随着全球数字化浪潮的到来，5G、AI、大数据等新技术不断涌现。边缘计算正在兴起，成为新时代改变通信信息服务模式的关键创新之一。边缘计算被认为是 5G 与工业互联网、物联网等系统的重要结合点，有望带来更多的颠覆性业务模式。
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。它从边缘计算的位置、能力与价值等维度给出定义，在边缘计算产业发展的初期有效牵引产业共识，推动边缘计算产业的发展。
在网络架构领域，边缘计算产业联盟与网络5.0产业和技术创新联盟（N5A）联合成立边缘计算网络基础设施工作组（ECNI），ECNI联席主席、中国电信股份有限公司北京研究院中心主任雷波组织编写了业界首个《运营商边缘计算网络技术白皮书》，其中包括边缘计算网络与边缘计算关系、运营商MEC网络四大挑战六大关键点、边缘计算规模部署推动网络走向三大融合趋势（固移融合、运营商网与行业园区网融合、现场网络IT/OT融合）及七大关键需求、边缘计算网络技术体系（ECA/ECN/ECI），以及边缘计算网络未来技术六大发展趋势。
本周开始对该白皮书进行连载，以下为该白皮书的正文内容第二章
边缘计算的部署位置可以从地市延伸到客户现场，涉及了运营商网络、边缘数据中心网络以及客户现场网络等，会对多域的网络提出新的需求和挑战，例如时延、带宽、高并发等。总体来讲，边缘计算的部署对网络的影响主要包括三大场景：固移融合场景、园区网与运营商网络融合场景、现场边缘计算网络OT 与ICT 融合场景。
01
固移融合场景
1.1 范围
运营商边缘计算应支持移动网和固定网同时接入，多种接入方式可以为垂直行业提供灵活的网络接入以及高带宽、低时延的无缝连接承载网络。
移动网接入的边缘计算在距离用户最近的位置提供了业务本地化和边缘业务移动性能力，进一步减小业务时延，提高网络运营效率、提高业务分发以及改善终端用户体验等。其采用灵活的分布式网络体系结构，把服务能力和应用推进到网络边缘，极大地缩减了等待时间。智慧城市、远程手术、自动驾驶等为其主要应用场景。
移动网接入
固网接入的边缘计算是将业务节点和固网专用设备部署在一起，它帮助计算遍布在从端到边到云的各个环境，赋能万千行业，使业务在本地能进行闭环，大幅降低响应时延，缩减IDC 带宽成本的消耗。
固网接入
运营商通过边缘计算提供FMC 服务，需要边缘计算同时连接MBB 和FBB 网络，和两张网络上的云业务交互，其中5G 核心网实现用户面UPF 下沉，主要解决分流、计费、QoS、移动性管理等问题，5G 接入网实现控制面和数据面分离，实现灵活的扩展能力，固网则通过宽带接入设备BRAS/BRAS—UP 进行分流。
固移融合边缘计算
1.2 城市监控固移融合场景
城市监控是智慧城市的主要应用之一。传统的监控绝大多数是固定监控方式。通过在交通指示灯、路灯等设施安装摄像头实现对固定目标或一个有限监控区域的视频监控。因其部署位置固定，目前多采用固网接入的方式，可以有效保障其带宽以及视频流传输的稳定性。不过固定点监控不可避免地存在盲点。这就需要配合执法人员进行动态的全方位监控。一般通过为执法人员配备便携式摄像头等方式，实现执法的全过程监控以及追踪等功能。
虽然通过4G 接入的监控解决方案具有双向通话、轨迹记录及回传、认证核验、视频实时回传等优点，但是它的视角窄、不能实时对比，虽然视频可以实时回传，但流量费用高，一般只传轨迹。依托5G 网络的高带宽、低时延和多接入能力，摄像头可通过5G 网络接入到边缘计算节点中，减少目标出现在摄像头到执法者终端收到信息的时延，达到实时执法的目的。
