前言

5G來了。

云計(jì)算方興未艾，邊緣云計(jì)算還未具雛形，在5G元年的當(dāng)口，把5G和邊緣云計(jì)算放在了一起，筆者是不是在趕時髦？當(dāng)完成《云計(jì)算：規(guī)劃、實(shí)施、運(yùn)維》和《大數(shù)據(jù)：規(guī)劃、實(shí)施、運(yùn)維》兩本書的時候，雖覺得頗有樂趣，卻也深感吃力，曾發(fā)誓不再寫這類書了。云計(jì)算的本意是資源的復(fù)用，以提高效率，然而現(xiàn)在看到的卻是數(shù)據(jù)中心越建越多，各種“煙囪云”拔地而起，筆者內(nèi)心感到十分驚訝，甚至有些痛惜。不僅如此，目力所及相關(guān)作品的水準(zhǔn)，往往停留在朋友圈分享文章的層面上，正應(yīng)了評論互聯(lián)網(wǎng)時常說的：只有鏈接沒有答案（All cross references no answers）。面對這種狀況，筆者只能挽起袖子再次操刀了。

事實(shí)上，無論是5G，還是邊緣云計(jì)算，媒體都有著過高的渲染，以致對2022年市場規(guī)模給出了10多萬億元的驚人估值。不僅充斥著5G=IT的味道，甚至唱出了5G改變社會的高調(diào)，使得各路玩家絞盡腦汁地想要在5G邊緣云計(jì)算業(yè)務(wù)中開拓新市場。再極端一些，可能還會出現(xiàn)面對新東西的“國王的新衣綜合征”。在此大膽地引用筆者的朋友William Webb的說法：“5G是一個現(xiàn)實(shí)與愿望脫節(jié)的‘Myth’，其支持者都是為了各自的利益：學(xué)術(shù)界希望借此得到更多的科研經(jīng)費(fèi)；廠家借機(jī)來提升價格；運(yùn)營商擔(dān)心如果他不做會喪失競爭力；各國政府則以此作為政治噱頭……誰都不愿把這‘Myth’說穿�！�

這里，我們先試著探討5G究竟是什么、5G能做什么。在人們通常理解的5G帶來的移動端大帶寬、低時延、泛連接的背后，還隱藏著什么秘密？云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能和區(qū)塊鏈等新技術(shù)一波接著一波，5G邊緣云計(jì)算和這些技術(shù)是什么關(guān)系？5G會對哪些行業(yè)帶來深刻的影響？甚至，5G和讀者你之間會有怎樣的關(guān)系？

5G邊緣云計(jì)算系統(tǒng)的自治能力以及與其他系統(tǒng)的接口尤為重要，系統(tǒng)的架構(gòu)及任務(wù)分工（Tasks Partition）與協(xié)同編排（Orchestration）會使中心云與邊緣云出現(xiàn)緊耦合、松耦合和半松半緊耦合這些不同程度的耦合，并催生出一種全新的合眾計(jì)算范式（Computing Paradigm），即聯(lián)邦計(jì)算（Federated Computing）。5G的到來，不僅僅促進(jìn)了移動接入側(cè)網(wǎng)絡(luò)的進(jìn)步，更是在倒逼整個大網(wǎng)的升級改造，建成面向服務(wù)的未來網(wǎng)絡(luò)；不僅僅是邊緣算力的提升，更是計(jì)算范式的變化，合眾的聯(lián)邦計(jì)算將會成為主流并保持相當(dāng)長的時間；5G時代云計(jì)算的多數(shù)創(chuàng)新必然會出現(xiàn)在邊緣計(jì)算上，不夸張地說，5G時代的云計(jì)算就是邊緣云計(jì)算。

在技術(shù)層面上，相較于4G，試商用的5G頻率在高頻段提高到了28GHz附近，頻率的提高導(dǎo)致波長變短，進(jìn)入了毫米波的范圍。5G將4G的大規(guī)模天線陣列技術(shù)和波束賦形與毫米波配合使用，從而提升了天線增益。5G的同時同頻全雙工技術(shù)使得頻譜資源的使用更加靈活，而終端直通技術(shù)（Device to Device，D2D）則實(shí)現(xiàn)了終端之間的直接通信。5G采用低密度奇偶校驗(yàn)（LDPC）信道編碼，提高了數(shù)據(jù)傳輸速率，以C-RAN（Centralized Radio Access Network）架構(gòu)實(shí)現(xiàn)了集中化處理，使得5G系統(tǒng)的峰值速率提升了10~20倍，達(dá)到10~20Gbps；用戶體驗(yàn)速率提升了10~100倍，達(dá)到0.1~1Gbps；流量密度提升了100倍，達(dá)到10Tbps/km2；連接數(shù)密度提升了10倍，可接入設(shè)備數(shù)量達(dá)到100萬個/km2�？梢哉f，在移動應(yīng)用場景下，5G的優(yōu)越性是顯而易見的。但與此同時，5G場景也帶來了諸多新的挑戰(zhàn)。泛連接的終端將產(chǎn)生海量的數(shù)據(jù)，使得原有的大數(shù)據(jù)變得更大，從而對數(shù)據(jù)的處理能力提出了新的要求；從中心，到邊緣，再到器件的分層結(jié)構(gòu)所形成的復(fù)雜性，對運(yùn)維提出了更高的要求，并使得采用人工智能（AI）的方式來實(shí)現(xiàn)組網(wǎng)、重構(gòu)和運(yùn)維成為必然趨勢；安全作為一直存在的問題，對5G網(wǎng)絡(luò)邊緣而言，顯得格外突出，急需制定邊緣側(cè)的安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，而區(qū)塊鏈技術(shù)或?qū)⒊蔀槭鼓苷摺?/p>

