前言
边缘计算随着5g、iot、ai等相关技术演进越来引人瞩目,关于边缘计算的讨论也越来越多,但是涉及边缘计算的定义、边缘市场的规模、边缘技术的成熟度和边缘玩家的分布的系统性介绍却比较少,本文希望通过一系列的多角度分析,从边缘计算的定义、市场预测、技术架构和玩家分类,系统性的盘点边缘计算的不同维度,盘点中国边缘计算现状和未来。边缘计算随着5g、iot、ai等相关技术演进越来引人瞩目,关于边缘计算的讨论也越来越多,但是涉及边缘计算的定义、边缘市场的规模、边缘技术的成熟度和边缘玩家的分布的系统性介绍却比较少,本文希望通过一系列的多角度分析,从边缘计算的定义、市场预测、技术架构和玩家分类,系统性的盘点边缘计算的不同维度,盘点中国边缘计算现状和未来。
系列回顾
2020年边缘计算中文社区发表了《2020中国边缘计算产业研究》,通过一系列的多角度分析,从边缘计算的定义、市场预测、技术架构和玩家分类,系统性的盘点2020年边缘计算的不同维度,从定义、技术、市场三个角度盘点边缘计算现状和未来。第一章“边缘定义的真与假”主要从边缘计算的概念提出、完善和演进出发,分析不同机构对边缘计算的定义阐述,并总结出对边计算的定义。第二章 “边缘技术的重与轻”主要从边缘计算的实现出发,根据wan和pan网络的不同,对于“重边缘”和“轻边缘”进行分解,同时根据不同边缘垂直行业的技术成熟度,对于技术所处阶段进行了剖析。第三章 “边缘市场的大与小”,分析相关的国际预测数据,并针对一直缺少的中国市场规模,根据相关模型进行了一定程度的预测和展望,进而分析了华为、阿里巴巴、九州云、航天云网、海康威视、亮风台等在不同领域的典型的玩家。
在2021年,我们将从三大边缘交付模式分析出发,回顾2021年的产业玩家布局、国家引导趋势、行业落地进展、业务成本动向,展望2022年的趋势。
2021年边缘计算发展概述
从2014年边缘计算的首次提出,虽然边缘计算已经将近发展了7年的时间,但是一直处于概念演进、标准演进和落地形式探索的阶段。2021年,边缘计算的发展形态已经逐渐明朗,传统巨头和新兴企业沿着物联网、4g/5g、cdn的既有熟悉领域,逐步升级和跨越到了边缘设备(iot轻边缘)、边缘云(5g mec重边缘)和云边缘(cdn升级的重边缘)三大领域的竞争。
边缘计算发展回顾:
1、2014年
2014年,高通工程总裁(qualcomm vp of engineering)karim arabi 在ieee dac 2014 keynote 中,以及2015年的mit的mtl seminar的受邀演讲中,宽泛的定义边缘计算为云之外的在网络的边缘侧的所有计算,更具体的定义是云之外的需要实时数据处理的应用程序(instant data )。
2、2015年
etsi第一次提出了mec 的验证框架(proof of concept framework) ,经过近5年的演进,相关标准体系也逐渐清晰
3、2016年
forrester对边缘的定义包含了对wan和pan的理解,它对边缘计算的定义是”边缘计算和iot是一种将泛在连接扩展到物理世界的革命性技术”
4、2017年
gartner的提升了对edge computing这一领域的重视,gartner vp thomas j. bittman发表博客,认为”边缘将吃掉云” 。
5、2018年
gartner认为”从云到边缘”是被列为十大战略性科技发展趋势之一
6、2019年
边缘计算再一次登上gartner的趋势榜单
7、2019年
阿里云发布cdn进化的ens分布式云平台,腾讯发布边缘计算基础设施 ecm,中国联通mec正式商用,中国移动、中国电信相继在mec产业进行布局
8、2020年
中国联通5g mec 正式商用,成为全球第一家商用5g mec边缘平台
9、2020年
腾讯发布边缘接入和加速平台(tsec)、边缘计算机器(ecm)、物联网边缘计算平台(iecp)