通过固网和移动网的多接入承载，固定点监控和移动监控相互配合，可以对采集到的人像信息进行实时的处理，有效提高执法的时效性，降低大量视频数据对网络的冲击，降低上行网络带宽占用率，解决目前事后处理和搜索的诸多缺陷。
由于执法设备的不断升级，可以将真实的三维全景实时呈现，最大限度保留场景的真实性，对网络的带宽提出了更高的要求；另外，由于固定点监控和移动监控需要相互同步配合，对多种网络都提出了实时性的需求；最后，由于移动监控设备的位置不断变化，如何保证灵活的业务分流也是另一个需要研究的问题。
城市监控固移融合场景
1.3 对网络的需求
边缘计算固移融合对网络的诉求主要集中在移动网和固网共MEC 节点和平台，使得同一业务通过不同网络接入进来的流量可以在同一节点处理，保障时延以及带宽要求，增强互动性的体验。具体包括业务接入、分流、调度、异常切换、网络能力开放以及协同等方面。
» 固网和移动网络访问边缘计算业务的需求：支持通过不同网络接入的同一个业务，对多路网络的实时性、稳定性提出了新的需求，需要满足业务同步。
» 灵活的业务分流能力：网络需要能够灵活的基于用户 号码、目的IP、业务URL 等方式配置分流规则，将目标用户流量分流至边缘计算平台。
» 精准的业务调度：网络能够结合边缘计算分布、网络带宽、资源负荷和传输路径等因素选择最优路径，将业务调度至最合适的边缘计算平台。
» 可靠性：网络能够在边缘计算节点业务发生故障时，不再往异常边缘计算节点做业务分发，能够快速切换至其他节点，降低故障影响面。
» 网络能力开放：网络能够提供统一的 API 接口将边缘计算节点负荷、链路拥塞、用户位置等信息传递给业务侧调用。
» 网络边云协同：网络能够提供中心云和边缘云之间的资源、安全、应用、业务以及不同地域之间等多方面的协同。
02
园区网与运营商网络融合场景
2.1 范围
园区网和运营商网络融合是边缘计算常见的网络融合场景之一。园区网为行业客户在园区范围内提供网络连接，运营商网络为行业客户提供互联网接入和分流管道。同时，运营商网络或园区网可部署边缘计算节点，为用户提供数据服务等业务。
目前涉及园区网络和运营商网络的结构如上图所示，运营商大网主要包括4G/5G 无线网络、城域承载网、骨干承载网以及核心网。传统的云计算模式下，园区处理业务的能力有限，运营商网络只作为数据传输的管道，存在着如下问题：
» 业务时延较高：基于传统计算和网络模型下，将数据发送到云端，由云端的分析和处理系统对数据做处理，增加了系统处理的时延，无法满足一些园区业务的时延需求。
» 网络带宽占用大：传统的计算能力都放在云端，所有数据需要实时上传到云端，会造成网络负载过大，增加带宽压力。
» 数据安全隐私风险高：将数据上传到云端，网络线路过长，增加数据泄露和代码被劫持的风险。
» 园区WIFI信号不稳定，难以承载关键业务：园区网络一般部署 WIFI 系统，但WIFI 无法满足实时控制的要求，而且WIFI 在热点切换的过程中会导致丢包，容易受到建筑物墙体的阻碍，容易受到同频率电波的干扰和雷电天气等的影响，成为园区业务安全隐患。
园区网与运营商网络融合
随着企业应用的飞速发展，特别是随着5G 的部署，可以支持更多的大带宽、低时延、大容量业务，越来越多的园区需要部署运营商的5G 网络来支撑办公/ 生产业务运行；另外一方面，运营商网络可以延伸到园区，为园区边缘计算业务提供优质的网络连接和最近的边缘节点服务，因此边缘计算节点可以放置在运营商网络，省去用户边缘数据中心的建设成本。这种场景涉及了园区网与运营商网络融合，适用于一些通用的办公/ 生产业务，如园区人脸识别及智能门禁、视频监控、视频直播、数据采集分析等。
