企业环境内的云边协同 | 系列文章（8）

题图摄于北京奥林匹克公园龙形水系

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（转发 VMware 中国研发中心系列文章，本文作者系 VMware 边缘计算实验室主任）

第八篇 企业环境内的云边协同

云计算

云计算的本质是利用大规模数据中心内丰富的IT资源，辅以自动化、智能化流程、实现按需获得资源的自服务模式。一般在讨论中只关心它的数字属性和商务属性，而很少涉及其物理属性。但实际上云在大规模数据中心内运行的物理属性，对于理解边缘计算和云边协同非常重要。

云计算模式从下到上分为基础设施即服务（IaaS）、平台即服务（PaaS）、软件即服务（SaaS）三层，在边缘计算和云边协同上我们也会以此来划分层级和讨论。

云的商务模式大略可以分成私有云、公有云和混合云三类，在边缘计算上我们也会试图以类似的模式来描述其运作模式。

边缘计算

本文讨论的边缘计算以一般企业环境为主。下图为一般企业环境内的云边协同计算参考架构，其中的任何一层实际上都是可选的。具体的实现方式因组织和用例而异，各有不同。但总体的层级结构是类似的。

云边缘/边缘云

这层是由若干机架服务器组成，从云侧（数据中心）看它们位于边缘位置（物理属性），但实际以云的方式来管理运维，故而从边缘侧看它们是云（IT属性）。

在本文中，将其称做云边缘。这层是云和边缘的重叠层，有时也称作小云（Cloudlet）。

一般企业环境内，云和云边缘的连接通常由VPN/SD-WAN来实现。该层一般不支持现场协议的接口，所以要么只运行IT应用，或需要通过设备边缘来接入OT应用。对于成本敏感的企业，也可能会选择不部署云边缘，而将下层直接连上云。

VMware在2018年发布了针对边缘云、内涵VeloCloud SD-WAN 的Dimension项目，并于2020年启动了基于Dimension项目、由Dell运维的VMware Cloud on Dell EMC的商用部署。

设备边缘

这层是由更多边缘设备（网关）组成，它们一般相互独立，最佳实践是从云侧远程管理独立设备。其中某些高端设备可能形成资源池，因此也可以云化的方式管理。比如第五篇“超融合设备集群”就描述了这样的例子。

为了执行多种任务，这层通常运行通用OS，是可统一实施企业IT管理实践的最外侧实体。这一层有时也称作雾计算（Fog Computing）。

该层的主要作用是通过OT现场接口、连接下层模组和终端，进行有限的计算、并连接上层或直接上云。

模组和终端

这层是一般由数量极多的小型传感器、PLC、模组和终端组成，它们一般只执行单一任务，从云侧远程管理。因为资源极为有限，无法形成资源池，也无法云化管理。

本层的主要作用是获取机器或物上的数据，连接上层或直接上云。

层级结构具体实现

如果把边缘计算各层级结构是否存在的可能性完全排列开来，可以得到如下的表格。对应每种结构，几乎都可以找到相应的使用场景。

边缘计算层级结构 （空缺即不存在）	使用场景举例
终端/模组-设备边缘-云边缘-云	大型工厂内机床预测性维护
设备边缘-云边缘-云	（罕见）
终端/模组-云边缘-云	大型企业内以普通摄像头视频监控
终端/模组-设备边缘-云	中小型工厂/商店内监测设备运行状态
终端/模组--云	公共事业类广泛部署的远程抄表
设备边缘-云	小型办公室内运行SD-WAN Edge等应用
云边缘-云	大型远程办公室内执行本地IT应用

只有一种情况例外：即边缘模组/终端不存在、而设备边缘与云边缘都部署的架构。它罕见的原因在于，设备边缘相对于云边缘的唯一独特价值在于OT接口，而设备边缘的资源远少于云边缘。如果没有边缘终端/模组，意味着不需要OT接口，那么如果又部署云边缘，则设备边缘的必要性就不存在了，否则就会形成叠床架屋的结构。

