边缘计算驱动物联新时代

2019-09-09 14:38:08 文/今日头条 作者/ 边缘计算社区 5G

5G时代,边缘计算MEC(Mobile Edge Computing)是其无线网络架构变化的关键特征,边缘网络第一次出现在无线网络标准体系中,将推动5G网络建设、支撑、运营链条的革命性重构。未来物联业务将高度依赖边缘网络的部署能力,来实现高带宽、低延时、高密度连接等技术需求,产业链价值分配将在新的技术体系下重新定义。

5G已经成为全球领先国家和地区的战略竞争目标,是决定未来智能物联时代产业竞争力的基础设施。5G技术相比3G/4G等,更加全方位地提升了频谱的利用效率,使得网络在关键指标上实现了从量变到质变的飞跃,更能满足物联网发展的需求。

5G时代,边缘计算MEC(Mobile Edge Computing)是其无线网络架构变化的关键特征,边缘网络第一次出现在无线网络标准体系中,将推动5G网络建设、支撑、运营链条的革命性重构。未来物联业务将高度依赖边缘网络的部署能力,来实现高带宽、低延时、高密度连接等技术需求,产业链价值分配将在新的技术体系下重新定义。

在5G边缘计算体系下,智能物联时代商业模式发展也将区别于桌面互联网以及3G/4G为代表的移动互联网时代,着重体现以物联为特征的商业模式需求,与5G之前的人联网时代有着本质差异。

一、5G是人联与物联发展的分界线,是新时代信息高速公路

当前5G网络创新在智能物联时代的作用,类似于20世纪90年代信息高速公路在人联网时代所扮演的驱动角色,因此从产业发展的战略意义、政策导向、产投价值来看,美国信息高速公路的发展历程都具备很好的历史借鉴意义。从技术能力来看,5G是人联网和物联网发展的分界线,是智能物联新时代的信息高速公路。

5G技术对三大核心应用场景eMMB(增强移动带宽应用)、mMTC(海量物联终端通信)、uRLLC(超可靠低时延通信)的定义,决定其关键技术指标特征,包括低延时(空口时延1ms)、高密度连接(连接密度100万设备/平方公里)、高带宽(峰值速率10Gbps、用户体验100M-1Gbit/s)、移动性(支持速度500KM/h)等。通信技术标准第一次以充分满足物联网的技术需求为导向。过去的桌面互联网、3G/4G技术从技术需求和成本的角度来看,无法满足智能物联业务的需求,典型如智能驾驶对低时延的要求、VR/AR对高带宽和低时延的要求、万物互联对连接量和成本的需求。过去的有线技术与无线技术如3G/4G标准,其主要目标是指向人联需求,如4G技术主要受移动互联的需求推动,技术目标指向移动互联网业务的流量满足而非物联网。

20世纪90年代启动的美国信息高速公路,驱动了人联网也即互联网时代的爆发,而5G则是智能物联新时代的创新起点。在1993年克林顿提出美国信息高速公路战略之后,美国的信息产业全面启动并引领全球高速发展。美国信息高速公路在光纤网络基础设施超前投资、超前发展的基础上,带动主机服务器以及个人电脑的快速部署和普及,为2000年前后互联网创新的启动铺垫了坚实的基础,促进了美国经济的高速增长并巩固了其信息产业的全球竞争力。

5G的当前阶段与美国信息高速公路的起点非常相似,主要体现在:第一,均为下一阶段创新进行基础设施扩张建设和升级;第二,对应产业已经过一段时间发展,具备基础雏形,在技术上出现关键性的创新,互联网时代为光纤网络,物联网时代为5G网络;第三,全球各国对5G战略非常重视,类似于1993年美国提出信息高速公路战略后,日欧韩以及中国的反应。

5G作为智能物联新时代的基础设施创新,将对全球信息产业在物联网时代的竞争格局产生深远影响,对中国而言也具备战略意义。

二、5G边缘计算助力智能物联时代核心技术需求

5G边缘计算是指区别于云计算中心的模式,在更接近于终端的网络位置实现计算、存储、交互等资源功能,是5G网络实现支撑物联网技术需求的重要特征。多接入边缘计算(Multi-access Edge Computing,MEC)的概念最初于2013年出现时,被称为移动边缘计算(Mobile Edge Computing),将云计算平台从核心网网元迁移到无线接入网靠近终端的边缘。2016年后,MEC内涵正式扩展为多接入边缘计算,即应用场景从移动蜂窝网络延伸至其他接入网络,泛指IT或云平台能力向靠近终端的方向下沉。

(一)5G边缘计算与云计算的本质差异是处理层级的变化

与云计算中心一样,5G边缘计算也融合了网络、计算、存储和应用等关键能力的开放平台,所不同的是5G边缘计算部署在靠近人、物的数据源头,为的是就近提供面向网络边缘侧的服务。

