邊緣計算驅(qū)動物聯(lián)新時代

邊緣計算社區(qū)
5G時代,邊緣計算MEC(Mobile Edge Computing)是其無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變化的關(guān)鍵特征,邊緣網(wǎng)絡(luò)第一次出現(xiàn)在無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)體系中,將推動5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、支撐、運(yùn)營鏈條的革命性重構(gòu)。未來物聯(lián)業(yè)務(wù)將高度依賴邊緣網(wǎng)絡(luò)的部署能力,來實現(xiàn)高帶寬、低延時、高密度連接等技術(shù)需求,產(chǎn)業(yè)鏈價值分配將在新的技術(shù)體系下重新定義。

5G已經(jīng)成為全球領(lǐng)先國家和地區(qū)的戰(zhàn)略競爭目標(biāo),是決定未來智能物聯(lián)時代產(chǎn)業(yè)競爭力的基礎(chǔ)設(shè)施。5G技術(shù)相比3G/4G等,更加全方位地提升了頻譜的利用效率,使得網(wǎng)絡(luò)在關(guān)鍵指標(biāo)上實現(xiàn)了從量變到質(zhì)變的飛躍,更能滿足物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的需求。

5G時代,邊緣計算MEC(Mobile Edge Computing)是其無線網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)變化的關(guān)鍵特征,邊緣網(wǎng)絡(luò)第一次出現(xiàn)在無線網(wǎng)絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)體系中,將推動5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)、支撐、運(yùn)營鏈條的革命性重構(gòu)。未來物聯(lián)業(yè)務(wù)將高度依賴邊緣網(wǎng)絡(luò)的部署能力,來實現(xiàn)高帶寬、低延時、高密度連接等技術(shù)需求,產(chǎn)業(yè)鏈價值分配將在新的技術(shù)體系下重新定義。

在5G邊緣計算體系下,智能物聯(lián)時代商業(yè)模式發(fā)展也將區(qū)別于桌面互聯(lián)網(wǎng)以及3G/4G為代表的移動互聯(lián)網(wǎng)時代,著重體現(xiàn)以物聯(lián)為特征的商業(yè)模式需求,與5G之前的人聯(lián)網(wǎng)時代有著本質(zhì)差異。

一、5G是人聯(lián)與物聯(lián)發(fā)展的分界線,是新時代信息高速公路

當(dāng)前5G網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新在智能物聯(lián)時代的作用,類似于20世紀(jì)90年代信息高速公路在人聯(lián)網(wǎng)時代所扮演的驅(qū)動角色,因此從產(chǎn)業(yè)發(fā)展的戰(zhàn)略意義、政策導(dǎo)向、產(chǎn)投價值來看,美國信息高速公路的發(fā)展歷程都具備很好的歷史借鑒意義。從技術(shù)能力來看,5G是人聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的分界線,是智能物聯(lián)新時代的信息高速公路。

5G技術(shù)對三大核心應(yīng)用場景eMMB(增強(qiáng)移動帶寬應(yīng)用)、mMTC(海量物聯(lián)終端通信)、uRLLC(超可靠低時延通信)的定義,決定其關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)特征,包括低延時(空口時延1ms)、高密度連接(連接密度100萬設(shè)備/平方公里)、高帶寬(峰值速率10Gbps、用戶體驗100M-1Gbit/s)、移動性(支持速度500KM/h)等。通信技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)第一次以充分滿足物聯(lián)網(wǎng)的技術(shù)需求為導(dǎo)向。過去的桌面互聯(lián)網(wǎng)、3G/4G技術(shù)從技術(shù)需求和成本的角度來看,無法滿足智能物聯(lián)業(yè)務(wù)的需求,典型如智能駕駛對低時延的要求、VR/AR對高帶寬和低時延的要求、萬物互聯(lián)對連接量和成本的需求。過去的有線技術(shù)與無線技術(shù)如3G/4G標(biāo)準(zhǔn),其主要目標(biāo)是指向人聯(lián)需求,如4G技術(shù)主要受移動互聯(lián)的需求推動,技術(shù)目標(biāo)指向移動互聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)的流量滿足而非物聯(lián)網(wǎng)。

