基于云原生的火山引擎边缘云应用与实践
8月26日，2022全球分布式云大会在北京召开。火山引擎边缘云高级产品总监沈建发以“基于云原生的火山引擎边缘云应用与实践”为主题，分享了火山引擎的新一代边缘云整体架构，以及边缘云产品与解决方案应用案例。本文根据演讲内容整理。
01 边缘云将成为新一代应用的重要基础设施
架构与应用的演进驱动边缘云变革。应用前端从最早单机模式，逐渐发展为现在的手机、Pad、电视、智能机器人等多终端模式，相应的应用架构也从原来的单点部署、集群部署、中心化部署走向如今云边协同的分布式部署；从应用形态来看，随着图文、视频直播、AR/VR等应用的发展，应用形态越来越丰富，对时延和算力也提出了更高要求，与此同时，应用所产生的数据也呈现爆发式增长，据IDC预测，2025年全球数据规模将增长至175ZB。
因此，面对海量数据与新应用形态对超低时延和分布式架构的需求，边缘云将成为新一代应用的重要基础设施。
边缘云作为中心云能力的延伸，具备广域覆盖、分布式、低时延、弹性等优势，能够通过广域覆盖的边缘节点和高效协同的网络资源，为海量数据处理提供充足的边缘算力，同时支持应用更靠近用户的部署和服务，满足终端用户超低时延的体验需求，并且通过云边协同模式为应用提供更实时的服务响应、更友好的硬件形态和更通用的辅助算力。同时，根据咨询机构预测，到2025年70%的数据将在边缘进行处理，而未来边缘解决方案的全球支出也将出现大幅增长。
火山引擎也从2019年开始布局边缘云赛道，目前已对外开放了完整的边缘云基础设施产品矩阵以及安全稳定的融合网络。下面将详细介绍火山引擎边缘云产品与解决方案。
02 基于云原生的火山引擎边缘云整体架构
火山引擎边缘云定义
火山引擎边缘云是指以云计算基础技术和边缘异构算力结合网络为基础，构建在边缘大规模基础设施之上的云计算服务，形成了以边缘位置的计算、网络、存储、安全、智能为核心能力的新一代分布式云计算解决方案。
火山引擎把从用户到云中心之间所有的算力层都定义为边缘云的范畴，包括从现场边缘、近场边缘到云边缘三层，覆盖5-40ms时延的范围。 三层分别提供从用户现场、本地城市节点和区域中心汇聚节点等的整体边缘云能力，确保用户就近接入，满足业务超低时延的算力调度和网络转发能力的需求。同时，基于边缘云原生操作系统，围绕计算、网络、安全三大核心火山引擎分别提供如多实例异构算力、全球内容分发与加速网络、边缘应用服务和安全解决方案，为业务保驾护航。
基于云原生的火山引擎边缘云整体架构
火山引擎边缘云建立在统一的基础设施底座之上，基于云原生架构和自研的边缘云原生操作系统，实现如云网协同、云边协同、多云协同和边边协同等全边缘场景能力；并在此之上构建了计算、加速、应用三个单元服务类型。
- 计算层，提供了包括边缘计算节点、边缘容器、边缘函数等更低时延、更高性能、稳定可靠的计算资源，满足用户多种异构算力就近部署的需求。
- 加速层，提供包括内容分发网络、全站加速、全球加速等多种加速能力，助力业务高效连接。
- 应用层，提供了边缘渲染、边缘智能、边缘安全等三大应用服务体系。
新一代算力底座：边缘计算云平台
边缘计算云平台是火山引擎边缘云的新一代算力底座，平台整体采用一横N纵的结构方式，一横是指基于边缘计算基础设施打造的云原生边缘平台，N纵是指具象化的服务能力。
- 在边缘基础设施层，按边缘算力的分布层级优选全国各省市丰富的边缘资源和运营商网络，并按地理层级部署优质的单线、多线节点，结合多种架构的硬件设备，如：X86包括定制CPU、ARM服务器、智能网卡、GPU等算力和网络资源，打造面向异构算力的边缘基础设施底座。
- 在平台层，基于边缘基础设施底座和自研的边缘云原生操作系统，构建了边缘自治管理、核心系统组件管理以及面向大规模部署的镜像服务能力。同时，云原生边缘平台实现模块化，通过自研的网络、安全、存储组件，提供云边一致化的使用体验，如VPC私有网络，弹性IP，IPv4/6双栈和高性能负载均衡、防火墙、高效云盘、块存储能力等。
- 在边缘计算资源服务和应用服务层，火山引擎按需提供不同的算力单元，如边缘计算节点、边缘容器、边缘函数等边缘资源，同时在应用层提供边缘渲染、边缘智能等应用服务。
最后，配合云边管理和数据可视，实现全域智能调度、实时数据大屏，满足视频上云、视频直播、实时音视频、云游戏等不同场景对算力和网络需求。
内容分发与加速网络