10、2020年
由中国信息通信研究院、中国移动、中国联通、华为、腾讯、紫金山实验室、九州云和安恒信息等八家发起业界首个 5g 边缘计算开源平台 edgegallery
11、2021年
中国电信、中国联通、阿里云、百度云、腾讯云、京东云、ucloud、九州云、字节跳动、intel、浪潮、联想等单位发布了《“边缘计算 ”技术白皮书
2021年边缘计算的发展,我们将从交付形态、模式困境、攻守布局、行业落地和产业合围五个方面进行分析。
(一) 三分天下,三种边缘计算模式的定型
(二) 破茧前夜,边缘升华关键难点的突破
(三) 内外有别,cdn和5g mec的边缘攻守
(四) 能否绽放,行业落地1到n的挑战
( 五)分进合击,产业链条逐渐合围
一、三分天下:边缘计算模式的定型
在《2020中国边缘计算产业研究报告》的总结中,我们将边缘计算划分成了重边缘和轻边缘。在重边缘领域,还存在两种细分形态的交付模式:一种是运营商从5g演进角度发展的mec边缘云模式,另外一种是cdn服务延伸出来的云边缘模式。2021年是cdn云边缘、5g mec边缘云、边缘网关这三种交付形态的定型之年。
三种交付模式中,核心的区别在于形态的大小和网络的类型,以及由此导致的性能、覆盖性、易用性等方面的区别。
图 1 三种模式的优劣分析
cdn云边缘基于互联网访问,资源规模相对较大;5g mec边缘云依赖特殊5g upf的分流方式,中等规模资源;而边缘网关则更多通过工业协议、有线或者nb-iot的方式进行管理或者通信,资源一般按照一台或者多台pc机级别硬件组成。三种模式更多的区别如下表所示:
表格 1 三种模式的实现方式比较
cdn云边缘、5g mec边缘云和边缘网关三种模式不同特性,在具体落地场景上存在一定领域的重叠,cdn云边缘优势在于跨城市的加速,5g mec边缘云优势在于城市内加速和一定的空间覆盖性,但是需要进一步优化终端访问的成本和普适性(如人网的开通);边缘网关的优势在于制造领域的近端采集,但是在带宽和空间覆盖性上导致无法覆盖某些场景。
表格 2 典型业务场景下三种模式的适配分布(●最优方式 ○次优方式)
二、破茧前夜,边缘升华关键难点的突破
虽然三种边缘交付模式逐渐成熟,但是每种模式也存在各自的挑战,需要产业界面进一步在技术和生态上进行突破。
cdn云边缘的困局,在于机房“近在眼前”和网络“远在天边”的问题,在移动模式下物理距离近但是无法转成为网络距近,在延时、sla确定性和带宽成本上无法达到5g mec模式的能力。mec边缘云的挑战在于如何提供更便捷的用户体验,同时又能够符合5g的安全管理要求,以及面向2c领域、城市百万级别的手机(人网而非物网)的边缘访问开通。边缘网关的困局主要集中在解耦性和品牌分散。
表格 3 三种模式的挑战
面对这些挑战,三种模式也在2022年突破瓶颈可能的方式,cdn云边缘在移动模式难以突破的现实条件下,可以基于固网做更多优化。mec边缘云可以通过多种方式提升用户体验,并在2c端进行园区、学校、厂区级别(非城市级别)的人网开通尝试。iot边缘网关在5g模组成本逐渐降低情况下,可以通过集成5g终端模组提升空间覆盖性,同时提升上层应用和底层硬件的解耦性。
表格 4 2022年三种模式可能的突破模式
三、内外有别,cdn和5g mec的边缘攻守
在2021年,随着一批原cdn厂商借着边缘计算炒作的降温,以及5g的发展,越来越多分析机构、公有云厂商意识到利用5g网络通道和分流能力方面的优势,给于更多的关注和布局。同时,在5g mec边缘云布局的运营商,也通过优化自身自助服务、开放接口能力,打造类似公有云的开放性、便捷性和按需使用的模式。
cdn云边缘的优势在于城市间的加速,但是单个城市内区域性大流量和低延时问题无法有效解决,特别是在提供确定性的业务访问能力。cdn云边缘的代表模式,具体演进方式上,国内外厂商有一定区别。