20世紀(jì)90年代啟動的美國信息高速公路,驅(qū)動了人聯(lián)網(wǎng)也即互聯(lián)網(wǎng)時代的爆發(fā),而5G則是智能物聯(lián)新時代的創(chuàng)新起點。在1993年克林頓提出美國信息高速公路戰(zhàn)略之后,美國的信息產(chǎn)業(yè)全面啟動并引領(lǐng)全球高速發(fā)展。美國信息高速公路在光纖網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施超前投資、超前發(fā)展的基礎(chǔ)上,帶動主機(jī)服務(wù)器以及個人電腦的快速部署和普及,為2000年前后互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新的啟動鋪墊了堅實的基礎(chǔ),促進(jìn)了美國經(jīng)濟(jì)的高速增長并鞏固了其信息產(chǎn)業(yè)的全球競爭力。

5G的當(dāng)前階段與美國信息高速公路的起點非常相似,主要體現(xiàn)在:第一,均為下一階段創(chuàng)新進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)施擴(kuò)張建設(shè)和升級;第二,對應(yīng)產(chǎn)業(yè)已經(jīng)過一段時間發(fā)展,具備基礎(chǔ)雛形,在技術(shù)上出現(xiàn)關(guān)鍵性的創(chuàng)新,互聯(lián)網(wǎng)時代為光纖網(wǎng)絡(luò),物聯(lián)網(wǎng)時代為5G網(wǎng)絡(luò);第三,全球各國對5G戰(zhàn)略非常重視,類似于1993年美國提出信息高速公路戰(zhàn)略后,日歐韓以及中國的反應(yīng)。

5G作為智能物聯(lián)新時代的基礎(chǔ)設(shè)施創(chuàng)新,將對全球信息產(chǎn)業(yè)在物聯(lián)網(wǎng)時代的競爭格局產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響,對中國而言也具備戰(zhàn)略意義。

二、5G邊緣計算助力智能物聯(lián)時代核心技術(shù)需求

5G邊緣計算是指區(qū)別于云計算中心的模式,在更接近于終端的網(wǎng)絡(luò)位置實現(xiàn)計算、存儲、交互等資源功能,是5G網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)支撐物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)需求的重要特征。多接入邊緣計算(Multi-access Edge Computing,MEC)的概念最初于2013年出現(xiàn)時,被稱為移動邊緣計算(Mobile Edge Computing),將云計算平臺從核心網(wǎng)網(wǎng)元遷移到無線接入網(wǎng)靠近終端的邊緣。2016年后,MEC內(nèi)涵正式擴(kuò)展為多接入邊緣計算,即應(yīng)用場景從移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)延伸至其他接入網(wǎng)絡(luò),泛指IT或云平臺能力向靠近終端的方向下沉。

(一)5G邊緣計算與云計算的本質(zhì)差異是處理層級的變化

與云計算中心一樣,5G邊緣計算也融合了網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲和應(yīng)用等關(guān)鍵能力的開放平臺,所不同的是5G邊緣計算部署在靠近人、物的數(shù)據(jù)源頭,為的是就近提供面向網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)的服務(wù)。

圖 5G邊緣計算在超可靠低時延場景的效能實現(xiàn)

