化、自動化的方式來管理資源、交付應(yīng)用、運(yùn)維系統(tǒng)，用戶基于K8S進(jìn)行深度開發(fā)和定制，將邊緣資源進(jìn)行一個(gè)整合，適配邊緣的特性，在之上開發(fā)搭建自己的PaaS平臺，以提供給內(nèi)部的業(yè)務(wù)使用。

大家對前兩個(gè)階段應(yīng)該很熟悉了，跟中心云的演進(jìn)過程很類似；

第三個(gè)階段為邊緣融合云原生，應(yīng)該算是一個(gè)比較新的概念，這是阿里云在實(shí)踐過程當(dāng)中，結(jié)合對用戶業(yè)務(wù)的思考，摸索出來定義的一個(gè)階段。

展開來講：邊緣的特性是分布式、資源小而多、網(wǎng)絡(luò)條件復(fù)雜，這樣用戶需要隨時(shí)關(guān)注基礎(chǔ)設(shè)施的穩(wěn)定性，并進(jìn)行業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)的切換和遷移；另外，彈性不強(qiáng)，那么用戶的業(yè)務(wù)也很難做到按需使用；另外，邊緣各種能力在技術(shù)架構(gòu)上的整合，也需要用戶更深入到K8S之中，具備定制開發(fā)能力?？偨Y(jié)來說，就是用戶需要感知底層資源、基礎(chǔ)設(shè)施，甚至庫存、水位、規(guī)劃等等情況，并且業(yè)務(wù)要下沉到邊緣的技術(shù)挑戰(zhàn)和難度都很大。在邊緣融合云原生里，帶給用戶的是，在邊緣也并不需要去關(guān)心底層基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)施，就能享受到彈性、高可用、按需使用的能力。邊緣融合云原生應(yīng)該將異構(gòu)資源、多集群、庫存水位的邊緣特性屏蔽；將資源調(diào)度、彈性伸縮、多級協(xié)同等方面的能力進(jìn)行沉淀和打通；利用云原生的良好的擴(kuò)展性，將資源、能力進(jìn)行抽象融合；同時(shí)還需要針對通用業(yè)務(wù)場景和新興業(yè)務(wù)場景，提供統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的接口封裝；將這些能力釋放給用戶。

系統(tǒng)架構(gòu)演進(jìn)

在技術(shù)架構(gòu)演進(jìn)實(shí)踐當(dāng)中，同樣按照剛才的思路進(jìn)行分層設(shè)計(jì)：
基礎(chǔ)設(shè)施層：具備異構(gòu)資源納管、多級網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)、融合存儲形態(tài)等能力，解決底層資源融合納管、融合生產(chǎn)、抽象屏蔽的問題；
云邊協(xié)同層：具備計(jì)算、存儲、網(wǎng)絡(luò)流動的能力，具備云邊、邊邊、多云的協(xié)同能力，解決各種能力和系統(tǒng)協(xié)同打通的問題；
平臺引擎層：具備邊緣云原生抽象集成能力，解決將資源、組件和應(yīng)用、調(diào)度、編排等能力集成融合的問題；
業(yè)務(wù)場景層：具備統(tǒng)一接口、業(yè)務(wù)沉淀、場景深化的能力，解決開發(fā)者生態(tài)閉環(huán)的問題。

可以預(yù)料到，隨著5G技術(shù)和基礎(chǔ)設(shè)施的持續(xù)演進(jìn)和完善，以及創(chuàng)新型業(yè)務(wù)的發(fā)展，系統(tǒng)架構(gòu)還會隨之進(jìn)行演進(jìn)和更迭。

紙上得來終覺淺，絕知此事要躬行。接下來，熊鷹通過介紹阿里云在實(shí)際業(yè)務(wù)實(shí)踐過程中的案例，來一一解讀各層的能力和設(shè)計(jì)。