forrester的边缘报告,一直以cdn厂商为主,fastly是领导者象限厂商之一。不过近期《forester now, the four edges of edge computing》(forrester , hopkins brian, 2021)的报告中,forrester也将边缘扩展到了包含5g mec 的provider edge和边缘网关的operations edge。我们选取fastly和国内阿里云ens的模式做一个对比,来说明cdn延伸的云边缘模式在体验上还处于初步发展阶段。
图 2 2021 forrester edge development platforms
国外厂商(如fastly)的交付模式和国内厂商(如阿里ens)有所差异。fastly edge serverless computer提供sdk和cli,只提供serverless的实例,不提供相关的实例操作界面。
图 3 fastly的 edge serverless computer
和fastly不同,阿里ens不提供sdk,在实例上更加丰富,支持serverless 和虚拟机模式,提供和公有云ecs类似的管理界面。
图 4 阿里云cdn与边缘服务中的ens服务
简单的说,阿里的模式相当于把公有云的ecs/eci 服务移植到了边缘,而fastly没有公有云的束缚,直接封装了云原生的发布方式。
我们从以上两个典型厂商的分析可以得出,cdn云边缘的服务还处于初步发展阶段,阿里云ens提供的城市集中或者城市分散模式,具备一定体验上的创新性,但是归根结底,这一模式还只是代表了跨城市之间的边缘加速。
cdn云边缘更大的问题在于,物理距离的缩短,没有形成网络距离(进而导致网络时延)的必然缩短,在车联网、手机等移动场景下,离确定性能、低延时和大带宽的城市内移动的边缘服务存在一定差距。
图 5 cdn云边缘:物理距离的缩短没有形成网络距离的必然缩短
cdn云边缘要利用5g的边缘性能,技术上是可以行的,一种实现方式是将5g upf的分流以lbo(local break out)模式、通过虚拟专线或者物理专线拉到cdn所在的idc机房,但是这种模式的产生两方面挑战:
• 安全挑战:5g网络管理上的挑战,运营商如何防止流量变相流失、5g暴露到公网如何安全如何防护等问题
• 商业博弈:更为根本性的挑战在于商业上的冲突,在这种模式下cdn将对运营商的5g的商业规划冲突。运营商一直想摆脱 “哑管道”模式,一旦这种分流模式开通,运营希望通过5g技术改变格局的策略将落空,可能重蹈4g模式下远离业务的“纯管道”、增量不增收的困局。
回顾2021年,我们看到了更多的公有云厂商在5g上的不同的节奏,既有进攻,也有停滞。国外厂商我们看到的更多的是进攻。12月1日 在aws re:invent 会议上,亚马逊宣布以预览版的形式推出“aws private 5g”aws推出的5g专网 (aws, 2021)。
图 6 aws 5g专网
但是在国内,我们看到的是一定程度的停滞。2021年阿里云的公开资料中,把重点转移到了4个基于边缘云ens的核心商业应用场景(cdn on ens、视图计算 on ens、云游戏 on ens以及云智能终端on ens)。然而回到两年前的2019年3月,阿里ens提出的1.0升级到2.0的规划中,进化核心却是就是引入5g mec。简单的说,经过两年的演进,阿里云ens往5g mec演进遇到了一定的停滞,把重心转移到了商业能力承载上。
图 7 2019年 阿里ens2.0的核心是引入5g mec
运营商的借助5g专网模式mec边缘云获得了一定的企业级市场之后,也开始着力解决5g mec用户体验和生态的问题,主要包括边缘应用生态的构建、独有5g边缘能力显示暴露(边缘分流、终端黑白名单、边缘api网关)、类似公有云ecsvpcebs的自助能力优化等,对标公有云用户体验提升mec的交付。