資料來源:中國聯(lián)通、中泰證券研究所

邊緣計算與云計算的本質(zhì)差異是在處理層級上的分化,這種分化可以形成協(xié)同互補(bǔ),有助于整個系統(tǒng)的效能提升:云計算部署在核心數(shù)據(jù)中心機(jī)房,處于樞紐地位,對全局性業(yè)務(wù)進(jìn)行統(tǒng)籌,負(fù)責(zé)長周期的大數(shù)據(jù)分析,能夠穩(wěn)定地維護(hù)和處理海量和高層級的數(shù)據(jù),以輔助業(yè)務(wù)決策;邊緣計算既著眼于實時性強(qiáng)的數(shù)據(jù)分析,及時處理執(zhí)行本地業(yè)務(wù),也向云端上傳經(jīng)過預(yù)處理后的數(shù)據(jù),支撐云端的大數(shù)據(jù)分析,云計算也相應(yīng)地基于大數(shù)據(jù)分析向邊緣輸出調(diào)整規(guī)則,以便邊緣計算進(jìn)行優(yōu)化。

5G邊緣計算系統(tǒng)與云計算相同,基于通用服務(wù)器,保證系統(tǒng)的開放性、易部署和可拓展性。在電信網(wǎng)中,5G邊緣計算可以部署在基站內(nèi)部,作為接入點的輔助處理單元,也可部署在無線接入網(wǎng)(RAN)邊緣的云設(shè)施中,這樣的云設(shè)施可以面向電信網(wǎng)提供公有云服務(wù),也可面向政企提供私有云服務(wù)。

(二)電信網(wǎng)向開放體系和扁平化演進(jìn),邊緣計算“并不邊緣”

4G LTE網(wǎng)絡(luò)以高帶寬和大連接數(shù)來應(yīng)對移動互聯(lián)的應(yīng)用需求,設(shè)計場景僅面向MBB,主要針對人聯(lián)網(wǎng)高帶寬的需求,而5G則是整套全新的基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)架構(gòu),以未來移動化的接入方式為錨點,定義了涵蓋人人連接、物物連接和人物連接三個層次的需求。因此要在整網(wǎng)架構(gòu)和效能的高度理解5G。業(yè)務(wù)上的多樣性,要求5G網(wǎng)絡(luò)必然更靈活、更智能、更易于適配場景和拓展。

帶寬和時延,是5G邊緣計算緩解的兩大網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)痛點。根據(jù)IDC報告顯示,到2020年將有超500億的終端和設(shè)備聯(lián)網(wǎng),而在2018年就有50%的網(wǎng)絡(luò)面臨帶寬的限制,40%的數(shù)據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)分析、處理和存儲 。邊緣計算于是被確立為5G關(guān)鍵技術(shù),將配套移動接入網(wǎng)搭建貼近用戶和終端的處理平臺,提供IT或者云的能力,以減少業(yè)務(wù)的多級傳遞,降低核心網(wǎng)和傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)。

從大應(yīng)用場景來看:在eMBB高帶寬場景中,4K/8K視頻、3D視頻、AR/VR等對用戶峰值速率、流量密度和實時性的要求空前提高,回傳網(wǎng)絡(luò)和傳輸網(wǎng)絡(luò)都面臨沉重壓力,因此需要將內(nèi)容和業(yè)務(wù)盡可能向用戶方向下沉,盡可能部署在接入側(cè),使得大流量集中在邊緣計算所轄范圍內(nèi)進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā),以實現(xiàn)業(yè)務(wù)的分流,減輕核心網(wǎng)和傳輸網(wǎng)的負(fù)擔(dān);在uRLLC超可靠低時延場景中,期望的時延往往必須控制在毫秒級,而目前4G中任意端到端的數(shù)據(jù)都需要回傳到核心網(wǎng)再完成轉(zhuǎn)發(fā),因此時延往往高達(dá)幾十乃至上百毫秒,為智能駕駛、工業(yè)遠(yuǎn)程控制等低時延業(yè)務(wù)所不能接受。而5G邊緣計算因為減少多層級轉(zhuǎn)發(fā),在本地完成處理并貼近數(shù)據(jù)源響應(yīng),大大減少了網(wǎng)絡(luò)時延,適應(yīng)了物聯(lián)業(yè)務(wù)的需求。

