1.3　边缘计算中的网络体系

随着研究的不断深入，研究人员发现边缘计算所呈现的优势与底层的网络连接密不可分。比如，边缘计算带来的低时延特性，如果没有网络的支持，是无法实现的。换句话说，边缘计算并不是简单地将服务器、存储设备放到边缘机房就可以实现的，更重要的一点是需要对底层网络基础设施进行梳理，让用户能够享受到更短的接入距离所带来的优势，避免出现物理位置靠近但逻辑距离绕行的尴尬场景。

但很遗憾的是，现有网络架构并不是以边缘计算业务为中心进行设计的，也就是说，网络架构设计时并未考虑边缘计算业务带来的不一样的流向和流量特征。从目前的实践来看，现有网络在承载边缘计算业务时常会出现流量绕行、性价比偏低的情况。究其原因，主要有以下几点：

（1）传统网络以南北向流量为模型进行设计，较少考虑东西向流量。以IP城域网为例，它最早是为家庭客户宽带上网而设计建设的，网络流向以南北向为主，即从分散的宽带用户到集中的业务平台，用户流量通过多层汇聚后，集中到核心节点，再通过核心节点转到相应的业务平台。但现在边缘计算提出了不一样的需求，用户流量不一定要汇聚到核心节点，更多的是就近处理，这就需要网络具有离散的流量分发处理能力。

（2）传统网络在分类上大多是按技术体系来分的，比如传输网络、数据网络等，而数据网络又可进一步细分为面向普通宽带上网业务的IP城域网、面向移动业务的无线承载网（如IP RAN、SPN等）、面向政企客户的MPLS VPN网络等。每类网络在规划、建设、运营等方面都自成体系，网与网之间联系较少。但边缘计算打破了传统网络之间泾渭分明的局面，强调以用户为中心，其接入手段呈现多样化，网络也呈现碎片化状态，更多以地域组织来区分网络，这就需要在建设运营网络时打破传统网络的界限，重新组织。

（3）目前主流的以IP技术为基础的网络，比如互联网、IP城域网、无线承载网等，最基础的服务体验是尽力而为，能够满足一般的业务应用；对于有特殊要求的业务应用多采用QoS等手段提供一定的性能保障；对于要求特别高的业务则只能通过传输专线、光纤直连等方式解决。对于边缘计算带来的新型业务场景，原有的这些方式普适性不足，尤其是工业互联网场景下的边缘计算应用，其对网络性能质量的要求极高，需要引入新的技术手段并调整网络架构，方能满足业务的实际需求。

（4）边缘计算与云计算密不可分，云边协同、边边协同、云边端协同都是下一阶段的重点方向，而其中的底层网络需要根据这些变化进行灵活而高效的调整，但现有的网络体系并没有从这个角度进行设计。因此需要跳出传统的网络划分模式，从顶层重新考虑网络体系，在不同类型的网络之间进行联动与优化设计。

综上所述，由于用现有的网络体系去满足边缘计算提出的新需求在当前已经面临各种挑战，因此有必要跳出传统网络体系的设计理念，从边缘计算的视角，重新审视和划分网络体系，研究和应用新的解决方案与关键技术，落实边缘计算为各类客户带来的新特性。

为了更好地描述边缘计算网络基础设施，在ECC联盟和N5A联盟第一次联合发布的《运营商边缘计算网络技术白皮书》中定义了ECA、ECN、ECI三个名词，分别来描述以边缘计算为视角的网络基础设施的三个部分。

• ECA：从用户系统到边缘计算系统所经过的网络基础设施。

• ECN：边缘计算系统内部网络基础设施。

• ECI：从边缘计算系统到云计算系统（如公有云、私有云、通信云、用户自建云等）、其他边缘计算系统、各类数据中心所经过的网络基础设施。

这种划分方式如图1-7所示。

值得一提的是，这种网络划分方式并不是指我们现在需要按照这种方式重新建设运营一张独立的网络，而是以边缘计算为立足点，重新审视网络的各个部分，将边缘计算业务对网络的需求分解成三个逻辑部分，从而指导相关网络体系的优化、发展与演进方向。

1.3.1　ECA

ECA是指从用户系统到边缘计算系统所经过的一系列网络基础设施，包括但不限于以下几个方面。

• 园区网：企业的内部网、大学的校园网、厂区内的局域网等，常见的网络技术有L2/L3局域网、WiFi、TSN（时间敏感网络）、现场总线等。

• 接入网络：无线网络2G/3G/4G/5G、运营商WiFi、光接入网络PON，以及各类接入专线等。

• 边界网关：5G用户面功能（UPF）、宽带网络网关（BNG）、客户终端设备（Customer Premise Equipment，CPE）、物联网IoT接入网关等。

从工程实践来看，边缘计算业务需要ECA具有融合性、低时延、大带宽、大连接和高安全等特征。但ECA横跨园区网、无线接入、固定接入等领域，现有的网络很难完成端到端的优化部署，难以提供有效的质量保障。因此，ECA需要推动现有网络的演进升级，其核心思路主要在于缩短ECA的距离，即使边缘计算系统无论在物理上还是在逻辑上都尽可能地接近用户系统，常见的解决方案有边界网关下移、虚拟网元部署、固移综合接入，以及园区网络与运营商网络融合等，详见第2章。

1.3.2　ECN

ECN是指边缘计算系统内部网络基础设施，如连接服务器所用的网络设备、与外网互联的网络设备及由其构建的网络等。

ECN与数据中心内部网络（DCN）相近，但由于边缘计算与云计算的差异性，因此两者之间又存在很大的不同。比如，DCN强调扩展性，网络设计必须考虑未来建设的需求，可以提供从几千到几万，甚至几十万个连接规模的扩展能力，但边缘节点的空间受限，扩展性并不是其首要需求，更多的是要考虑如何在有限的空间、电力、制冷等资源下，提供更为全面的服务能力。因此，ECN重点关注简化架构、功能完备、无损性能、边云协同、集中管控等方面的需求，以扁平架构、融合架构等方式来集成多类设备功能。

1.3.3　ECI

如前所述，ECI是指从边缘计算系统到云计算系统（如公有云、私有云、通信云、用户自建云等）、其他边缘计算系统、各类数据中心所经过的网络基础设施。

与DCI（Data Center Inter-connection，数据中心互联网络）相比，ECI的连接更加多样化。一方面，其连接对象更多，且属于不同运营方（如用户本身、云服务运营商、其他边缘计算运营商等）；另一方面，还需要考虑用户对低时延的要求，也会从ECA延伸到ECI，例如在车联网业务场景中，在边边协同的基础上继续保持用户业务的低时延特性。这就需要ECI首先在DCI的基础上进一步扩展，然后利用一些跨网络隧道技术来构建灵活的网络机制。