图 8 中国联通“5g入边”应用市场
运营商2021年,也基于自身公有云产品线,进军以cdn厂商主导的云边缘市场。不过这一领域运营商和公有云或者cdn厂商差异性不明显,未来竞争格局还存在极大的不确定性。
2021年云边缘(cdn)和边缘云(5g mec)厂商之间的攻守格局,有相互延伸、交错竞争的趋势。发展的核心在于,运营商” 5g带边(mec)”的拒守,和互联网厂商 “5g入边(cdn)”的渴求。这一拉锯目前局势尚未明朗,虽然运营商高层有拒绝再次沦为“哑管道“的清醒战略定力,以及在mec交付体验上持续优化,但互联网厂商具备资本助力下敏锐嗅觉,同时利用三大运营商间隙实现各个击破,或者借助各省诸侯业绩压力寻找区域性的局部破口,都是屡试不爽的突破方式。这一拉锯最终胜败的发展,还有待2022年的进一步观察。
四、能否绽放,行业落地1到n的挑战
2021年,中华人民共和国国民经济和社会发展第十四个五年规划和2035年远景目标纲要》提出要“构建基于5g的应用场景和产业生态”。工业和信息化部联合中央网信办、国家发展和改革委等9部门印发《5g应用“扬帆”行动计划(2021-2023年)》(工信部联通信〔2021〕77号,下称《行动计划》)对边缘产业的发展,对mec边缘云是个比较重要的利好信息。
图 9 5g扬帆行动计划关键性指标。来源:(赵小飞, 2021)
《行动计划》的主要目标,是在5g商用两年来的规模化发展期,基于从0到1的突破的样板间,持续推动5g实现从1到n的跨越,形成规模化的商品房。赋能5g应用重点领域,包含15个5g应用的细分领域和3大行动:
1.新型信息消费升级行动包括了2个领域(5g 信息消费和 5g 融合媒体)
2.行业融合应用深化行动包括9个领域(5g 工业互联网、 5g 车联网、5g 智慧物流、5g 智慧港口、5g 智能采矿、5g 智慧电力、5g 智能油气、5g 智慧农业、5g 智慧水利)
3.社会民生服务普惠行动包括4个领域(5g 智慧教育、5g 智慧医疗、5g 文化旅游、5g 智慧城市)。
在2021年“5g 工业互联网”领域的实践非常集中,相关案例也在过去几年的绽放杯比赛中,在2022年,“5g 智能采矿”、“5g 车联网”、“5g 智慧医疗”三个重点领域的突破值得关注。
• 5g 智能采矿:井下井上存在3g、4g、wifi、工业环网、uwb、voip甚至是小灵通等网络技术,在某西部产煤市近百个煤矿企业的统计中,全市近百个煤矿15%左右使用4g技术,80%左右采用2g/3g/小灵通/wifi等,5%左右大型煤矿在尝试融合5g技术。通过这些网络连接着瓦斯灾害监控、水文监测、顶板监测、主运输系统、排水自控、通风机、压风机等不同作业系统。煤矿矿井的网络的稳定性问题,容易造成煤矿系统的干扰、延迟、掉线等因素。5g边缘云可以在巷道监控、综采面监控、智能掘进面、机器人硐室自动巡检和ai预警方面发挥作用, iot边缘网关可以掘进面无人作业、远程控制等领域发挥能力。华为在2021年重点押注这一领域,任正非曾亲自到山西考察“智慧矿山”,随后华为成立了“煤矿军团”,旨在对智慧矿山模式进行重点突破。这一领域的主要挑战是包括井下特殊防爆配套的成熟、井下组网的稳定性和总体成本。
图 10 典型矿山场景图
• 5g 车联网:车联网、v2x、无人驾驶等技术,这几年在众多领域获得了发展,但是由于前几年5g能力在路测覆盖、车端预装都还没有成熟,因此大部分实践都存在三大局限:单车智能、有线路测数据融合和“云-端”架构。随着5g的普及和5g mec边缘技术的成熟,能够单车自动驾驶水平l2/l3级提升到具备车路协同的l4等级,将基于专线iot边缘网关的rsu改造成具备更大数据传输能力的5g rsu,将“云-端”架构进化成“云-边-端”架构,在精准地图、ai算力、ota应用和车路协同上具备更好的体验。这一领域的主要挑战是车侧的5g改造、车路数据的漫游同步和服务覆盖性问题。
