紀(jì)盈含

（黑龍江省廣播電視安全播出調(diào)度中心，黑龍江 哈爾濱 150090）

0 引 言

隨著5G通信的不斷推廣應(yīng)用，諸多行業(yè)和機(jī)構(gòu)持續(xù)推動(dòng)相關(guān)技術(shù)產(chǎn)業(yè)的落地。邊界云計(jì)算作為云平臺(tái)建設(shè)的核心技術(shù)，已經(jīng)成為人們研究的熱點(diǎn)。受限于傳統(tǒng)計(jì)算機(jī)制的影響，能力弱、容積小、可持續(xù)性差以及斷點(diǎn)堵點(diǎn)多等性能問題嚴(yán)重制約了行業(yè)內(nèi)傳統(tǒng)計(jì)算終端的發(fā)展[1]。為解決突出問題，突破技術(shù)壁壘，廣電5G在云平臺(tái)建設(shè)進(jìn)程中引入廣電邊界云計(jì)算架構(gòu)，并將其嫁接至區(qū)域、板塊以及移動(dòng)終端等場(chǎng)景。通過不斷部署云節(jié)點(diǎn)和利用邊際協(xié)同效應(yīng)打造“跨域聯(lián)動(dòng)、一體融合、協(xié)同共享”的分布式差異化云平臺(tái)，以云邊界的強(qiáng)計(jì)算機(jī)制為廣電5G賦能，統(tǒng)籌現(xiàn)有資源，以中心式運(yùn)維推動(dòng)廣電全域各節(jié)點(diǎn)的態(tài)勢(shì)共享、數(shù)據(jù)分發(fā)以及服務(wù)延伸等實(shí)際工作，降本增效，規(guī)范服務(wù)，為新階段廣電5G推動(dòng)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)提供技術(shù)支撐。

1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與技術(shù)原理

云平臺(tái)建設(shè)基于邊界云計(jì)算架構(gòu)設(shè)計(jì)，為云服務(wù)和云存儲(chǔ)等技術(shù)加載和后臺(tái)運(yùn)維提供邊界云計(jì)算場(chǎng)景，利用與廣電云中心等核心網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)共享，完成數(shù)據(jù)處理等傾向于用戶的終端服務(wù)。邊界計(jì)算能力能夠有效滿足用戶實(shí)際體驗(yàn)，提高由原Internet提供的基礎(chǔ)服務(wù)質(zhì)量。依據(jù)邊界云計(jì)算架構(gòu)原理，網(wǎng)絡(luò)協(xié)議提供了與5G通信網(wǎng)和移動(dòng)網(wǎng)等連接的多類型網(wǎng)絡(luò)接口，同步適配同類型軟硬件[2]。一般條件下，邊界云與計(jì)算核之間的海量數(shù)據(jù)交互需要支持多層組織架構(gòu)，如圖1所示。

圖1 邊界云與計(jì)算核的多層數(shù)據(jù)交互架構(gòu)

計(jì)算核（數(shù)據(jù)采集層）對(duì)接的是廣電云的各類業(yè)務(wù)、非線性數(shù)據(jù)處理以及全域數(shù)據(jù)運(yùn)維等板塊。邊界云（傳輸層）對(duì)接即時(shí)業(yè)務(wù)，能夠滿足計(jì)算核的業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)要求和運(yùn)維需求。用戶端（服務(wù)層）對(duì)接部分計(jì)算能力和運(yùn)維能力，在數(shù)據(jù)計(jì)算能力傾向終端時(shí)滿足緩存數(shù)據(jù)對(duì)服務(wù)的需求[3]。

2 廣電邊界云計(jì)算架構(gòu)設(shè)計(jì)

結(jié)合Internet組織體系架構(gòu)的問題，設(shè)計(jì)一種基于5G通信的廣電邊界云計(jì)算架構(gòu)。核心思想為通過邊界云的靈活機(jī)動(dòng)運(yùn)算和網(wǎng)絡(luò)分布存儲(chǔ)能力，解決原互聯(lián)網(wǎng)提供數(shù)據(jù)調(diào)配、計(jì)算以及存儲(chǔ)等服務(wù)的資源調(diào)度限制。依托邊界云的核心計(jì)算能力，嫁接網(wǎng)絡(luò)終端用戶和云數(shù)據(jù)中心間的數(shù)據(jù)服務(wù)，實(shí)現(xiàn)分布式的云端資源獲取和信息處理能力[4]。在整個(gè)邊界云計(jì)算框架中，5G通信網(wǎng)絡(luò)承載著海量數(shù)據(jù)傳輸功能，如圖2所示。

