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CDN边缘加速计算架构和主要技术

作者：cdnfine      来源：cdnfine      发布时间：2021-11-16
边缘计算是一种分散式运算架构，将应用程序、数据资料与服务的运算，由网络中心节点移往网络逻辑上的边缘节点来处理。
一、边缘计算架构
边缘计算参考架构中定义的整个架构分为云、边缘和现场设备三层。边缘层包括边缘节点和边缘管理器两个主要部分。边缘节点是硬件实体，是承载边缘计算业务的核心。边缘管理器核心是软件，统一管理边缘节点。
CDN边缘加速计算架构和主要技术
除了边缘计算参考框架之外，边缘计算通用架构是基于“云-边-端”协同，由四层功能结构组成：核心基础设施、边缘计算中心、边缘网络和边缘设备。
1. 核心基础设施提供核心网络接入（例如互联网、移动核心网络）和用于移动边缘设备的集中式云计算服务和管理功能。
将边缘计算所涉及的网络基础设施分为三部分，分别是边缘计算接入网络（EdgeComputingAccess，ECA）、边缘计算（内部）网络（EdgeComputingNetwork，ECN）、边缘计算互联网络（EdgeComputingInterconnect，ECI）。
2.边缘计算中心称为边缘云，主要提供计算、存储、网络转发资源。
边缘计算包括基础资源（计算、存储、网络）、边缘管理、边缘安全以及边缘计算业务应用。
3.边缘网络通过融合多种通信网络来实现物联网设备和传感器的互联。
4.所有类型的边缘设备不只扮演了数据消费者的角色，而且作为数据生产者参与到了边缘计算结构所有的四个功能结构层中。
二、发展过程
1.CDN
阿卡迈公司1998年提出。
CDN(ContentDeliveryNetwork)内容分发网络，是构建在网络之上的内容分发网络，依靠部署在各地的边缘服务器，通过中心平台的负载均衡、内容分发、调度等功能模块，使用户就近获取所需内容，降低网络堵塞，提高用户访问速度。
关键技术：内容存储和分发。
与边缘计算的区别：CDN加速是内容缓存，边缘计算是功能缓存。
2.微云
开放边缘计算项目（OEC）2009年提出。
微云（CloudLet）将云端计算服务前置，使用户与计算资源的距离控制在一跳范围。一跳范围指Wi-Fi覆盖范围。
关键技术：虚拟机合成和OpenStack。虚拟机合成将计算任务卸载到微云，OpenStack提供虚拟计算和存储服务资源。
与边缘计算关系：微云是边缘计算的一种。但微云注重“移动”，移动边缘注重“边缘”。
3.雾计算
思科2012年提出。
雾计算（FogComputing）是本地化的云计算。云计算强调计算的方式，广域网WAN（WideAreaNetwork）计算，雾计算更强调计算的位置，是局域网LAN（LocalAreaNetwork）计算。
雾计算由边缘网络中的设备构成，可以是传统网络设备，也可以是专门部署的本地服务器。
与边缘计算关系：雾计算是将资源和服务分布在网络边缘和核心网络甚至云的任何地方，边缘计算处理能力更靠近数据源，只会部署在网络边缘；2.雾计算是有层次的，在边缘网络和核心网络中间可以部署很多层，边缘计算倾向于局限在小部分区域。
4.移动边缘计算
MEC（Multi-AccessEdgeComputing）多接入边缘计算，位于无线接入点及有线网络之间。通过部署无线基站内部或无线接入网边缘的边缘云，提供本地化的云服务，并可连接其他网络实现混合云服务。
移动边缘计算强调在云计算中心与边缘设备之间建立边缘服务器，在边缘服务器上完成终端数据的计算任务。
边缘计算与云计算区别：边缘计算凭借“边缘”的特性，可以更好地支撑云端的应用，而云计算则能够基于大数据分析，完成边缘节点无法胜任的计算任务，助力边缘计算更加满足本地化的需求。
三、主要技术
1.网络技术
面临问题：
（1）服务发现问题：计算任务请求者如何知道周边的服务。
（2）快速配置问题：计算设备动态性增加、注册和撤销，从设备层支持服务的快速配置
（3）负载均衡问题：调度边缘设备数据到合适的计算服务提供者
解决措施：
针对服务发现问题，命名数据网络（NamingDataNetwork）是一种将数据和服务进行命名和寻址，以免费CDN加速中心化方式相结合进行自组织的一种数据网络
针对第二个、第三个问题，采用软件定义网络。软件定义网络（SoftwareDefinedNetworking，SDN）是一种控制面和数据面分离的可编程网络，以及简单网络管理。网络管理者可进行路由器、交换器的快速配置，支持计算迁移。
2.计算卸载
计算卸载是将移动终端的计算任务卸载到边缘云环境中，解决设备在资源存储、计算性能以及能效等方面的不足。
计算卸载步骤：节点发现、程序切割、卸载决策、程序传输、执行计算、计算结果返回
。其中卸载决策：计算卸载的性能以时间延迟和能量消耗为衡量指标。卸载决策分为本地执行、完全卸载和部分卸载。
3.计算迁移
计算迁移是在网络边缘处对数据进行预处理，对无用的数据进行过滤，从而降低数据传输的带宽需求。
计算迁移的三个应用场景：迁移到其他资源丰富的终端；移动设备资源共享；下沉到边缘节点。
计算迁移步骤：迁移环境感知、任务划分、迁移决策、任务上传、MEC服务器执行、结果返回。
4.计算缓存
边缘缓存使用户从小基站或其他设备处获得请求的内容，实现内容可在本地使用，而不需要通过移动核心网和有线网络从内容服务提供商获取内容。
缓存形式：编码缓存或非编码缓存。缓存内容：关注缓存文件的流行度和用户对内容的喜好度。缓存位置：基站和用户移动设备。用户移动性：涉及空间和时间维度。
缓存技术：基站缓存、移动内容分发网络（CDN）、透明缓存、资源缓存热度。
5.隔离技术
隔离内容包含计算资源和数据。
6.边缘操作系统
边缘操作系统向下管理异构的计算资源，向上处理大量的异构数据以及多用的应用负载，将计算任务在边缘计算节点上部署、调度和迁移，保障计算任务的可靠性和计算资源的最大化利用。构建对数据、计算任务和计算资源进行管理的框架。
7.算法执行框架
边缘设备需要执行以深度学习算法为代表的智能任务，以预测任务为主，而云计算中心以模型训练任务为主。
8.安全技术
(1)安全风险背景
容易暴露在不安全环境中：MEC基础设施部署在无线基站等网络边缘；开放API、网络功能虚拟化（NFV）等。
(2)安全管理六要素：机密性、完整性、可用性、可控性、不可否认、可追溯性。
(3)安全问题分类
应用安全包含用户设备安全风险;
网络安全包含网络基础设施、边缘数据中心、虚拟化安全风险；
信息安全；
系统安全包含认证与授权的安全风险。
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