邊緣計算與算力網路：5G+AI時代的新型算力平臺與網路連接

基於雲、SDN、NFV等新技術的雲化網路應用及發展趨勢，對5G+AI時代的新型算力平台（邊緣計算）與網路連接（算力網路）進行了系統性的介紹。本書內容涵蓋了邊緣計算的典型應用場景、主要特徵、技術架構、管控體系和相關的網路基礎設施，同時還系統性地介紹了算力網路解決方案的定義、思路、模式和典型應用。
　　
本書不僅適合通信領域相關從業人員和高校師生閱讀與參考，而且還適合對邊緣計算和算力網路感興趣的社會各界人士學習。

第1章  5G+AI時代需要邊緣計算與算力網路 1 
1.1  算力時代 1 
1.1.1  算力定義 1 
1.1.2  算力推動各行各業的發展 2 
1.2  5G+AI時代的算力平臺 7 
1.2.1  典型算力平臺：雲計算 7 
1.2.2  新型算力平臺：邊緣計算 9 
1.2.3  端計算 10 
1.2.4  多樣化的算力提供方 11 
1.3  算力平臺與網路連接 11 
1.3.1  雲計算時代的網路解決方案：雲網一體 11 
1.3.2  從邊緣計算視角看網路：ECA/ECN/ECI 12 
1.3.3  算網一體化佈局 16 
1.3.4  邊緣計算時代的新型網路連接：算力網路 16 
1.4  本章小結 17 

第2章  邊緣計算與應用場景 19 
2.1  邊緣計算演進與定義 19 
2.2  邊緣計算的性能指標 24 
2.3  邊緣計算場景與典型應用綜述 25 
2.3.1  ICT服務商將雲計算能力逐步擴展到邊緣設備 25 
2.3.2  工業企業依託豐富的工業場景發揮現場級應用能力 27 
2.4  行業應用 28 
2.4.1  平安城市 28 
2.4.2  遠端醫療 30 
2.4.3  智慧家庭 31 
2.4.4  車聯網 33 
2.4.5  工業智慧製造 34 
2.4.6  內容服務 36 
2.5  本章小結 40 

第3章  邊緣計算主要特徵與技術架構 41 
3.1  邊緣計算平臺行業特色能力 41 
3.1.1  圖像識別能力 42 
3.1.2  圖像渲染能力 43 
3.1.3  即時編解碼能力 43 
3.1.4  智慧分析能力 44 
3.2  邊緣計算平臺網路能力開放 45 
3.2.1  位置服務能力 46 
3.2.2  業務分流能力 46 
3.2.3  無線網路資訊服務能力 47 
3.2.4  使用者身份識別服務能力 48 
3.2.5  寬頻管理服務能力 49 
3.2.6  QoS服務能力 49 
3.2.7  流程統計及計費服務能力 49 
3.2.8  IoT服務能力 51 
3.2.9  WLAN資訊服務能力 52 
3.2.10  固定接入資訊服務能力 52 
3.2.11  車聯網服務能力 52 
3.3  邊緣計算平臺管理能力 54 
3.3.1  邊緣App管理能力 54 
3.3.2  邊緣資源管理能力 57 
3.4  本章小結 59 

第4章  邊緣計算基礎設施層 61 
4.1  伺服器與網路接入設備 61 
4.1.1  邊緣伺服器[42] 61 
4.1.2  伺服器虛擬化 66 
4.1.3  定制化的邊緣接入設備 73 
4.2  基於FPGA的網路算力加速 83 
4.2.1  算力的演進：從CPU到FPGA 83 
4.2.2  FPGA助力網路加速 84 
4.2.3  FPGA助力邊緣計算 85 
4.2.4  邊緣計算算力進入FPGA時代 88 
4.3  資料中心網路的演進 88 
4.3.1  網路架構的演進 88 
4.3.2  網路標準的演進 93 
4.3.3  網路設備的演進 98 
4.4  構建無損的邊緣資料中心網路 102 
4.4.1  無損網路的由來 102 
4.4.2  無損網路關鍵技術 108 
4.4.3  無損網路技術在邊緣資料中心的應用場景 113 
4.5  本章小結 118 

第5章  邊緣計算的管控體系 119 
5.1  邊緣計算的管理架構 119 
5.2  運營商視角的管控體系 123 
5.2.1  運營商的選擇 123 
5.2.2  變革中的網路管理 124 
5.2.3  運營商邊緣計算的管控 143 
5.3  其他視角的管控體系 147 
5.3.1  從雲服務出發構建MEC體系 147 
5.3.2  從應用出發構建MEC-PaaS服務 149 
5.4  本章小結 150 