图 5G边缘计算在超可靠低时延场景的效能实现

资料来源:中国联通、中泰证券研究所

边缘计算与云计算的本质差异是在处理层级上的分化,这种分化可以形成协同互补,有助于整个系统的效能提升:云计算部署在核心数据中心机房,处于枢纽地位,对全局性业务进行统筹,负责长周期的大数据分析,能够稳定地维护和处理海量和高层级的数据,以辅助业务决策;边缘计算既着眼于实时性强的数据分析,及时处理执行本地业务,也向云端上传经过预处理后的数据,支撑云端的大数据分析,云计算也相应地基于大数据分析向边缘输出调整规则,以便边缘计算进行优化。

5G边缘计算系统与云计算相同,基于通用服务器,保证系统的开放性、易部署和可拓展性。在电信网中,5G边缘计算可以部署在基站内部,作为接入点的辅助处理单元,也可部署在无线接入网(RAN)边缘的云设施中,这样的云设施可以面向电信网提供公有云服务,也可面向政企提供私有云服务。

(二)电信网向开放体系和扁平化演进,边缘计算“并不边缘”

4G LTE网络以高带宽和大连接数来应对移动互联的应用需求,设计场景仅面向MBB,主要针对人联网高带宽的需求,而5G则是整套全新的基础网络架构,以未来移动化的接入方式为锚点,定义了涵盖人人连接、物物连接和人物连接三个层次的需求。因此要在整网架构和效能的高度理解5G。业务上的多样性,要求5G网络必然更灵活、更智能、更易于适配场景和拓展。

带宽和时延,是5G边缘计算缓解的两大网络业务痛点。根据IDC报告显示,到2020年将有超500亿的终端和设备联网,而在2018年就有50%的网络面临带宽的限制,40%的数据需要在网络边缘侧分析、处理和存储 。边缘计算于是被确立为5G关键技术,将配套移动接入网搭建贴近用户和终端的处理平台,提供IT或者云的能力,以减少业务的多级传递,降低核心网和传输的负担。

从大应用场景来看:在eMBB高带宽场景中,4K/8K视频、3D视频、AR/VR等对用户峰值速率、流量密度和实时性的要求空前提高,回传网络和传输网络都面临沉重压力,因此需要将内容和业务尽可能向用户方向下沉,尽可能部署在接入侧,使得大流量集中在边缘计算所辖范围内进行转发,以实现业务的分流,减轻核心网和传输网的负担;在uRLLC超可靠低时延场景中,期望的时延往往必须控制在毫秒级,而目前4G中任意端到端的数据都需要回传到核心网再完成转发,因此时延往往高达几十乃至上百毫秒,为智能驾驶、工业远程控制等低时延业务所不能接受。而5G边缘计算因为减少多层级转发,在本地完成处理并贴近数据源响应,大大减少了网络时延,适应了物联业务的需求。

根据运营商给出的大致估算,若业务经由部署在接入点基站端的边缘计算网络完成处理和转发,则时延有望控制在1ms之内;若业务在接入网的边缘计算中心处理网元上完成处理和转发,则时延约在2ms?5ms之间;即使是经过边缘数据中心内的处理,时延也能控制在10ms之内。5G边缘计算带来的这种网络效能的提升,是不单纯依赖于网络现有的基础设施条件的,更多和平台的开放性和可拓展性相关。

(三)5G边缘计算可满足多重需求,将成为核心变革点

4G之前的封闭体系设备架构越来越难以适应移动互联业务的爆发,曾经在电信网改造中被铺垫很久的NFV、SDN概念将很可能在5G落地,打破设备封闭体系,将构建起专用芯片+通用设备+开源操作系统+应用层的开放式体系,网络架构走向扁平,同时控制面与业务面分离,运营商得以依据开放接口对网络进行编排、分配和使能。

3GPP已经将边缘计算纳入到5G架构中,成为标准化工作的重要部分,电信网络设备的扁平化与开放化大趋势已经体现,在满足用户对于流量、时延的差异化和极致体验过程中,在与垂直行业、场景深入融合的过程中,率先发生变革的将是部署在接入点的边缘计算网络。

三、5G边缘计算将推动网络产业链价值重构和需求创新

5G边缘计算MEC的出现,将推动无线网络运营的价值主导方的多元化。智能物联的多元化、特异化场景需求,将主要依托边缘计算来实现,结合5G切片网络的特点,形成类似于边缘计算应用子网的概念,推动5G时代从网络到应用价值界线的重构。产业价值重构将影响以下三个层面。

(一)网络建设投资层面从运营商统一建设走向众筹建设

在3G、4G时代,无线网络由运营商统一规划、统一投资建设,而5G时代边缘计算使得边缘网络资源既能面向电信网提供公有云服务,也可面向政企提供私有云服务,同时其建设必须按照未来智能物联场景的需求按需进行,具备差异化规划设计的特点,网络的使用方也将成为网络建设投资的重要主题。对电信运营商来说,有助于缓解其资本开支压力,增强5G布局积极性,对政企客户来说,能够按需参与建网,充分满足自身差异化的业务需求,共生网络运营价值。