2.2 园区智能门禁场景
门禁是进入园区的第一道入口。目前很多企业仍然使用传统的人工登记的方式，严重影响了园区通行的效率。同时，园区门禁、大楼门禁、会议室门禁等多道验证也影响了园区内用户以及到访园区的访客体验。
为解决上述问题，可以在运营商接入机房部署边缘计算节点以及相应的业务，通过园区网络与运营商网络的融合来联动多道门禁，节省用户及访客到达某个具体会议室或办公室的时间，提高用户体验。
该方案下边缘计算节点部署在运营商机房，通过5G 定制化的网络或者固网方式与园区连接。运营商边缘计算节点实现人脸识别及车牌识别，并且结果联动来匹配客户，自动开关门以及接引至停车位。园区内部多道门禁在园区通过网络互联，并且可以互相通信，例如前台与电梯间同步识别结果，为VIP 客户自动安排电梯等待。
方案本身涉及多个网络领域的融合，如何保证业务准确的分流、保障网络的低时延和大带宽，如何满足不同网段的安全互信需求，以及如何实现跨域的网络管理和编排，都是需要考虑的关键问题。
2.3 对网络的需求
园区网和运营商大网融合为边缘计算请求者提供最近的边缘节点服务， 涉及了多行业的网络能力融合，对网络的互联、互通、互操作提出了需求。
互联：运营商网络提供专线业务，为园区网提供出口连接，使能园区网接入互联网以及实现多园区连接。运营商网络主要提供管道能力，不涉及企业生产/ 办公业务。
互通：运营商网络和园区网络，能够根据园区用户的生产/ 办公业务的区别，为业务提供差分化网络承载服务，如不同QoS 等。随着边缘计算下沉到企业园区网，促进加速企业业务进一步上云，企业生产/ 办公业务需要园区网和运营商网络结合为不同业务提供差分化服务。
互操作：园区和运营商网络可以进行更深层次的互动，例如园区网络可以调用运营商网络开放的网络能力接口；运营商可以动态地根据园区网络的实时需求调配接入的网络参数，或者由园区客户根据自身需求自行配置所使用的园区及运营商网络。
园区智能门禁场景
为实现园区网和运营商大网融合的互联、互通、互操作，需满足以下需求：
» 网络数据分流：研究边缘大网和园区数据网实现数据对接，大网如何将数据卸载到园区网中，实现一部分安全性要求高的业务不出园区。
» 实时连接性需求：避免路径绕转带来的额外时延，采用最短业务处理路径。
» 可靠性需求：一方面需要建立网络的保护机制，提高对网络故障的抵抗性。另一方面需要避免不稳定无线网络带来的风险。
» 增强网络API：大网边缘计算平台需要承载大量行业用户业务，针对行业用户的通用诉求来增强API 是大网能力的重要发展方向。
» 跨域管理：需要实现跨网络的协同管理，采用标准化的管理接口，通过对网元的抽象，做到园区网和运营商网络的资源统一调度，业务统一配置，故障统一定位。
» 安全：园区网和运营商大网需要通过防火墙做连接，以保证两端网络之间安全融合；在数据层面，需要通过边缘计算配置到园区网的路由，确保5G 数据面与园区网畅通。
03
现场边缘计算场景
3.1 范围
现场边缘计算是在生产现场部署的边缘计算技术体系，可以为生产现场提供智能化的网络接入以及高带宽、低时延的网络承载，并依靠开放可靠的连接、计算与存储资源，支持多生态业务在生产现场侧的灵活承载。
生产现场边缘计算的特点是将时延敏感的数据采集和控制功能、高带宽内容的存储以及应用程序放在更接近现场的位置，作为分布式云计算架构的有机组成部分。业务、数据等都在车间、工厂或园区内部运行处理，传统上较少涉及外网，主要集中在工厂内网的建设。尽管当前制造企业的网络部署方式多种多样，但传统上遵循了多层级方式建设，一般从上到下划分为企业办公网络、生产管理网络、过程控制网络以及现场I/O 网络，如下图所示。各层级根据不用的业务需求分别采用不同的网络协议进行构建，层次之间使用网关等设备进行互联。
