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5G与边缘互为体用 体现完美分散式运算
让网路智能迈向边缘网路

【作者: 籃貫銘、王岫晨】2020年07月31日 星期五

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分散式的概念由来已久,尤其从有网路以来,资料的运算和储存架构就不断的朝向「去中心化」发展。到了物联网时代,这个模式更成了理所当然和不可或缺的系统建置架构。


最初,分散式运算(Distributed computing)的提出,就是一种基於多计算机以网路连接的运算系统。基本上就是使用一组电脑,透过网路互相连结并通讯,之後运用软体的控制机制,让它们形成一个大型的运算系统,已完成更大的运算目标。


也因此,这种形式的系统运作思维,就是要把一个需要大量计算的工程资料,分割成诸多小块,再分给多台电脑个别去计算,接着再上传运算结果,最後统一合并成资料结果。


所以可想而知,传统的分散式运算是站在降低整体成本的思维来进行,就目的而言,仍是集中式的思考,只是在运算手段上采用了分散的形式,着名的蛋白质药物运算专案Folding@home,就是在这种架构下执行的一项任务。


跳脱传统框架 物联网实现真正分散式运算

然而目前的物联网则完全跳脱了传统的框架,它们本身就不存在一个被指定的巨大任务,因此在设计上就显得更加自由,架构上当然也更加弹性,因此物联网可以说是真正的实现了分散式运算的理念。


首先,在本质上,物联网就是一种去中心的架构,它透过有线和无线的网路系统,将各式的装置连结起来。尽管在这个架构中,所有的装置连结成一个大网路,但网路中的每个节点装置都是独立运行,有各自的功能与目标。


连结成网的目的,则是要打破物与物沟通的藩篱,让彼此的运行可以更紧密,同时应用的深度也更加贴近实际的需求。


再者,从技术上看,物联网装置本身也需要一定的运算力,才能运行前端种种的功能,而且物联网装置经常会产生许多的数据,这些资料的处理、传输、储存也会提供对端点装置运算力的需要。也因此,分散式运算的功能在物联网应用中更显重要。


而物联网的分散式运算技术应用中,边缘运算则是当前最受关注的一环,它可以说是实现智慧物联(AIoT)应用的关键技术,甚至也是把人工智慧带进人们日常生活的重要技术,因此,包含AWS、英特尔、NVIDIA与Microsoft等大型的科技公司,纷纷锁定边缘运算的技术与应用,最为其在物联网时代的主要服务项目,积极投入边缘晶片与边缘平台的开发。


根据市场研究公司technavio的研究,全球2019至2023年全球边缘运算市场的年复合成长率(CAGR)将近41%,市场规模将达到57亿美元。而其主要的驱力则来自於对於「去中心化」的运算力需求,藉此减低因数据传输路径过长所造成的决策延迟。


另一方面,万物联网的时代,必然出现数据资料量爆炸性成长的情况,这不仅考验网路基础建设与传输技术,同时数据的储存与隐私问题也会变成发展的挑战。也因此「分散式储存」和「分散式帐本」的技术与应用,也将随之而来。


而随着全球5G陆续启用之後,尤其是5G的低延迟与大连结的技术,更是有助於提升分散式运算的性能,对於上述种种的分散式运算技术与应用,将会刺激其进一步的加速发展,并成为未来几年内重要的市场成长驱力。



图一 : 5G与边缘运算将是共生互用的紧密关联。(CTIMES制图;source:lanner-america)
图一 : 5G与边缘运算将是共生互用的紧密关联。(CTIMES制图;source:lanner-america)

分散式运算的最隹体现

提起分散式运算,智慧手机算是最典型的一个代表产物了。越来越强大的运算功能,可以由使用者随身携带,真正做到随时随地、不同空间的异地运算。特别是随着5G问世,更大的通讯频宽,使得更为强大的分散式运算成为可能,并开启更多全新的应用体验。我们可以说,去中心化的边缘运算,就是实现分散式运算的最隹体现方式。


Marvell 首席架构师 George Hervey指出,当我们迈向「始终在线,始终连接」(Always On,Always Connected)模式的更进阶阶段时,智慧手机已经成为生活中不可或缺的一部分。我们的手机提供即时的资料和沟通媒体存取,这样的存取方式影响我们的决定,最终左右我们的行为。这便是分散式运算的全新意涵。


思科预计,到了 2022 年,全球行动网路将会支援超过 120 亿部行动装置及物联网连线。而这些行动装置将会支援更多元的功能。如今,我们的手机已然取代许多小工具并提供诸多服务。如果您的手机可以提供 Apple Pay、Google Pay 或执行电子支付,那麽便无需随身携带皮夹。如果手机可以开车门并且启动汽车,或是可以打开车库的门,那麽就无需随身携带车钥匙。目前,应用程式已经涵盖即时串流服务,可提供 VR/AR(虚拟实境/扩增实境)体验和即时分享等服务。未来的服务和应用程式似??可以满足无限的想像,不过它们的发展需要新世代资料基础架构的支援与协助。


对於边缘智能的需求

网路连线能力和流量成长都在持续提升,原因是新型数据密集应用程式的采用率的提升,造成对频宽以及更高智慧基础架构的需求。这样的基础架构可以透过智能辨识特定的应用程式和基础架构需求,并且在必要时提供边缘的处理作业。随着Multi-Gigabit 乙太网路和 400GE 骨干连线的进步,网速也获得提升,但最新的 5G 和 Wi-Fi 科技可用频宽却持续造成回程传输中的瓶颈。


George Hervey说,边缘处理有助於避免大量资料跨网路移动。这种更高阶的网路智能可以让网路在无须使用者介入的情?下提供复杂的软体定义基础架构管理、管理推论引擎、应用相关策略。最重要的是可提供主动式的应用程式功能。 透过使用具有低延迟性、高可靠度和安全性的基础架构提供几??即时的互动式平台,使用者体验将会获得提升。


伴随对频宽的需求迅速激增,该怎麽有效在大范围内解决这个问题呢?在平行处理云端资料中心时发现,要扩展并处理新增的频宽和大量节点,可以在网路边缘新增处理作业。这个方法可以在资料中心完成,方法是透过使用智慧网卡(smartNIC)从伺服器卸载复杂的处理工作,包含封包处理、安全性、以及虚拟化。 另一个相似的方法可在电信业者网路中达成,方法是透过部署位於边缘的SD-WAN/uCPE/vCPE提供智能服务并减少连线成本。然而,这个方法在企业网路中会出现问题,因为企业网路需要多样功能的端点,而第一个一致功能需求位置出现在网路的存取层。


结语:利用AI


图二 :  5G问世使得更为强大的分散式运算成为可能,并开启更多应用体验。(source: pxhere.com)
图二 : 5G问世使得更为强大的分散式运算成为可能,并开启更多应用体验。(source: pxhere.com)

如果使用传统方式在企业网路中部署服务(例如集中式防火墙和验证伺服器),还会遇到其他挑战。按照预期,会有更多的装置需要存取网路,而且每部装置会需要更多频宽。这种情况下,这些传统方式的限制会造成瓶颈。如果要解决这些问题,必须真正实现网路边缘处理,让处理作业贴近需求端,并且更加智能。 网路 OEM、IT 基础架构拥有者和服务提供者,都必须在企业网路的存取层善用新世代的AI和网路功能卸载。


**刊头图(source: marvell.com)


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