圖2 基于5G通信的廣電邊界云計(jì)算架構(gòu)

邊界云計(jì)算架構(gòu)設(shè)計(jì)3層體系，分別為以廣電基站為核心的數(shù)據(jù)采集層、以5G通信網(wǎng)為主網(wǎng)和搭配Internet底層網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸層、以云平臺(tái)為基礎(chǔ)的終端服務(wù)層[5]。

數(shù)據(jù)采集層通過單片機(jī)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)處理終端，使得數(shù)據(jù)采集層根據(jù)終端定制需求完成數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)采集和后期處理。此外，通過5G模塊和系統(tǒng)架構(gòu)的數(shù)據(jù)接口實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)云端的共享、分發(fā)以及處置，高效對(duì)接數(shù)據(jù)傳輸層的業(yè)務(wù)范圍。

數(shù)據(jù)傳輸層利用5G通信網(wǎng)絡(luò)的核心功能完成云平臺(tái)的數(shù)據(jù)傳輸，通過廣電5G完成對(duì)規(guī)劃區(qū)域的精準(zhǔn)覆蓋，利用Internet有線和遠(yuǎn)距無線傳輸?shù)染W(wǎng)絡(luò)協(xié)議，補(bǔ)充數(shù)據(jù)傳輸?shù)娜蚋采w，提供相關(guān)參數(shù)作為數(shù)據(jù)矯正[6]。為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性，通過通信中繼準(zhǔn)入廣電5G網(wǎng)絡(luò)中樞。

終端服務(wù)層通過組織架構(gòu)中的邊界云計(jì)算，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)處理的專屬性，即定向完成終端需求或其他業(yè)務(wù)末端的服務(wù)請(qǐng)求[7]。利用傳輸層實(shí)時(shí)共享用戶需求和終端數(shù)據(jù)，通過對(duì)基礎(chǔ)應(yīng)用功能進(jìn)行局部邊界計(jì)算，針對(duì)不同需求、不同標(biāo)準(zhǔn)以及不同輸出進(jìn)行資源整合、調(diào)度以及匹配，基于強(qiáng)大的5G通信能力和云數(shù)據(jù)的計(jì)算能力得到目標(biāo)數(shù)據(jù)或定向結(jié)果，利用反向傳輸?shù)墓δ軐⒔Y(jié)果傳遞至終端用戶，并記錄在云端的存儲(chǔ)系統(tǒng)。

3 廣電5G云平臺(tái)建設(shè)

3.1 建設(shè)目標(biāo)

廣電5G云平臺(tái)建設(shè)是以省市為單位，輻射全國(guó)終端用戶，以分布式網(wǎng)絡(luò)體系為基本架構(gòu)，部署的計(jì)算中心與運(yùn)營(yíng)服務(wù)中心。它的核心業(yè)務(wù)包括業(yè)務(wù)運(yùn)行、核心計(jì)算、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維、信息安全以及用戶服務(wù)等，在打造一體化云平臺(tái)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)區(qū)域資源共享和實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)服務(wù)，并持續(xù)為智慧廣電的智能化和無人化方向進(jìn)行技術(shù)賦能[8]。廣電5G云平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)如圖3所示。

圖3 廣電5G云平臺(tái)建設(shè)目標(biāo)

3.2 技術(shù)路線

云平臺(tái)建設(shè)中作為核心的數(shù)據(jù)中心需要為邊界計(jì)算的各個(gè)分節(jié)點(diǎn)提供計(jì)算平臺(tái)、傳輸渠道以及緩存空間，同步做好數(shù)據(jù)安全和網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維等工作，并在平臺(tái)-中心-節(jié)點(diǎn)間做好智能協(xié)同和異步協(xié)作，實(shí)現(xiàn)自主式一體化管理和控制。

基于產(chǎn)品全生命周期管理系統(tǒng)（Product Lifecycle Management，PLM）完成云平臺(tái)數(shù)據(jù)中心業(yè)務(wù)類的全時(shí)管控，以資源模式協(xié)調(diào)完成相關(guān)業(yè)務(wù)。數(shù)據(jù)中心能夠精準(zhǔn)對(duì)接邊界計(jì)算的各個(gè)分節(jié)點(diǎn)，因此可以提供多個(gè)維度的數(shù)據(jù)處理?；陔娮釉O(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation，EDA）+圖形處理器（Graphics Processing Unit，GPU）服務(wù)器軟硬件一體化來實(shí)現(xiàn)邊緣節(jié)點(diǎn)的計(jì)算方案，以期將計(jì)算能力拓展至網(wǎng)絡(luò)邊際，以整合優(yōu)化資源，集中突破計(jì)算瓶頸，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定且長(zhǎng)效的本地服務(wù)響應(yīng)。