现场边缘计算网络层级
企业办公网络用于企业各业务系统之间交换业务过程信息，是企业的骨干网络，承载ERP、以及网页、邮件、文件传输等IT 业务。企业办公网通常使用商用的交换机和路由器构建，采用标准以太网协议，并根据需要与互联网相连。
生产管理网络用于交换生产调度和执行信息，一般由MES、WMS 等系统组成，通常通过单向网闸或防火墙与过程控制网络相连，采集各种生产现场数据信息和状态信息，实现对生产过程的管理和优化；同时通过防火墙与企业办公网络相连，与上层业务系统（如ERP、PLM 等系统）交换产品信息、工艺信息、订单信息等。生产管理网络一般使用标准以太网协议构建。
过程控制网络为生产控制系统提供基础的网络设施，根据生产工艺的不同通常选用的控制系统包括DCS（分布式控制系统）、PLC（可编程逻辑控制器）、DNC（分布式数控系统）等。过程控制网络一般使用工业以太网或者各种现场总线协议进行构建，对网络的确定性、可靠性和实时性都有较高要求，最快可提供毫秒级的传输周期。主流的工业以太网协议提供实时与非实时两种业务通道，对于设
备之间具有实时性要求的传输业务，如控制指令等，通过实时通道进行；对于无实时性要求的业务，比如配置和管理指令等，则通过非实时通道进行。
现场I/O 网络主要实现对生产现场的信息采集，一般使用现场总线协议构建网络，有部分自动化水平比较高的企业正逐步使用工业无线和工业以太网在一定程度上代替现场总线。
3.2 设备实时智能检测场景
工业检测涉及了工业的生产、制造、维护等多个环节，是现场边缘计算的重要应用之一，边缘计算平台通过对现场设备的数据进行采集，实时反馈分析处理结果，一方面可以实现产品质量的视觉实时高精度高效率检测与持续优化，提高检测的准确率和实时性，进而促进生产效率的提升；另一方面可以在现场设备在运转状态下进行异常检测及损伤评估，从而确保生产过程的安全性和稳定性。
工业现场的高清相机、线阵相机实现产品的质量图像实时检测，并通过现场级网络将实时图像数据传输至边缘层进行智能检测分析，同时根据反馈结果实时操作。
边缘计算层接收来现场级网络的产品图像数据，基于人工智能算法模型进行实时分析决策。边缘计算层将数据经过聚合后通过管理/ 企业级网络上传到云平台，同时接收经过训练的数据处理模型进行更新，以优化检测精度并满足多样性产品的检测。
云平台接收来自边缘云聚合的数据信息，训练模型，将更新模型推送到边缘端，完成数据的分析和处理。
在智能检测场景中，检测的对象通常是现场作业的设备，会通过多种多样的现场协议接入，一方面，为了保障机器及人员安全，需要系统能够及时有效地反馈处理结果；另一方面，采集的数据已经由传统的结构化数据慢慢转变为非结构化数据，数据量增大，对网络的带宽也提出了更高的要求。另外，应用涉及了现场设备、边缘计算节点以及边缘云之间的多段网络，对跨域的网络管理以及自动化部署也提出了新的需求。
设备实时智能检测架构
3.3 对网络的需求
现场网络的总体发展趋势是OT 网络与IT 网络的融合，支撑新一代的网络技术融入到生产控制及管理的过程中。同时，不同的网络层级对指标及性能的需求有所不同。
企业级网络通信主要使用TCP/UDP 和IP 协议进行，主要关注的内容是网络的带宽，对实时性和可靠性的要求并不严格。