邊緣計(jì)算（Edge Computing，EC）可謂是一個老話題。在云計(jì)算興起之前，幾乎所有的IT系統(tǒng)都是客戶側(cè)（On Premise）—貼近企業(yè)的計(jì)算。隨著端（User Equipment，UE）的“動中通”能力的提升，就有了移動邊緣計(jì)算（Mobile Edge Computing，MEC）。隨著端的接入技術(shù)的多元化，進(jìn)而有了多接入邊緣計(jì)算，同樣保留了英文縮寫MEC，但字母M代表的是多接入（Multi-access）。其中的接入方式可以為有線方式，也可以為無線的Lora、NB-IoT、Wi-Fi、4G等。5G邊緣云計(jì)算則是以5G為接入技術(shù)，以云的范式進(jìn)行的邊緣計(jì)算，即“Run edge computing in a cloud fashion”。

5G邊緣云計(jì)算將給產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)帶來諸多優(yōu)越性。5G具有增強(qiáng)型移動寬帶（eMBB）、大規(guī)模機(jī)器類型通信（mMTC）、超高可靠和低時延通信（uRLLC）的特性，可以惠及當(dāng)前各行各業(yè)，如新媒體、云游戲、智慧醫(yī)療、智能制造、智慧城市等。而要想讓5G真正發(fā)揮出優(yōu)勢，又離不開與云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術(shù)的深度融合。由此呈現(xiàn)出了“云就是網(wǎng)，網(wǎng)就是云，云網(wǎng)一體”的云聯(lián)網(wǎng)格局。這也再一次印證了筆者在美國工作過的Sun公司所倡導(dǎo)的“The Network is the computer”�？梢哉J(rèn)為，5G技術(shù)既是邊緣側(cè)無線通信技術(shù)的進(jìn)步，更是對核心網(wǎng)的挑戰(zhàn)。產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用正逼迫著整個網(wǎng)絡(luò)由IP“盡力而為”（Best Effort）的網(wǎng)絡(luò)向需要QoS（Quality of Service，服務(wù)質(zhì)量）保證的“確定性”網(wǎng)絡(luò)的方向升級改造。

在新媒體領(lǐng)域，不同于傳統(tǒng)的語音業(yè)務(wù)和常規(guī)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，更要求網(wǎng)絡(luò)能夠提供大帶寬、低時延、“動中通”的移動網(wǎng)絡(luò)。例如，在2019年兩會期間，中央廣播電視總臺首次使用專業(yè)級4K超高清視頻直播技術(shù)，并結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)資源及邊緣計(jì)算技術(shù)，確保滿足4K超高清視頻信號的傳輸要求，完成了畫質(zhì)更清晰、互動更流暢的會議報(bào)道。新的技術(shù)讓制作人員不僅可以回傳采訪的超高清視頻，還可以在云平臺上進(jìn)行節(jié)目內(nèi)容的直接編排與制作。

在游戲領(lǐng)域，通信網(wǎng)絡(luò)連接游戲終端的“最后一公里”成為云游戲的瓶頸。5G采用大規(guī)模天線陣列技術(shù)建造本地基站解決了“最后一公里”的連接問題，由邊緣機(jī)房中的云計(jì)算服務(wù)器承載云游戲服務(wù)端程序，保證了足夠高的數(shù)據(jù)傳輸速率和足夠短的響應(yīng)時間。云游戲有了5G邊緣云的助力，將會帶動消費(fèi)互聯(lián)網(wǎng)的升級。消費(fèi)者說的“建了半天的5G，就是打了個游戲”雖像是戲言，但云游戲確實(shí)最有可能成為率先具有清晰商業(yè)模式的領(lǐng)域。