(二)网络运维服务层面从运营商统一管理走向包产到户

以往的无线网络体系,由电信运营商通信管理运维一张从省干线网络到基站接入点的庞大网络。而5G边缘计算将推动运维模式的化整为零、包产到户,企业用户负责管理运维好自身的边缘计算网络,更精细化更及时地响应智能物联业务场景需求,而电信运营商则着重关注核心网及以上网元,包括鉴权计费、安全隐私、增值服务管理等功能。对电信运营商来说,5G边缘计算将大幅减轻网络运营开支压力,而企业则对自身业务网络体系有更大管理权限,能够更好地支撑业务。

(三)智能物联业务经营价值主导方的多元化

5G边缘计算使得电信运营商、网络运营管理服务商、业务经营主导方、智能物联终端厂商都成为物联场景业务经营价值的重要参与者。电信运营商有望走出传统流量经营管道化,参与智能物联业务价值分成,并提供基于增值业务的数字与内容经营;网络运维管理服务商,特别是在某些特定应用场景,比如视频监控厂商掌控大量业主客户资源,有望形成横向价值整合,成为5G边缘计算时代新的价值整合者;业务经营主导方也是5G边缘计算网络资源的业主,能够有效获得智能物联业务经营的收入分成,强化网络建设参与积极性;智能物联终端厂商,为行业、企业定制基于物联网业务不同场景需求的差异化终端,将其与边缘计算网络建设的需求紧密结合。5G边缘计算推动智能物联时代的应用价值产生全新的划分模式,而这种趋势将对物联网时代产业发展路径产生深远影响。

5G边缘计算推动的新的网络架构体系,结合智能物联场景的差异化特征,对边缘计算体系的技术提出了新的产业创新需求,主要包括:

1.小基站作为灵活接入点的创新

5G边缘计算要适配智能物联场景灵活部署和按需建设的特点,就必须在接入设备端具有必要的便利性,助力应用的快速部署和推进。

2.边缘服务器和以FPGA为代表的定制化算力技术创新

智能物联场景在边缘端的主要资源体现为存储和计算,典型如智能驾驶场景,为实现辅助算力,边缘计算网络必须配置适当的算力。而智能物联应用场景的跨行业、跨企业全面差异化,使得算力需求呈现场景定制化特征,以FPGA为代表的可定制化算力芯片技术有望成为边缘服务器配置主流。

3.配套应用需求的智能化技术创新

5G和边缘计算满足了智能物联时代业务应用从网络基础设施到资源需求上的要求,但实现智能物联仍然需要大量的智能化技术创新,无论是VR/AR、智能驾驶、工业控制物联、传感网络,都需要从大数据能力、AI能力上大幅提升,从而最终兑现智能物联新时代的产业应用价值。

四、智能物联时代的BAT商业模式与人联网时代有本质差异

工信部部长苗圩在2019年博鳌亚洲论坛曾明确指出,20%左右的5G设施将用于人和人之间的通信,80%将用于物和物之间的通信,也就是物联网,比如无人驾驶汽车 。在当前4G背景下,我们预估物物、人物连接的数据量应该少于20%。如果从数据体量线性推理产业价值的体量,也即意味着当前不足人联网产业价值1/4的物联网价值,在未来将达到人联网价值的4倍以上,而网络产业具备规模效应,也就是说实际倍数会远超于此,智能物联产业蕴含了巨大的发展空间。

无论是参照20世纪90年代信息高速公路出现之后的信息产业发展历程,还是基于移动互联网创新的产业发展历程,都经历了网络创新、终端创新、应用创新的管云端创新的节奏,对于智能物联网来说同样如此。而未来智能物联时代的BAT将会以何种形式出现,5G边缘计算研究的启示有助于人们对未来的判断。从5G边缘计算引发的产业价值重构特性来看,未来智能物联时代的商业模式与互联网时代有着本质差异(见表),智能物联时代的BAT也将遵循不同的发展路径,这对于我们未来定位产投政策具有非常重要的参考意义。

表 互联网和物联网的核心商业模式差异分析

资料来源:中泰证券研究所

5G开启了智能物联时代的新起点,而5G边缘计算则具体定义了智能物联新时代的技术特征、业务特征。当前世界正处在5G网络建设的起点,也是人联和物联时代分界线的历史起点,理解5G边缘计算从技术到产业的影响,将有助于我们把握未来的产业投资机会。当然,5G边缘计算的应用正处于初期阶段,未来对技术的具体需求、对应用场景的支撑能力,仍然有待具体实施的验证和改进,但5G边缘计算驱动的智能物联新时代已经到来。

作者吴友文系中泰证券研究所执行总经理、通信和科技首席分析师;

林溪声系复旦大学新闻学院副教授;

易景明系中泰证券研究所通信和科技资深分析师。

中泰证券研究所通信和科技资深分析师陈宁玉、中泰证券研究所通信和科技研究员周铃雅对本文亦有贡献。

本文刊载于《新经济导刊》2019年第2期,总第273期。

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