根據(jù)運(yùn)營商給出的大致估算,若業(yè)務(wù)經(jīng)由部署在接入點基站端的邊緣計算網(wǎng)絡(luò)完成處理和轉(zhuǎn)發(fā),則時延有望控制在1ms之內(nèi);若業(yè)務(wù)在接入網(wǎng)的邊緣計算中心處理網(wǎng)元上完成處理和轉(zhuǎn)發(fā),則時延約在2ms?5ms之間;即使是經(jīng)過邊緣數(shù)據(jù)中心內(nèi)的處理,時延也能控制在10ms之內(nèi)。5G邊緣計算帶來的這種網(wǎng)絡(luò)效能的提升,是不單純依賴于網(wǎng)絡(luò)現(xiàn)有的基礎(chǔ)設(shè)施條件的,更多和平臺的開放性和可拓展性相關(guān)。

(三)5G邊緣計算可滿足多重需求,將成為核心變革點

4G之前的封閉體系設(shè)備架構(gòu)越來越難以適應(yīng)移動互聯(lián)業(yè)務(wù)的爆發(fā),曾經(jīng)在電信網(wǎng)改造中被鋪墊很久的NFV、SDN概念將很可能在5G落地,打破設(shè)備封閉體系,將構(gòu)建起專用芯片+通用設(shè)備+開源操作系統(tǒng)+應(yīng)用層的開放式體系,網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)走向扁平,同時控制面與業(yè)務(wù)面分離,運(yùn)營商得以依據(jù)開放接口對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行編排、分配和使能。

3GPP已經(jīng)將邊緣計算納入到5G架構(gòu)中,成為標(biāo)準(zhǔn)化工作的重要部分,電信網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的扁平化與開放化大趨勢已經(jīng)體現(xiàn),在滿足用戶對于流量、時延的差異化和極致體驗過程中,在與垂直行業(yè)、場景深入融合的過程中,率先發(fā)生變革的將是部署在接入點的邊緣計算網(wǎng)絡(luò)。

三、5G邊緣計算將推動網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)鏈價值重構(gòu)和需求創(chuàng)新

5G邊緣計算MEC的出現(xiàn),將推動無線網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營的價值主導(dǎo)方的多元化。智能物聯(lián)的多元化、特異化場景需求,將主要依托邊緣計算來實現(xiàn),結(jié)合5G切片網(wǎng)絡(luò)的特點,形成類似于邊緣計算應(yīng)用子網(wǎng)的概念,推動5G時代從網(wǎng)絡(luò)到應(yīng)用價值界線的重構(gòu)。產(chǎn)業(yè)價值重構(gòu)將影響以下三個層面。

(一)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資層面從運(yùn)營商統(tǒng)一建設(shè)走向眾籌建設(shè)

在3G、4G時代,無線網(wǎng)絡(luò)由運(yùn)營商統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一投資建設(shè),而5G時代邊緣計算使得邊緣網(wǎng)絡(luò)資源既能面向電信網(wǎng)提供公有云服務(wù),也可面向政企提供私有云服務(wù),同時其建設(shè)必須按照未來智能物聯(lián)場景的需求按需進(jìn)行,具備差異化規(guī)劃設(shè)計的特點,網(wǎng)絡(luò)的使用方也將成為網(wǎng)絡(luò)建設(shè)投資的重要主題。對電信運(yùn)營商來說,有助于緩解其資本開支壓力,增強(qiáng)5G布局積極性,對政企客戶來說,能夠按需參與建網(wǎng),充分滿足自身差異化的業(yè)務(wù)需求,共生網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營價值。

(二)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維服務(wù)層面從運(yùn)營商統(tǒng)一管理走向包產(chǎn)到戶

