行业 | 2020年云计算发展白皮书

Posted 2021-04-29 测绘学报

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近日，中国信息通信研究院（以下简称“中国信通院”）在“2020可信云大会”上发布《云计算发展白皮书（2020年）》，白皮书指出：未来，云计算仍将迎来下一个黄金十年，进入普惠发展期。一是随着新基建的推进，云计算将加快应用落地进程，在互联网、政务、金融、交通、物流、教育等不同领域实现快速发展。二是全球数字经济背景下，云计算成为企业数字化转型的必然选择，企业上云进程将进一步加速。三是新冠肺炎疫情的出现，加速了远程办公、在线教育等 SaaS 服务落地，推动云计算产业快速发展。”

分布式云成云计算新形态，助力行业转型升级

01云计算从中心向边缘延伸

1.边缘产业逐步兴起

边缘计算的兴起，使得如何为边缘侧赋能成为业界关注的热点。边缘的具体形态分为边缘云和边缘终端。边缘云是云计算向网络边缘侧进行拓展而产生的新形态，是未来产业关注重点，是连接云和边缘终端的重要桥梁。边缘终端位于边缘云与数据源头路径之间，靠近用户或数据源头的任意具备一定硬件配置的设备，包括边缘网关、边缘服务器、智能盒子等终端设备。围绕边缘云与边缘终端，在 CDN、视频渲染、游戏、工业制造、自动驾驶、农业、智慧园区、交通管理、安防监控等应用场景下，相关产业已初现端倪，蓄势待发。

2.边缘侧需求催生分布式云新形态

为了满足视频直播、AR/VR、工业互联网等场景下，更广连接、更低时延、更好控制等需求，云计算在向一种更加全局化的分布式组合模式进阶。分布式云或分布式云计算，是云计算从单一数据中心部署向不同 物理位置多数据中心部署、从中心化架构向分布式架构扩展的新模式。

分布式云是未来计算形态的发展趋势，是整个计算产业未来决胜的关键方向之一，对于物联网、5G 等技术的广泛应用起到重要支撑作用。包括电信运营商、互联网云服务商等在内的各类型厂家纷纷进行相关尝试，利用自身优势资源，将云计算服务逐步向网络边缘侧进行分布式部署。

分布式云架构图

分布式云一般根据部署位置的不同、基础设施规模的大小、服务能力的强弱等要素，分为三个业务形态：中心云、区域云和边缘云。

中心云构建在传统的中心化云计算架构之上，部署在传统数据中心之中，提供全方面的云计算服务；区域云位于中心云和边缘云之间， 一般按照需求部署在省会级数据之中，主要作用是为中心云和边缘云之间进行有效配置；边缘云与中心云相对应，是构筑在靠近事物和数据源头的网络边缘处，提供可弹性扩展的云服务能力的云计算模式，并能够支持与中心云协同。

02云边协同成为分布式云的核心

为了让“万物互联”的世界更加智能，通过将云计算的能力进行拓展，边缘云能够深入到传统中心云无法覆盖到的边缘应用场景。同时，分布式云通过云边协同，提供了一种更加全局化的弹性算力资源，为边缘侧提供有针对性的算力。

1.边缘云应用服务产品不断丰富

电信运营商整合网络和边缘基础设施优势，采用“网络+平台”的融合部署模式，推出 MEC 边缘解决方案，通过用户面功能网元（UPF）的不同部署位置，提供专享型和共享型边缘云服务。互联网云服务商通过边缘云服务、边缘节点管理平台等云边协同产品将中心云功能下沉到网络边缘，同时打通中心云与边缘云通道，加强中心云对边缘云在服务和应用上的管理能力。同时，电信运营商和互联网云服务商均着眼于边缘侧 PaaS 平台建设，通过统一 API 接口将服务能力开放到应用侧，提升边缘侧典型场景的应用落地能力。

中国信息通信研究院为保障电信运营商和云服务商在云边协同应用服务方面的能力，依托 CCSA、ITU 等标准化组织，积极研究云边协同相关标准，制定了《分布式云全局管理框架》、《边缘云服务信任能力要求》、《基于云边协同的边缘节点管理解决方案能力要求》、《MEC 边缘云服务信任能力要求》等标准，对边缘云及云边协同能力提出了具体的技术要求，为应用企业选择可信、安全的云边协同服务或解决方案提供相关参考。

2.云边协同技术体系架构趋于成熟

随着云边协同相关技术的不断发展，以资源协同、数据协同、服务协同、应用协同、运维协同、安全协同等为基础的分布式云体系架构已经逐渐成熟，而电信运营商和互联网云服务商则发挥各自优势，继续完善云边协同技术体系架构。电信运营商利用5G网络的特性， 以 CT 联接能力和 IT 计算能力融合作为切入点，通过部署用户面功能网元（UPF），对软硬件接口进行解耦，构建涵盖硬件资源层、虚拟化层、平台能力层、应用层、应用安全和运维的一体化的服务能力， 搭建 5G+MEC 边缘云的云边协同基础设施和 MEC 边缘云平台，构建一站式边缘侧解决方案。互联网云服务商依托中心云服务基础，将容器、微服务等能力扩展至边缘侧，在边缘侧提供弹性分布式算力资源，同时在云端向边缘侧进行远程资源业务调度、数据处理分析、服务编排、运维指令下达等操作，构建“中心云-边缘云”的分布式云架构。或者通过分布式云管理平台和边缘节点软件相互配合，对边缘侧计算资源进行远程管控、数据处理、分析决策等操作，提供完整的云边协同的一体化服务。