第6章  從雲網一體到算網一體 153 
6.1  從雲網到邊端 153 
6.1.1  雲網邊端總體能力和內涵 153 
6.1.2  邊緣計算與雲網一體化 154 
6.2  邊緣計算對網路的新需求 155 
6.2.1  典型業務承載需求 155 
6.2.2  協同組網需求 157 
6.2.3  智慧化管理需求 158 
6.3  邊緣組網關鍵技術 158 
6.3.1  泛在多樣連接 159 
6.3.2  確定性無損轉發 159 
6.3.3  算力按需分配 160 
6.3.4  網路切片 160 
6.3.5  網路智慧化 161 
6.4  雲邊協同、算網一體的融合架構 161 
6.4.1  架構融合的基礎要素 161 
6.4.2  算力網路新架構 163 
6.4.3  雲網一體、邊網協同的新型都會區網路 165 
6.5  本章小結 173 

第7章  算力網路 175 
7.1  算力網路的背景 175 
7.1.1  分散式算力成為業務發展新需求 176 
7.1.2  邊緣計算驅動算力提供的多樣化 178 
7.1.3  網路發展為多方算力資源靈活提供奠定了基礎 179 
7.1.4  算力網路提供新的商業模式 180 
7.2  算力網路的定義 181 
7.2.1  算力網路與電力網絡的類比分析 181 
7.2.2  算力網路與雲網協同 182 
7.3  算力網路中多資源聯合優化的數學分析 183 
7.4  算力網路應用案例 188 
7.4.1  算力網路在智慧安防領域的應用案例 188 
7.4.2  算力網路在AR業務領域的應用案例 191 
7.5  本章小結 194 

第8章  算力網路實施方案 195 
8.1  算力網路體系 195 
8.1.1  算力網路體系架構 195 
8.1.2  算力網路交易平臺 197 
8.1.3  集中式的算力網路編排管理平臺 198 
8.1.4  分散式的算力路由層 201 
8.2  算力網路運行示例 202 
8.2.1  場景假設與角色描述 202 
8.2.2  資源資訊分發與收集 204 
8.2.3  算力網路交易詳解 209 
8.2.4  算力網路資源調度 212 
8.2.5  集中式方案、分散式方案、混合式方案對比 215 
8.3  基於AI的擴展服務模式 216 
8.4  本章小結 218 

附錄A  邊緣計算開源系統介紹 219 
A.1  StarlingX 219 
A.2  KubeEdge 233 

附錄B  邊緣計算自動化測試及實踐 251 
B.1  雲化網路自動化測試 251 
B.2  雲化網元自動化測試 259 
B.3  測試平臺實踐 262 
縮略語 269 
參考文獻 277 

雷波，高級工程師，現任中國電信股份有限公司研究院IP與未來網路研究中心主任、中國通信標準化協會網路5.0技術標準推進委員會管理與運營組組長、邊緣計算網路基礎設施聯合工作組（ECNI）聯執主席等職務，目前聚焦在未來網路技術、新型資料中心網路、算力網路等方面的研究工作。
　　
陳運清，教授級高級工程師，現任中國電信股份有限公司研究院副院長、中國電信科技委資料專業組副組長、中國互聯網協會標準工作委員會副主任委員、中國通信標準化協會網路5.0技術標準推進委員會副主席等職務。他長期從事電信運營寬頻網路領域的研究，曾獲2008年度政府特殊津貼，在未來網路、下一代互聯網、IP網路架構、高智慧型網路等子領域均有較深厚的研究和積累。
　　
王旭亮，畢業於日本奈良先端科學技術大學院大學並獲得軟體設計學碩士學位，現任中國電信股份有限公司研究院新興資訊技術研究所未來網路與融合創新部副主任，主要研究方向為雲計算、SDN/NFV、邊緣計算和資料中心網路等。
　　
趙倩穎，畢業于比薩大學和聖安娜高等研究學院，獲資訊和網路專業碩士學位，現為中國電信股份有限公司研究院工程師，曾參與邊緣計算、5G+AI智慧算力網路研究，並參與ITU-T算力網路標準化制定工作，主要研究方向未來網路、算力網路。
　　
解雲鵬，畢業于北京郵電大學，獲電腦應用技術碩士學位，高級工程師，現任中國電信股份有限公司研究院實驗室運營中心技術總監、中國通信標準化協會網路5.0技術標準推進委員會架構組副組長等職務。他主要研究領域為未來網路架構、IP都會區網路、資料中心網路等，獲得省部級獎5項，發明專利10多項，合著專著3本。
　　
王江龍，畢業于北京郵電大學，獲資訊與通信工程碩士學位，現為中國電信股份有限公司研究院工程師，主要從事新型IP網路技術、雲網融合、未來網路架構等創新領域的工作。
　　
柏楠，畢業于北京郵電大學，現為中國電信股份有限公司研究院高級工程師，長期致力於網路運營和IT技術的研究及開發工作，近年主要從事網路雲化、NFV與邊緣計算的設計研發工作。
　　
劉增義，畢業于北京郵電大學，獲通信工程碩士學位，現為中國電信股份有限公司研究院工程師，主要從事網路功能虛擬化、算力網路、容器網路等創新領域的工作。
　　
唐靜，畢業于北京科技大學，獲電腦技術碩士學位，現為中國電信股份有限公司研究院工程師，曾參與SDN/NFV測試平台、邊緣計算、5G+AI智慧算力網路研究，並參與ITU-T標準化制定工作。