應(yīng)用案例——無狀態(tài)應(yīng)用

該場景主要針對的是任務(wù)類的業(yè)務(wù)(例如壓測、撥測、離線轉(zhuǎn)碼任務(wù))、或者對等網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(P2P傳輸網(wǎng)絡(luò))等，這類業(yè)務(wù)，對彈性伸縮能力有較高要求、對成本有強(qiáng)烈的敏感度，但是對位置、高可用性等要求不高。由于邊緣單節(jié)點(diǎn)彈性能力弱，但是全局資源彈性強(qiáng)的特點(diǎn)，這種場景算是考驗(yàn)邊緣計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施能力的典型應(yīng)用場景。在架構(gòu)上，它是需要有一個(gè)對全局資源的一個(gè)統(tǒng)一庫存、融合調(diào)度、協(xié)同編排的能力：在計(jì)算形態(tài)上，要支持虛機(jī)、容器、安全容器等多種融合計(jì)算的形態(tài)來滿足不同場景的業(yè)務(wù)訴求；在資源庫存方面，要有一個(gè)融合的資源池；在調(diào)度和編排方面，也是有一個(gè)協(xié)同統(tǒng)一的調(diào)度能力；這樣就能很好的提供在事件觸發(fā)、流量突發(fā)場景下的彈性伸縮和按需使用的能力，也能讓用戶的使用成本大幅度降低。

應(yīng)用案例——有狀態(tài)應(yīng)用

這個(gè)場景，業(yè)務(wù)除了將計(jì)算和彈性托管以外，還將域名和調(diào)度托管了。另外，由于業(yè)務(wù)的復(fù)雜性，架構(gòu)上也日趨復(fù)雜。首先，在單集群內(nèi)，系統(tǒng)需要拆分為多個(gè)獨(dú)立工作的微服務(wù)；第二，多個(gè)微服務(wù)自身和之間，都有相互編排依賴的關(guān)系；第三，在云與邊(管控與業(yè)務(wù))、邊與邊(集群與集群)之間會有協(xié)同通信的需求；最后，再加上域名和流量調(diào)度、SLB、數(shù)據(jù)庫、中間件等通用能力和組件集成需求；從這個(gè)角度來看，在邊緣的應(yīng)用場景已經(jīng)不比在中心云里的應(yīng)用復(fù)雜度低了，同時(shí)還要加上邊緣的分布式、多集群、廣調(diào)度的特性；分布式云計(jì)算是對這個(gè)場景比較貼切的描述。

在架構(gòu)上都需要如何來解決業(yè)務(wù)的需求？最底層基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)施層，產(chǎn)品能力上，引入分布式SLB、分布式DB等；網(wǎng)絡(luò)能力上，加入了可編程可配置的云邊、邊邊覆蓋網(wǎng)絡(luò)能力；在協(xié)同層上，云邊協(xié)同、邊邊協(xié)同、流量和資源的動態(tài)平衡協(xié)同也是核心的能力；在引擎層上，需要有深度開發(fā)適配邊緣的云原生能力，像解決海量節(jié)點(diǎn)納管引入的K8S多集群管理聯(lián)邦能力、解決業(yè)務(wù)多租戶隔離的Virutal Cluster能力、解決微服務(wù)架構(gòu)中服務(wù)發(fā)現(xiàn)和協(xié)同通信的Service Mesh組件、適配邊緣虛擬網(wǎng)絡(luò)、虛擬存儲的CNI、CSI組件等等。

熊鷹："分布式云計(jì)算概念目前還沒有太多的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，一個(gè)復(fù)雜應(yīng)用要做成分布式，從中心下沉到邊緣，還需要做很多系統(tǒng)架構(gòu)改造適配的工作。這也是阿里云努力的方向，希望沉淀出更多的平臺能力出來，形成一個(gè)個(gè)開發(fā)生態(tài)的閉環(huán)，讓分布式云計(jì)算，也能輕松落地邊緣?！?/p>

應(yīng)用案例——終端上云

這個(gè)業(yè)務(wù)場景在今年非?；馃?#xff0c;典型是云游戲和云應(yīng)用這兩個(gè)領(lǐng)域。業(yè)務(wù)將運(yùn)行在終端上的系統(tǒng)或者應(yīng)用，托管到云端，以降低終端成本，也可以降低高質(zhì)量業(yè)務(wù)的可準(zhǔn)入門檻。在邊緣融合云原生里，這里會有一個(gè)根本性的概念轉(zhuǎn)變：從資源托管、應(yīng)用托管到設(shè)備托管、位置無感托管。在基礎(chǔ)設(shè)施層和引擎層，針對各類異構(gòu)資源將資源做初步的封裝，抽象出一層統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)的虛擬化的資源，提供安全和隔離的能力；在業(yè)務(wù)層上，再進(jìn)行一層封裝，將資源屬性屏蔽掉，不再提供資源的概念，取而代之的是設(shè)備的概念；同時(shí)，在協(xié)同層上加入了協(xié)同計(jì)算、協(xié)同存儲、協(xié)同網(wǎng)絡(luò)的能力，讓虛擬設(shè)備能夠流動起來。在業(yè)務(wù)上，不再能看到傳統(tǒng)意義上應(yīng)用和資源的概念，只能看到一個(gè)一個(gè)虛擬設(shè)備的管控能力，例如設(shè)備數(shù)據(jù)、設(shè)備應(yīng)用、設(shè)備調(diào)度等等。