控制网和制造执行系统，是运行边缘计算业务的主要执行层。控制层为了提高实时性，实时通道将应用层数据直接加载到修改过的二层工业以太网帧中进行传输，而非实时通道为了提高兼容性，支持标准的TCP/UDP 和IP 协议，能够与普通以太网设备兼容；制造执行层通常用以太网构建，与控制网之间需满足安全隔离等需求。这几层网络主要关注确定性、实时性和可靠性。
传感/ 执行层包括总线、工业无线或使用私有网络协议的设备网（OT 网络），无法与标准以太网直接互联，必须通过网关或PLC 等设备进行转换。这部分网络对实时性和可靠性有非常高的要求，随着现场设备的升级，对带宽的要求也在逐步增高。
总的来讲，现场边缘计算网络需要满足以下几点需求：
» 异构终端接入需求：现场网络需要面对多种多样的设备，支持多种类的设备接口。
» 确定性时延及带宽需求：在时延方面，工业自动化控制通常分为运动控制和过程控制，运动控制通常要求时延在1ms 级别，过程控制要求时延在10ms~100ms级别；同时，确定性时延不仅要求低时延，还要求时延的抖动控制在一定范围内，通常为纳秒级；带宽方面，对于传统结构化数据的采集，要求在100kbps，对于非结构化数据的采集，例如视频等，要求在100mpbs以上。
» 可靠连接性需求：现场业务的丢包率根据不同的业务要求在10-6~10-9 范围内。
» 跨域协同和管理：需支持现场网络到企业网络各层级的协同和自动安装管理。
» 安全：工业界最关注的问题，在未来工业网络扁平化的趋势下，如何保障现场网络和企业网络的不同安全登记和需求，保障工业网络不受入侵、工业数据不被窃取是工业网络构建的基本要素。
另外，随着工业互联网的发展，现场边缘计算网络呈现出了 “IP 化、扁平化、无线化 灵活组网”的发展趋势。
» IP化：主要是指ECA，以实现从机器设备到IT系统的端到端互联，进而实现整个制造系统更大范围、深层次的数据交互与协同。
» 扁平化：包括两个方面，一是工厂OT系统将逐渐打破车间级、现场级分层次组网模式，智能机器之间将逐渐实现直接的横向互联；二是整个工厂管理控制系统扁平化，包括 IT 系统和 OT 系统部分功能融合，或通过工业云平台方式实现，实时控制功能下沉到智能机器。
» 无线化：利用各种无线技术支持企业内更加广泛的信息采集与传送，消除 “信息死角”。随着产业互联网的发展，无线技术将逐步成为有线网络的重要补充，但还需要解决电磁信道干扰、低功耗、可靠性等关键问题。
» 灵活组网：面向柔性生产的需要，通过网络资源的动态调整，实现生产过程的灵活组织及生产设备的“即插即用”。
04
小结
边缘计算网络涉及现场网络、园区网络以及运营商接入/汇聚网络等多域边缘计算网络，从网络的架构、性能等多方面提出了更高的需求。
不同的边缘计算业务对网络的范围、性能等需求各异，对于固移融合业务场景，需满足移动网络和固网同时访问边缘计算业务的需求，以及低时延、高可靠性连接需求，实现无缝业务体验。对于运营商网络和园区网络融合场景，需求主要集中在新型移动网络技术如5G 的接入以及网络的互联、互通、互操作；对于现场边缘计算网络，需求主要是OT 网络与IT 网络的融合以及现场业务的确定、实时、可靠和安全需求；
总体来讲，边缘计算对网络的需求可以总结为以下几个方面：
1) 支持业务通过固网或移动网的多接入需求。
2) 满足边缘计算的可靠连接性需求，无绕行网络。
3) 支持网络边云协同/ 跨域边云协同。
4) 支持算力按需调度，选取最优节点处理业务的需求。
5) 运营商网络和园区网融合的互联互通互操作、以及安全互信需求。
6) 满足边缘计算的确定性时延/ 低时延、高带宽、高并发网络需求。
7) 支持现场异构接入网络。