3.云边协同布局促使计算资源分布式发展

现阶段，云计算基础设施布局已经相对清晰，各大云计算服务商已经在全国构建了大型数据中心，满足中心云相关服务需求，而在区域云和边缘云等边缘侧基础设施建设中还存在数量少、覆盖小、网络差等问题。未来需重点推进边缘侧基础设施建设部署，同时增强云边协同能力建设，促进分布式计算资源发展。

增加边缘基础设施数量，是计算资源分布式发展的基础。在更靠近用户的网络边缘侧建设边缘机房，或利用现有边缘机房进行改造，增加边缘云节点数量。现阶段，重点在工厂、园区、港口、医院等对计算资源需求较为旺盛的场所进行部署，保证计算资源能够全面覆盖典型应用场景。

增强云边协同能力，是计算资源分布式发展的核心。边缘侧更多提供轻量化，实时性的计算能力，对于应用场景中复杂的环境，需要中心云对数据进行分析挖掘、数据共享、模型训练和升级等工作，并对边缘侧进行管理。只有增强云边协同能力，才能保证中心与边缘进行更好的协同工作，使分布式计算资源能够得到更好的利用。

03云边协同助力行业应用转型升级

1.数媒行业依托云边协同增强服务能力，提升用户体验

伴随着移动互联网的发展和智能手机、平板电脑等智能终端的普及，广大人民通过碎片化的时间获取的信息愈发多元化。相关调查显示，目前我国智能终端用户超过七成的碎片化时间“消耗”在视频直播、短视频、游戏为代表的文娱应用中，数媒文娱产业进入爆发增长阶段。面对当前每日激增的用户流量和越发激烈的市场竞争，数媒行业探索依托云边协同实现业务模式的创新，增强服务能力，提升用户体验。

传统 CDN 结合云边协同降本增效，实现业务智能升级。随着视频、游戏等行业快速发展，爆发式增长的数据量对传统 CDN 行业带来了较大挑战，硬件设备及网络带宽高昂的成本以及海量数据情况下的网络传输压力成为了传统 CDN 行业发展的痛点。云边协同模式的结合应用是各大 CDN 厂商提升自身竞争力的第一选择。

首先，基于云边协同模式构建 CDN 服务可以将云计算弹性伸缩按需扩展的计算能力下沉至 CDN 节点边缘侧，大幅降低边缘侧设备资源的一次性购置成本；其次，CDN 边缘节点可以在靠近终端用户的边缘侧对数据进行预计算处理，进而有效降低与中心云之间的网络传输流量，缓解带宽压力；最后，通过云边协同赋予的资源智能调度能力，可以对边缘侧 CDN 节点进行最优化选择，为边缘侧用户提供高效稳定的服务。

视频云行业图谱

视频领域面对海量用户和激增流量，借助云边协同大幅提升用户体验。相关数据显示，目前我国视频用户已经超过社交用户，成为全网第一用户群。随着用户基数的激增和热点事件的频现，如何在高流量下保证低时延、少卡顿，满足用户对视频直播、点播、短视频、在线会议等细分场景下对于高清、流畅、实时互动的用户体验需求成为视频行业必须解决的头等问题。

针对视频行业的火爆场景，我国各大云服务商将云边协同模式在视频云产品中落地实践，通过产品化的 SDK、遍布全国的边缘计算节点以及强大的云端处理能力，为视频行业客户提供包含“采集-预处理-编码封装-边缘推流-云端处理-边缘分发-播放”的端到端一站式解决方案，垂直行业覆盖游戏文娱、在线教育、新闻媒体、零售电商等各领域。

游戏行业依托云边协同新模式，打造全新升级体验。近年来，游戏市场的火爆对各大游戏厂商提出了更高的要求，如何在激烈的市场竞争环境下通过更好的用户体验获取用户青睐是各大游戏厂商的第一要务。“云边协同+游戏”使得近年大热的 AR、VR 以及云游戏变得更加容易落地实践。

一方面，通过云边协同可以根据不同场景需求分别在近用户的边缘侧和云端进行游戏画面渲染计算，减少由于高延迟和低刷新率造成的头晕等不适应感，实现完整的AR、VR 体验；另一方面，对于大规模多人在线游戏而言，通过云边协同可以基于位置匹配玩家，实现同一地域玩家就近通过同一个边缘节点进行连接，降低游戏互动时延。随着 5G 时代的到来，云边协同+5G 将会促进云游戏模式发展落地，将为游戏行业带来全新的体验升级。

