开源社区OCP电信边缘计算平台OpenEdge解析

1、目录 HYPERLINK l _bookmark0 摘要 2 HYPERLINK l _bookmark1 一、电信领域边缘计算和边缘计算平台 4 HYPERLINK l _bookmark2 二、电信边缘计算平台特点 5 HYPERLINK l _bookmark3 1、平台整体架构特点考量 5 HYPERLINK l _bookmark4 2、平台技术需求特点考量 6 HYPERLINK l _bookmark5 三、OCP 社区、Telco&Edge 工作组和 OpenEdge 平台 8 HYPERLINK l _bookmark6 1、边缘计算平台 OpenEdge 的开放式框架：边缘

2、机箱 10 HYPERLINK l _bookmark7 2、边缘计算平台 OpenEdge 模块化设计: Sleds 11 HYPERLINK l _bookmark8 3、边缘计算平台 OpenEdge 的部署、运维和管控 14 HYPERLINK l _bookmark9 4、基于边缘计算平台 OpenEdge 的用例、合作及商业拓展 15 HYPERLINK l _bookmark10 四、总结 17一、 电信领域边缘计算和边缘计算平台5G 标准成熟和商用部署加速了相关行业中各种应用业务的 繁荣和发展。随着新业务类型的不断增加，传统网络架构已经难 以满足需求，业界对下一代网络转型和演进

3、的探索推出了基于 SDN/NFV 技术的云网融合解决方案，即将计算放在云端处理、终 端只做输入和输出，这使得云计算成为核心网络架构的演进方向。另一方面，应用业务的多样性以及一些相关的特殊需求，如低时 迟、高带宽、基于位置的数据集管控等，都对处于远端的云计算 架构提出挑战，推动将计算资源扩展到边缘侧位置。这些边缘位 置可能会在运营商、企业客户、垂直行业甚至云服务商的管控和 运维的领域。网络系统的计算能力从云端向边缘侧扩展，使得边 缘计算成为下一个技术热点。从移动网络运营商（MNO）的角度来看，在无线边缘侧（5G/LTE）实现、部署边缘计算能力，可以提供用户所需的业务和云端计算 功能的网络架构，用

4、于加速网络中各项应用的性能和改善用户体 验。这种边缘模式可以满足 5G 时代下高密度海量用户（和终端） 的高质量网络需求，具备超低时延、超高宽带、实时性强等特性。但是，运营商在边缘计算领域的主要挑战之一是要面对边缘网络基础架构所需的大量投资，即需要部署足够广泛的边缘云和边缘计算节点以便对面向边缘侧的应用程序的开发具有更强、甚至独特的吸引力。通常，基于与终端用户或企业客户之间的物理距离，边缘计算的部署节点可以分类为 FarEdge（距离很近）或Edge（距离近）。位于不同节点的边缘设施也多种多样，可能是位于无线站点的单机柜（Cabinet）中的几个计算设备，可能是电信中心机房（CO）中的一个或几

5、个机架，可能是一个壁挂箱中包含的微型数据中心（DC），甚至可能是一个“泛边缘”概念下的自动驾驶汽车所构成。无论采用何种方式，使用开放式白盒设备（如 DCSG、PON、服务器）以及具多样性的接入、传输和核心交换/路由的部署都将作为电信领域的新趋势，在电信边缘侧甚至企业客户边缘侧推动电信业务的增长。边缘计算的发展，必然会对边缘基础架构平台及相关的部署从多个方面提出挑战，如设备功能、特性、部署环境、机房空间、供电功率、实用性等。边缘平台上需要加载必要的网络基础功能（essential functions）和丰富的业务应用，并且作为边缘云的 重要组成部分满足多样性的硬件技术要求，提供连接和能力开放。因

6、此，边缘计算平台已经以一种核心载体的形式成为边缘计算产 业的核心之一。二、 电信边缘计算平台特点1、 平台整体架构特点考量从平台整体架构的角度出发，由于电信边缘侧的部署环境、场景的多样性，边缘计算平台在物理规范、架构设计、兼容性、扩展能力等方面需要一定的考量。物理规范：电信运营商拥有大量属地（即 FarEdge/Edge）通信机房，未来如果充分用于部署边缘计算平台，有助于大幅降低成本，提升在边缘计算产业生态中的竞争力。但边缘机房（如前文提到的位于无线站点的单机柜）的物理条件与规模化的数据中心相比有很大的不同，这对平台本身提出了挑战。这种挑战在区县及以下机房更加明显，即面临部署空间、机架尺寸、环