以往的無線網(wǎng)絡(luò)體系,由電信運(yùn)營商通信管理運(yùn)維一張從省干線網(wǎng)絡(luò)到基站接入點的龐大網(wǎng)絡(luò)。而5G邊緣計算將推動運(yùn)維模式的化整為零、包產(chǎn)到戶,企業(yè)用戶負(fù)責(zé)管理運(yùn)維好自身的邊緣計算網(wǎng)絡(luò),更精細(xì)化更及時地響應(yīng)智能物聯(lián)業(yè)務(wù)場景需求,而電信運(yùn)營商則著重關(guān)注核心網(wǎng)及以上網(wǎng)元,包括鑒權(quán)計費(fèi)、安全隱私、增值服務(wù)管理等功能。對電信運(yùn)營商來說,5G邊緣計算將大幅減輕網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營開支壓力,而企業(yè)則對自身業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)體系有更大管理權(quán)限,能夠更好地支撐業(yè)務(wù)。

(三)智能物聯(lián)業(yè)務(wù)經(jīng)營價值主導(dǎo)方的多元化

5G邊緣計算使得電信運(yùn)營商、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營管理服務(wù)商、業(yè)務(wù)經(jīng)營主導(dǎo)方、智能物聯(lián)終端廠商都成為物聯(lián)場景業(yè)務(wù)經(jīng)營價值的重要參與者。電信運(yùn)營商有望走出傳統(tǒng)流量經(jīng)營管道化,參與智能物聯(lián)業(yè)務(wù)價值分成,并提供基于增值業(yè)務(wù)的數(shù)字與內(nèi)容經(jīng)營;網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維管理服務(wù)商,特別是在某些特定應(yīng)用場景,比如視頻監(jiān)控廠商掌控大量業(yè)主客戶資源,有望形成橫向價值整合,成為5G邊緣計算時代新的價值整合者;業(yè)務(wù)經(jīng)營主導(dǎo)方也是5G邊緣計算網(wǎng)絡(luò)資源的業(yè)主,能夠有效獲得智能物聯(lián)業(yè)務(wù)經(jīng)營的收入分成,強(qiáng)化網(wǎng)絡(luò)建設(shè)參與積極性;智能物聯(lián)終端廠商,為行業(yè)、企業(yè)定制基于物聯(lián)網(wǎng)業(yè)務(wù)不同場景需求的差異化終端,將其與邊緣計算網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的需求緊密結(jié)合。5G邊緣計算推動智能物聯(lián)時代的應(yīng)用價值產(chǎn)生全新的劃分模式,而這種趨勢將對物聯(lián)網(wǎng)時代產(chǎn)業(yè)發(fā)展路徑產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。

5G邊緣計算推動的新的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)體系,結(jié)合智能物聯(lián)場景的差異化特征,對邊緣計算體系的技術(shù)提出了新的產(chǎn)業(yè)創(chuàng)新需求,主要包括:

1.小基站作為靈活接入點的創(chuàng)新

5G邊緣計算要適配智能物聯(lián)場景靈活部署和按需建設(shè)的特點,就必須在接入設(shè)備端具有必要的便利性,助力應(yīng)用的快速部署和推進(jìn)。

2.邊緣服務(wù)器和以FPGA為代表的定制化算力技術(shù)創(chuàng)新

智能物聯(lián)場景在邊緣端的主要資源體現(xiàn)為存儲和計算,典型如智能駕駛場景,為實現(xiàn)輔助算力,邊緣計算網(wǎng)絡(luò)必須配置適當(dāng)?shù)乃懔Α6悄芪锫?lián)應(yīng)用場景的跨行業(yè)、跨企業(yè)全面差異化,使得算力需求呈現(xiàn)場景定制化特征,以FPGA為代表的可定制化算力芯片技術(shù)有望成為邊緣服務(wù)器配置主流。