我们观察到在不同地域的用户，对于不同的层级结构有不同的倾向性。比如在欧美市场，边缘云接受度较高；而在国内，企业普遍更倾向于设备边缘的实现方式。

云与边缘贯通比较

如果把云和边缘的各类计算形式贯通起来，从不同的角度分析比较，可以对每层的特性有更深入的理解。

物理属性

• 地理位置：距离数据源的物理距离

• 长宽尺寸：物理空间大小

• 功率消耗：单位电能消耗

• 资源丰度：内含计算资源的相对丰富程度

• 数量规模：相同地理位置的最大规模

数字属性

• 使用目的：执行计算任务的种类数量

• 网络时延：计算任务输出与数据产生之间的最小时延

• 运维管理：是否自动化、智能化

• 资源视图：是否抽象化、池化

商务属性

• 资产所有：物质资产的所有形式

• 运维执行：运维任务的执行方式

• 数据所有：产生数据的实际所有权

		边缘终端/模组	设备边缘	云边缘/ 边缘云	私有/混合/公有云
物理属性	地理位置	<10米、 同台/架	<100米、同室	<1000米、 同场/厂/楼	>1000米、同城/省/国
	长宽尺寸	<10厘米	<30厘米	<1米	<1米
	功率消耗	<10瓦	<100瓦	>400瓦	>400瓦
	资源丰度	非常有限	有限	丰富	很丰富
	数量规模	>10000件	>1000台	<50台	>10000台
数字属性	使用目的	非常单一	比较少	相对多样	非常多样
	网络时延	<1毫秒	<5毫秒	<20毫秒	<100毫秒
	运维管理	半自动化	半自动化	自动化	自动化
	资源视图	未抽象化	半抽象化	抽象化	抽象化
商务属性	资产所有	自有	自有/租赁	自有/租赁	自有/租赁
	运维执行	自营	自营/外包	自营/外包	自营/外包
	数据所有	自有	自有/共有	自有/共有	自有/共有

上表是边缘计算各层内的基本特征举例。如上表所示，在私有/混合/公有云的不同运行模式中，资产、运维和数据有不同的拥有和执行方式。类似地，在边缘计算中，特别是云边缘和设备边缘上，也可以有不同的资产所有/租赁和运维模式。各层的运维模式之间相互融合，就会产生丰富多彩的云边协同商务运作方式（私有边缘、公有边缘、混合边缘、托管边缘等）。

关于商务模式的讨论已经超出了本系列文章的范畴，这里不再延展开去。

云边协同

云边协同的总体思路是将边缘与云统一管理，协调一致。

根据如上的分析，云和边缘的协同方式也可以划分成几个不同的层级结构来实现。

设备边缘、边缘终端/模组各层的管理平面可以位于云内，也可以位于云边缘。

基础设施层

对于云边缘和设备边缘来讲，虽然资源丰度不同，但都可以运行多种任务。故而为不同应用需要划定适当的资源，这也就是基础设施层的主要价值。

云边缘的基础设施层和云内IaaS的实现和管理方式类似。

边缘终端/模组完成单一任务，基础设施层退化为简单的连接管理和固件更新。

应用平台层

云边缘的应用平台层和云内PaaS的实现和管理方式类似。

边缘终端/模组的单一应用通常不单独更新，应用平台层退化进入固件更新。

应用软件层

云边缘的应用软件层和云内SaaS实现互联互通，管理方式类似。

设备边缘的应用软件通常不对上层开放服务，而只是对边缘设备或下层响应。

边缘终端/模组的单一应用与上层连接，主要通过非常简化的API提供数据。

	终端/模组	设备边缘	云边缘/边缘云	公有/私有/混合云
基础设施层	连接管理/ 固件更新	虚拟化设备/集群	IaaS	IaaS
应用平台层	（退化）	容器化/ Kubernetes	PaaS/ Kubernetes	PaaS/Kubernetes
应用软件层	（无）	同层Rest API	SaaS	SaaS

- 未完待续 -

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