•5g 智慧医疗:2021年的第四届“绽放杯”是最不同于往届一次大赛,在大赛方向上,更强调方案可复制性和推广性,也强调商业价值和社会价值。这次比赛中,医疗行业涌现众多案例,基于5g的眼耳鼻喉疾病远程诊断、疑难危重新生儿急救转诊、发热人群监测、核酸检测等项目都获得了一等奖。这些标杆性项目除了利用5g大带宽、低时延、移动性,5g的安全性和稳定性也在医疗领域的实践中,得到了体现和发挥。这一领域未来的主要挑战在于医联体跨域数据传输、医疗信息安全保障和医疗设备终端改造问题。
虽然有政策“人工催熟”重大利好,但是边缘计算真正的价值回归,还有赖于行业落地的“需求生长和深耕”。需求的挖掘、基于边缘计算的创新和价值落地,在2021年虽有所进展,在2021年将会更加深入。
五、分进合击,产业链逐渐合围
产业链的成熟最终的目标是实现价值回归,即符合落地客户的实际需要,同时相关产出高于投入。要实现这一目标有三个方面要素,包括相关服务模式的成熟度、成本的合理性和业务落地的价值体现。产品和服务的演进是一个动态的过程,我们把相关的模式,按照发展和演进的时间长度做了归类,大致可以看出不同模式的成熟程度。
• 发展超过3年或者3年以上的模式
1) 互联网公有云和运营商基于优势的布局:公有云基于优势布局cdn云边缘,面向 2c 的视频、游戏行业拓展业务,运营商则基于5g抓手拓展mec 边缘云,更多面向2b企业的数字化转型和升级。
2) 传统通信设备厂商布局5g mec :华为、中兴、爱立信和诺基亚几大主流核心网厂商根据自身核心网的优势,基于自身5g核心网延伸到边缘mec场景。
3) 开放软件商布局中立的5g mec:如专注开放架构的云计算厂商九州云,将业务扩展到“云 边”的模式,提供解耦、中立的5g mec平台和服务,以及积极拓展如智能亚运场馆、天津智能车路协同等垂直行业领域。
4) 物联网厂商/工控机向iot边缘网关进军:如航天云网、研华科技、涂鸦等,推出具备一定应用推送的边缘网关一体机。
• 发展2年左右的模式
1) cdn厂商的资源以主机和容器方式显示化:如网宿、白山云科技和阿里ens类似,基本把原来的cdn 机房的资源通过主机/容器方式显式地暴露为服务。白山云也额外提供了类似fastly的function@edge能力
2) 互联网公有云和运营商的交错演进:运营商发展分布式云,以及公有云发展5g mec的能力。
• 发展1年左右的模式
1) 无线小基站厂商向mec进军:一些小基站/核心网厂商也从无线基站领域跨越到5g mec边缘领域,如4g/5g无线方案的佰才邦,和顺为在pre-a轮投资了艾灵网络,专注5g边缘方案。
2) 开源发展和开放生态的导入:如edgegallery开源项目,具备应用导入、应用扫描、应用商店的开放能力,在运营商体系内作为5g mec生态整合的平台已经取得一定进展。
在边缘计算的交付成本上,2021年主要进展在终端成本、管道成本和边缘池成本也更为优化:
1) 终端-5g模组的成本持续降低:2019年,5g模组的价格大概是4g模组的9倍,2021年5g模组的价格大概是4g的5~6倍,预计到2023年5g模组的成本将会下降到2019年4g模组的成本水平 (搜狐, 2021)。2021年我国共有 463 款 5g 终端获得进网许可,其中 354 款为手机,99 款为车载终端等其它终端。手机价格已经下探至 1000 元以下,5g 模组价格已经下探至500 元 (李雁争, 2021)。5g模组的成本的降低,有利于相关产业整体的成本降低,5g的行业覆盖和技术能力也能够得到更大发挥。
图 11 5g模组成本趋势 来源:华为
图 12 联通雁飞模组价格降低到500元以下 来源:联通数科