火山引擎边缘云的内容分发与加速网络，能够基于统一的基础算力底座，构建广域覆盖的内容分发与加速网络，提供全局调度、负载均衡、请求管理、缓存控制、多级架构、回源管理等基础服务，面向如图片/网页、大文件下载、流媒体等业务提供高速分发与加速能力，并在性能优化上采用了如HTTP2、QUIC、双栈加速、页面压缩等特性，实现高性能优化；另外，丰富的控制台、API及详细的产品文档，满足客户便捷的接入需求，实现内容高效分发和极致的网络加速体验。
边缘渲染创新
边缘渲染服务是基于统一的边缘计算基础底座，在边缘云原生操作系统之上构建的PaaS平台，通过智能调度、任务编排，自定义渲染引擎，配合优化的网络传输和实时通信协议，为直播特效、数字人、云游戏、VR、影视动画制作、家装设计等提供实时渲染和离线渲染能力。 为什么要在边缘云上提供云渲染服务？除了满足实时渲染需要的低时延和强大算力之外，在离线渲染场景进行了验证，如相对于一个1G项目工程文件，生成100帧，每帧300MB图片的场景，在同等算力下，中心完成任务处理的时间需要760秒，而边缘只需要79秒，整体的传输效率是中心的9.62倍。
边缘云核心优势
此外，火山引擎边缘云在长期实践中也积累和总结了四大核心优势：
- 高性能标准硬件资源：全网采用NVMe SSD高效云盘和本地盘，通过SPDK技术优化，磁盘IO延时小于1ms。同时优选100G/25G智能网卡和不同系列GPU和定制CPU，为用户提供高性能的计算和网络转发能力。
- 超大规模边缘资源：超百T带宽储备、百万核vCPU/GPU能力，多层边缘5-40ms不同运营商资源接入，为大型流量业务提供可靠保障。
- 超高的产品性能：产品已支撑亿级QPS，边缘单实例网络PPS超700W，同时可提供内存+闪盘多级缓存。
- 超流量场景验证保障：支撑央视春晚直播和红包业务、818抖音新潮好物节等流量洪峰场景，沉淀了大型流量业务保障经验，也形成了完善的监控、运维和服务体系。
03火山引擎边缘云解决方案与案例
实时音视频解决方案
在实时音视频解决方案中，基于直播、点播、RTC等SDK套件、边缘云实时音视频服务、用户侧平台和控制中心，客户构建了涵盖内容生产、拍摄合成、存储计算、播放分发、内容消费的全链路解决方案。
以某教育行业客户为例，边缘云为该客户提供一线、二线城市边缘实例，帮助客户部署在线网课业务所依赖的实时音视频通信RTC平台。通过将RTC平台中推拉流服务下沉至边缘部署，实现基于城市粒度的精准覆盖；同时能本地接入学生、老师的音视频流量，保证在线网课的实时性和互动性，助力云端课堂极致、流畅的使用体验。
端到端全流量全链路解决方案
在边缘云端到端全流量全链路解决方案中，客户基于移动端网络开发套件、一站式的网络性能管理平台、边缘智能框架、云网一体的边缘云底座，构建了一套安全、稳定、实时、弹性的移动流量加速解决方案。
在某金融证券客户的应用场景中，火山引擎边缘云为客户提供边缘加速 + 边缘安全一站式解决方案。其能够同时满足用户质量和安全两大核心诉求，通过⾃研的传输优化、智能缓存、动态路由等提供了纯动态及动静态混合内容的加速服务，给用户提供更优质的访问体验；结合边缘⾼防调度以及边缘WAF能⼒，解决API防护、DDoS和CC攻击，保护内容不被恶意爬取、劫持、篡改等，同时确保SLA高可用；无需用户操作介入，实现边缘与高防中心联动实时自动感知、智能流量调度，降低安全风险和网络压力，提升用户全链路体验。
游戏行业解决方案
在游戏行业解决方案中，客户通过边缘云基础设施、游戏基础服务、游戏业务平台构建了支撑手游、端游、云游等不同业务场景的高效、实时、稳定、安全的解决方案。
以某云游戏客户为例，火山引擎边缘云为某云游戏客户提供了遍布全国的边缘节点和丰富的异构算力资源及单线、多线等优质网络资源。其用于部署游戏加速器的加速节点，通过智能调度和丰富的 API 能力让游戏用户就近接入加速节点，解决游戏用户高峰期网速降低、丢包频繁、端口屏蔽等问题。
除了上述三大解决方案及客户案例，火山引擎边缘云还在泛互联网、汽车、媒体、游戏、金融、电商、教育等多个行业落地。同时，依托全域覆盖的边缘云资源和高效连接的协同网络以及海量算力资源，火山引擎边缘云形成了丰富的行业应用场景。
未来，火山引擎边缘云将继续关注业务需求，以“连接与计算无处不在”为目标，为业务创新提供新动力， 同时也希望能够携手各界合作伙伴，在视频直播、影视特效、游戏娱乐、智慧交通、工业仿真、智慧城市、智慧税务、金融证券等行业，共创边缘新生态。