在智慧醫(yī)療領(lǐng)域，以中國聯(lián)通為例，他們借助5G通信技術(shù)，成功實(shí)現(xiàn)了心臟介入手術(shù)的跨國展示，使得遠(yuǎn)在巴勒斯坦的醫(yī)療工作者可以在大屏幕上實(shí)時觀看青島阜外醫(yī)院進(jìn)行的心血管手術(shù)。整個直播期間畫面清晰無卡頓。更重要的是，5G邊緣云計(jì)算技術(shù)使得智慧健康真正上升為智慧醫(yī)療。它一方面提升了醫(yī)療供給，實(shí)現(xiàn)了患者和醫(yī)療資源的信息連接，更大程度地提高了醫(yī)療資源利用效率；另一方面，醫(yī)療數(shù)據(jù)的價值也將會被進(jìn)一步挖掘出來，產(chǎn)生新的基于5G邊緣云計(jì)算技術(shù)的移動醫(yī)療服務(wù)。

在智能制造領(lǐng)域，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)需要將傳感器、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算等新一代信息技術(shù)與制造業(yè)進(jìn)行深度的融合，而5G邊緣云計(jì)算技術(shù)非常適應(yīng)制造領(lǐng)域的大體量、毫秒級時延要求。例如，濰柴集團(tuán)搭建的數(shù)字工廠，利用5G及相關(guān)技術(shù)，打造了無人生產(chǎn)車間，將生產(chǎn)設(shè)備、物品直接連接到網(wǎng)絡(luò)中，實(shí)現(xiàn)了對生產(chǎn)現(xiàn)場的實(shí)時數(shù)據(jù)采集。與此同時，5G邊緣云計(jì)算技術(shù)也促進(jìn)了生產(chǎn)系統(tǒng)（Manufacture Execution System，MES）、供應(yīng)鏈系統(tǒng)（Supply Chain Management，SCM）、客戶關(guān)系管理系統(tǒng)（Customer Relationship Management，CRM）、企業(yè)資源計(jì)劃系統(tǒng)（Enterprise Resource Planning，ERP）等的重新分工與協(xié)同。

在智慧城市領(lǐng)域，5G邊緣云計(jì)算作為智慧城市發(fā)展的新引擎，將會推動城市現(xiàn)代化治理與運(yùn)營升級。城市中的人、物、景都將成為智能個體而被連接起來。5G邊緣云計(jì)算為城市智能個體提供隨時隨地的連接能力，進(jìn)而構(gòu)成了城市“數(shù)字孿生”。新加坡是智慧城市的典范，其以3C與3I，即“連接（Connect）、收集（Collect）和理解（Comprehend）”與“創(chuàng)新（Innovation）、整合（Integration）和國際化（Internationalization）”，作為建設(shè)原則。在5G邊緣云計(jì)算推動下，將有望出現(xiàn)更多的“虛擬新加坡”，通過先進(jìn)的建模技術(shù)為3C與3I注入靜態(tài)和動態(tài)的城市信息，賦能城市運(yùn)營，并形成多服務(wù)的閉環(huán)，為快速發(fā)展數(shù)字經(jīng)濟(jì)，助力智慧城市升級打下基礎(chǔ)。

離開應(yīng)用場景談技術(shù)是沒有意義的，而且把一種技術(shù)局限于某個例應(yīng)用上，也很難稱其為一個時代。事實(shí)上，類似上述列舉的案例還有很多，但必須指出，這些應(yīng)用還是比較初級的，5G邊緣云計(jì)算的商業(yè)模式需要我們進(jìn)一步認(rèn)真探索，其技術(shù)潛能尚有待釋放。技術(shù)促生新的應(yīng)用場景，新的應(yīng)用場景產(chǎn)生新的需求，新需求對技術(shù)提出更高的要求，倒逼著技術(shù)進(jìn)一步的發(fā)展，由此，技術(shù)和應(yīng)用就像是一對孿生子，兩者手拉手，相互促進(jìn)。

5G網(wǎng)絡(luò)中，毫米級波段的電磁波在介質(zhì)中的衰減加劇，波的繞射能力變差，這樣一來，現(xiàn)存的4G天線將不適用于5G網(wǎng)絡(luò)。為了獲得比較好的覆蓋和連接效果，5G的基站將越來越密集，這意味著大量的資金投入，這正應(yīng)了那句話：天下沒有免費(fèi)的午餐（Good stuff comes with a great price）。國內(nèi)要建設(shè)完整的5G網(wǎng)絡(luò)需要數(shù)百萬個5G宏站及上千萬個基站。即便將來5G基站的成本會下降，投資也要在萬億元級規(guī)模。為了達(dá)到端到端的效果，5G網(wǎng)絡(luò)部署中的傳輸網(wǎng)折合到單個基站上的成本也在萬元級。面對如此巨大的投資成本，非常需要對5G邊緣云的應(yīng)用場景進(jìn)行細(xì)致