3.配套應(yīng)用需求的智能化技術(shù)創(chuàng)新

5G和邊緣計算滿足了智能物聯(lián)時代業(yè)務(wù)應(yīng)用從網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施到資源需求上的要求,但實現(xiàn)智能物聯(lián)仍然需要大量的智能化技術(shù)創(chuàng)新,無論是VR/AR、智能駕駛、工業(yè)控制物聯(lián)、傳感網(wǎng)絡(luò),都需要從大數(shù)據(jù)能力、AI能力上大幅提升,從而最終兌現(xiàn)智能物聯(lián)新時代的產(chǎn)業(yè)應(yīng)用價值。

四、智能物聯(lián)時代的BAT商業(yè)模式與人聯(lián)網(wǎng)時代有本質(zhì)差異

工信部部長苗圩在2019年博鰲亞洲論壇曾明確指出,20%左右的5G設(shè)施將用于人和人之間的通信,80%將用于物和物之間的通信,也就是物聯(lián)網(wǎng),比如無人駕駛汽車 。在當(dāng)前4G背景下,我們預(yù)估物物、人物連接的數(shù)據(jù)量應(yīng)該少于20%。如果從數(shù)據(jù)體量線性推理產(chǎn)業(yè)價值的體量,也即意味著當(dāng)前不足人聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)價值1/4的物聯(lián)網(wǎng)價值,在未來將達(dá)到人聯(lián)網(wǎng)價值的4倍以上,而網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)業(yè)具備規(guī)模效應(yīng),也就是說實際倍數(shù)會遠(yuǎn)超于此,智能物聯(lián)產(chǎn)業(yè)蘊(yùn)含了巨大的發(fā)展空間。

無論是參照20世紀(jì)90年代信息高速公路出現(xiàn)之后的信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程,還是基于移動互聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新的產(chǎn)業(yè)發(fā)展歷程,都經(jīng)歷了網(wǎng)絡(luò)創(chuàng)新、終端創(chuàng)新、應(yīng)用創(chuàng)新的管云端創(chuàng)新的節(jié)奏,對于智能物聯(lián)網(wǎng)來說同樣如此。而未來智能物聯(lián)時代的BAT將會以何種形式出現(xiàn),5G邊緣計算研究的啟示有助于人們對未來的判斷。從5G邊緣計算引發(fā)的產(chǎn)業(yè)價值重構(gòu)特性來看,未來智能物聯(lián)時代的商業(yè)模式與互聯(lián)網(wǎng)時代有著本質(zhì)差異(見表),智能物聯(lián)時代的BAT也將遵循不同的發(fā)展路徑,這對于我們未來定位產(chǎn)投政策具有非常重要的參考意義。

表 互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的核心商業(yè)模式差異分析

資料來源:中泰證券研究所

5G開啟了智能物聯(lián)時代的新起點,而5G邊緣計算則具體定義了智能物聯(lián)新時代的技術(shù)特征、業(yè)務(wù)特征。當(dāng)前世界正處在5G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的起點,也是人聯(lián)和物聯(lián)時代分界線的歷史起點,理解5G邊緣計算從技術(shù)到產(chǎn)業(yè)的影響,將有助于我們把握未來的產(chǎn)業(yè)投資機(jī)會。當(dāng)然,5G邊緣計算的應(yīng)用正處于初期階段,未來對技術(shù)的具體需求、對應(yīng)用場景的支撐能力,仍然有待具體實施的驗證和改進(jìn),但5G邊緣計算驅(qū)動的智能物聯(lián)新時代已經(jīng)到來。

作者吳友文系中泰證券研究所執(zhí)行總經(jīng)理、通信和科技首席分析師;

林溪聲系復(fù)旦大學(xué)新聞學(xué)院副教授;

易景明系中泰證券研究所通信和科技資深分析師。

中泰證券研究所通信和科技資深分析師陳寧玉、中泰證券研究所通信和科技研究員周鈴雅對本文亦有貢獻(xiàn)。

本文刊載于《新經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊》2019年第2期,總第273期。

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