3.2.1 分時(shí)管控

根據(jù)邊界云架構(gòu)的技術(shù)底層服務(wù)與分時(shí)管控硬件滿足適配性要求，突出解決邊界節(jié)點(diǎn)在異步重構(gòu)和分時(shí)運(yùn)維等方面存在的虛實(shí)結(jié)合問題，設(shè)計(jì)軟件定義網(wǎng)絡(luò)（Software Defined Network，SDN）+底層承載網(wǎng)underlay的方案，對(duì)物理網(wǎng)絡(luò)和虛擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行正向分離和解耦，實(shí)現(xiàn)分時(shí)管控的云網(wǎng)邊界效應(yīng)。

3.2.2 節(jié)點(diǎn)智能

為進(jìn)一步打通基于廣電5G網(wǎng)絡(luò)邊界性節(jié)點(diǎn)的智能化運(yùn)維，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)計(jì)算、內(nèi)容管理和系統(tǒng)運(yùn)維等大類業(yè)務(wù)的智慧管控，云平臺(tái)采用邊緣節(jié)點(diǎn)服務(wù)（Edge Node Service，ENS）將網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)堆積各個(gè)要素分別拓展至Internet的網(wǎng)絡(luò)棧道，實(shí)現(xiàn)邊界云計(jì)算、5G通信網(wǎng)絡(luò)以及信息數(shù)據(jù)安全的三維融合。

3.2.3 云邊協(xié)同

考慮云平臺(tái)數(shù)據(jù)中心的業(yè)務(wù)特點(diǎn)和邊界云效應(yīng)，協(xié)同工作需要準(zhǔn)確對(duì)接需求的接入、資源的介入以及在信息數(shù)據(jù)處理方面的有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)全國(guó)范圍內(nèi)跨域節(jié)點(diǎn)之間的內(nèi)容交互。

3.2.4 云網(wǎng)一體

采用分布式云平臺(tái)的彈性部署，支持5G網(wǎng)絡(luò)+多接入邊緣計(jì)算（Multi-access Edge Computing，MEC）。邊緣側(cè)計(jì)算服務(wù)完成終端接入與需求定制，保證智慧廣電的業(yè)務(wù)工作落地。

3.3 建設(shè)部署

利用Open Stack計(jì)算彈性控制器Nova建設(shè)開放式應(yīng)用程序界面（Application Program Interface，API）接口和正向解耦的系統(tǒng)架構(gòu)，以完成云數(shù)據(jù)生命周期的各種動(dòng)作，負(fù)責(zé)管理整個(gè)云的計(jì)算資源、網(wǎng)絡(luò)、授權(quán)及測(cè)度。Nova通過libvirt用于管理虛擬化平臺(tái)的開源API、后臺(tái)程序以及管理工具，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（Infrastructure as a Service，IaaS）層異構(gòu)資源的整合、優(yōu)化以及管理。通過Web服務(wù)API對(duì)外提供處理網(wǎng)云數(shù)據(jù)接口，且該接口與Amazon的Web服務(wù)接口相兼容。通過將SDN和underlay技術(shù)融入邊界云計(jì)算，使數(shù)據(jù)控制與轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)時(shí)同步，分時(shí)分離完成軟硬件系列的正向解耦，轉(zhuǎn)換為按需提供的計(jì)算存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)安全、應(yīng)用管理、數(shù)據(jù)分析以及管理部署等云服務(wù)，如圖4所示。

圖4 基于Open Stack的廣電云平臺(tái)建設(shè)

4 結(jié) 論

通過廣電5G通信網(wǎng)絡(luò)特點(diǎn)構(gòu)建廣電邊界云計(jì)算架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)對(duì)全域和全類數(shù)據(jù)感知終端的一體融合，并逐步完善云平臺(tái)建設(shè)，完成分布式節(jié)點(diǎn)部署、云網(wǎng)協(xié)同以及云邊協(xié)同等業(yè)務(wù)模式，拓展信息數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)傳輸和邊際協(xié)同能力。以廣電5G為核心的網(wǎng)絡(luò)化數(shù)據(jù)鏈路實(shí)現(xiàn)了降本增效，提供了標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)服務(wù)規(guī)范，可為廣電業(yè)態(tài)的跨域式融合奠定技術(shù)基礎(chǔ)。