這里強(qiáng)調(diào)一下數(shù)字孿生的概念，熊鷹表示：在萬物互聯(lián)時(shí)代，每一個(gè)物理終端的背后，最終都有一個(gè)影子終端在邊緣云上，或者是數(shù)據(jù)的載體，或者是系統(tǒng)的延伸。

應(yīng)用案例——超清視頻

這個(gè)場景還處在技術(shù)摸索的階段，是真正下沉到5G MEC節(jié)點(diǎn)的一個(gè)場景，希望能夠打造一個(gè)可復(fù)制的5G領(lǐng)域的通用技術(shù)架構(gòu)模型。這個(gè)場景里最關(guān)鍵是要能打通協(xié)同層和運(yùn)營商MEC系統(tǒng)的資源協(xié)同、流量調(diào)度、網(wǎng)絡(luò)分流協(xié)同的能力。5G/MEC時(shí)代算力的持續(xù)下沉，到接入網(wǎng)，到MEC節(jié)點(diǎn)，通用協(xié)議如DNS協(xié)議會無法滿足精準(zhǔn)的調(diào)度需求；一方面調(diào)度將會需要根據(jù)終端的精確地域信息來決策，另一方面也要根據(jù)業(yè)務(wù)的需求場景來進(jìn)行決策；例如，對于定位、AR/VR等極高實(shí)時(shí)性的業(yè)務(wù)，會放在接入機(jī)房來滿足實(shí)時(shí)性的要求；視頻分析等高傳輸帶寬節(jié)省業(yè)務(wù)和云游戲較高實(shí)時(shí)性業(yè)務(wù)，會放在匯聚機(jī)房，兼顧功能和實(shí)時(shí)性的需求；而重計(jì)算/大存儲的業(yè)務(wù)放在重匯聚機(jī)房或核心機(jī)房；多級計(jì)算、多級網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)能讓整個(gè)系統(tǒng)的能力更加強(qiáng)大和豐富。

邊緣融合云原生希望在兼顧業(yè)務(wù)時(shí)延、計(jì)算能力等需求的基礎(chǔ)上，能分場景靈活的選擇業(yè)務(wù)的部署位置，來滿足各類業(yè)務(wù)的需求。當(dāng)然，這些能力應(yīng)該是封裝抽象提供給上層，用戶和業(yè)務(wù)是不應(yīng)該感知到底層基礎(chǔ)架構(gòu)設(shè)施的復(fù)雜性的。

總結(jié)

5G時(shí)代，終端上云、VR/AR、邊緣AI、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、智慧農(nóng)業(yè)的應(yīng)用場景將逐漸爆發(fā)起來；在一些專有領(lǐng)域內(nèi)，已經(jīng)有重量級的應(yīng)用場景落地；但是在通用互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)領(lǐng)域，真正的5G的Killer應(yīng)用還沒有出現(xiàn)，或者說真正的結(jié)合5G技術(shù)還有基礎(chǔ)設(shè)施的技術(shù)架構(gòu)還待演進(jìn)。熊鷹十分期待邊緣計(jì)算平臺能夠通過共建、合作的方式，將多級網(wǎng)絡(luò)里的資源融合調(diào)度起來，將云邊端真實(shí)打通協(xié)同，基于云原生技術(shù)，為行業(yè)提供開放的、標(biāo)準(zhǔn)的云邊協(xié)同、云網(wǎng)一體化能力，讓更多的應(yīng)用能輕松的下沉到邊緣，實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的時(shí)代。

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的融合、协同系统的边缘云原生架构演进和实践的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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