2.云边协同加速传统行业数字化进程

现阶段，边缘计算市场规模增长迅速，尤其在工业制造、自动驾驶等为代表的生产控制类应用场景中，大量数据需要在用户侧进行处理，来保证低时延、高并发、大流量等需求。同时，数据存储、模型训练、大数据挖掘等操作需要云端的强大计算能力支持。在实际应用中，云边协同已成为加速工业、农业、交通等行业数字化进程的主流模式。

在工业领域，云边协同实现传统工业与信息化的融合。以工业制造为例，工业现场的边缘计算节点具备一定的计算能力，能够自主判断并解决问题，及时检测异常情况，更好的实现预测性监控，提升工厂运行效率的同时也能预防设备故障问题，将处理后的数据上传到云端进行存储、管理、态势感知。同时，云端也负责对数据传输监控和边缘设备使用进行管理。中心云与边缘云在资源管理、远程控制、安全管理、运维监控等方面协同运作，保证现场接入设备能够快速、准确、方便的进行相关生产操作，同时预防设备及产品故障，同时加强数字化建模与实体映射，真正实现数字化生产。

在农业领域，云边协同帮助传统农业向数字化、智能化、网络化转型。以畜牧养殖为例，边缘网关、边缘控制器等边缘计算设备接收来自猪、牛、羊、兔等牲畜佩戴设备上传的数据，并在边缘侧对养殖数据进行处理，实时掌握牲畜分布、饲料使用量、疫情数据等信息。云计算平台与边缘网关、边缘控制器等边缘计算设备协同工作，解决带宽和网络覆盖不全面、生产风险不可控等问题，保证牲畜采集信息和数据的准确性，对检疫和疫情进行有效管控，全程监管畜牧生产过程，最终达到数字化、智能化、网络化养殖。

在交通领域，云边协同助力智能驾驶升级。以自动驾驶为例，汽车将集成激光雷达、摄像头等感应装置，并将采集到的数据与道路边缘节点和周边车辆进行交互，从而扩展感知能力，实现车与车、车与路的协同。云计算中心则负责收集来自分布广泛的边缘节点的数据，感知交通系统的运行状况，并通过大数据和人工智能算法，为边缘节点、交通信号系统和车辆下发合理的调度指令，从而提高交通系统的运行效率。

3.智慧城市利用云边协同实现感知、互联和智慧

智慧城市是城市化发展的高级阶段，主要指利用新一代信息技术，推动城市各类信息系统之间的资源共享和业务协同，实现城市“感知、互联和智慧”。智慧城市的运行中，具有广泛终端接入、海量数据处理和实时性要求高等特点，利用云边协同可以大幅降低网络负载，提高响应速度，降低能源消耗。目前，云边协同已经在交通、园区、安防等领域发挥作用，成为智慧城市建设的新生力量。

智慧交通领域应用云边协同助解城市拥堵病。随着我国机动车保有量迅速增加，城市交通系统结构复杂，形成包含人、车、路，视频、图片、交通流等各类的海量交通数据，交通领域如何获取实时路况信息、快速解决突发事故、缓解交通拥堵是社会关注的焦点。云边协同模式下，云计算相当于智慧交通的“大脑”，边缘计算相当于智慧交通的“神经末梢”。在边缘服务器上通过运行智能交通控制系统来实时获取和分析数据，根据实时路况来控制交通信号灯，以减轻路面车辆拥堵等问题。同时，可借助多方数据资源，通过自动比对和分析，对道路拥堵情况提前发出预警，辅助人工决策。

智慧园区领域应用云边协同加速园区创新转型。传统园区的信息化往往存在数据不互通、业务难融合、运营效率低、业务创新难等痛点。智慧园区的构建聚焦于园区在能源、环境、安防等方面的智慧化服务，为园区的管理者和使用者提供深度数据共享和服务体验。基于云边协同可实现园区视频监控和态势感知能力的提升，通过将园区内的所有摄像头接入到边缘服务器，视频分析算法下沉实现对视频流直接进行处理，从而无需把视频流数据上传到云端，既可以减少带宽成本，又可以提高处理的实时性。构建开放的“云、管、边、端”协同的园区信息基础设施架构，有助于加快园区智慧化转型。

智慧安防领域应用云边协同筑牢城市安全防线。随着“平安城市”、“雪亮工程”的深入开展，安防行业对视频图像的清晰度、网络带宽要求越来越高，更多的数据需要借助在前端处理以提升决策准确率。云边协同在安防领域的实践从根本上打破了“智能”应用落地的壁垒，让原本受限于计算力、传输环境、存储环境等诸多问题的应用设想得以实现。在边缘计算节点上搭载 AI 人工智能视频分析赋能边缘智慧化， 完善重大刑事案件和恐怖袭击活动预警系统和处置机制，提高视频监控系统的防范刑事犯罪和恐怖袭击能力。

文章转载自微信公众号中国测绘学会智慧城市工作委员会，版权归原作者及刊载媒体所有。

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