2)管道-5g mec边缘分流成本低于互联网带宽成本:5g mec的边缘分流成本对比互联网带宽成本有明显优势,特别是在特大带宽的边际成本上。
• 边缘带宽单位成本优势明显,共享模式下单位成本在50~70元/月/mbps左右,专供模式下单位成本在40~60元/月/mbps左右,起点带宽一般布局共享边缘分流以100mbps起步,典型独享专网典型流量为5/10/15/20/30 gbps,但是,随着带宽的增长,边际成本也跟着降低(注:以上数据根据市场列表价格分析,非特殊渠道价格和大客户价格);
• 公有云的带宽起点较低(1mbps起卖,一般最大带宽超过2gbps),但是随着带宽的增长,单位成本较高,小带宽模式下价格在50~60元/月/mbps左右,超过100m的带宽基本在70~80元/月/mbps左右,而且随着带宽增长,边际成本也微幅增长(见下图)。
图 13 公有云价格参考(2021年)
• 边缘云的成本接近公有云成本:在边缘部署的边缘云的成本,相较于公有云,虽然单数据中心的规模效益不大,但是也由于边缘机房数量更多,在总体资源提供的成本上,也开始接近公有云。
总结
2021年是边缘计算新兴概念经历炒作期顶点后由热转温、价值回归由虚变实的一年。这一年中,边缘计算的交付模式逐渐清晰,产业链布局的演进方向趋于聚焦,边缘计算的价值在行业落地更加务实。展望2022年,我们预测,边缘计算作为一种区别于wan和lan的中间新型入口,补足云和端各自不足,结合ai、数据、终端等能力,一方面将持续在工业、民生、文娱等传统领域推进数字化升级,另外一方面,也将会看到更多的业务形态催生和商业模式的拓展。关于中国边缘计算的发展,我们将会在2022年底再次总结和回顾。
参考资源
1. aws. (2021). aws private 5g. 检索来源: https://aws.amazon.com/private5g/?nc2=h_ql_re_nw
2. forrester, hopkins brian. (2021年5月6日). the four edges of edge computing. 检索来源: forrester.com: https://www.forrester.com/report/title/res175514
3. forrester, jeffrey hammond. (2021年10月27日). the forrester new wave™: edge development platforms, q4 2021. 检索来源: forrester.com: https://www.forrester.com/report/the-forrester-new-wave-tm-edge-development-platforms-q4-2021/res176402
4.李雁争. (2021年8月31日). 工信部刘郁林:5g模组价格已经下探至500元. 检索来源: 新浪科技: https://finance.sina.com.cn/tech/2021-08-31/doc-iktzscyx1476425.shtml
5.搜狐. (2021年5月31日). 直降35%!5g模组价格下探至500元以内,将给业界带来怎样的冲击?. 检索来源: 搜狐: https://www.sohu.com/a/469565796_219833
6.赵小飞. (2021年5月2日). 重磅!深入解读工信部发布的《5g应用“扬帆”行动计划》,未来三年的kpi都定了. 检索来源: sohu.com: https://www.sohu.com/a/464248401_160923
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责任编辑:晓燕
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