7、境温度、地板承重、设备供电、防尘等多方面的条件限制。架构设计的集成性和能力多样化：边缘计算平台作为一种核心载体，与边缘计算的各个重要技术节点关联密切，会影响到边缘云、边缘网的建设策略。因此，平台的架构设计必须考虑到多种组件的存在（包括计算、存储、交换设备等），同时提供加载各种硬件加速模块的能力。兼容性：集成式架构和设备的多元化，自然引起不同硬件设计、组件选型、BIOS 参数等带来的硬件性能和功耗等方面的较大差异。扩展能力：边缘侧业务和能力的部署具有动态性。因此，边缘计算平台应该具有根据需要而灵活扩展的能力，即 scale-up 和 scale-out 的能力。这种扩展既包括平台本身，也涵盖跨平

8、台的能力。2、 平台技术需求特点考量从平台的技术需求出发，由于边缘侧必需的网络基础功能及重要的业务种类繁多，而不同的应用其负载特征也存在差异，因此边缘计算平台方案里可能涵盖的设备需要满足一些特殊需求：平台（计算设备，即边缘服务器）的性能需求：不同网元的性能关注点有所差异，未来面向高带宽、低时延应用场景，需要较高的性能和稳定性，例如UPF 网元对网络带宽、转发时延和性能稳定性要求极高。平台（计算设备，即边缘服务器）的时钟与同步精度要求：对于部分涉及计费功能的业务，边缘服务器需要具有较高的时钟精度。部分对时钟同步精度要求高的业务，如 RAN 无线同步基站高精度时间，服务器需要支持以太网时钟同步以及

9、 GPS 和 PTP/IEEE-1588 整秒对齐。平台异构计算要求：大量网元的虚拟化部署，如无线核心网和 RAN 侧的 DU/CU 虚拟化等，需要配置基于 FPGA、ASIC 等硬件加速卡来满足性能要求。例如在一些算力需求高的场景下，如 AI/ML 或一些需要算力卸载（offloading）的计算，需要支持（分离式的）高端加速卡。这些加速卡尺寸规格对边缘平台设计和可扩展性也提出了要求。平台的运维管理问题：众多不同类型、不同供应商的传统服务器（即边缘计算节点）会造成服务器硬件管理接口需要管理平台大量的适配改造工作。另外，不同的服务器硬件形态、面板及端口布局同样会带来机架适配差异、本地运维复杂。

10、综上所述，基于边缘计算平台的整体性架构考量和众多的特定技术需求，我们认为在电信边缘侧部署的边缘计算平台不应该只是一种独立的设备，而应该是以一种“集成方式”，涵盖机箱、计算、存储、交换、加速等能力，并具有良好的可扩展性，满足边缘业务多样性的要求。市场上的传统服务器种类众多，但在指标上，如性能、兼容性、扩展性、边缘侧适应性等，都与边缘业务所要求的丰富能力有差距，而且这种差距已在测试和现网部署过程中逐渐凸显。有鉴于此，边缘计算平台的定制势在必行。目前全球范围内一个主要的电信级边缘计算平台是硬件开源社区 OCP（ Open ComputeProject）Telco&Edge 工作组推出的 OpenEd

11、ge 平台。 OCP/OpenEdge 是一个集成式的平台，利用开放式机箱，容纳计算、存储、交换、加速等模块，使用集中供电、散热。我们将在下面的章节对此项目展开论述。三、 OCP 社区、Telco&Edge 工作组和 OpenEdge 平台OCP，即 Open Compute Project, 成立于 2011 年，旨在建立一个硬件开源生态系统，为数据中心相关产品的设计、实施以及社区共享奠定基础和原则。OCP 从一建立就得到业界的关注，目前已经成为事实上全球最有影响力的硬件开源社区，其成员横跨 DICT 行业以及学校、研究机构，包括全球和本地运营商、芯片和组件供应商、传统和白盒设备制造商、云服

12、务提供商和互联网公司、系统集成和解决方案提供商等。OCP 以“Open for All”为宗旨推动开放式生态系统的建立，帮助参与者有效地掌握开源硬件及其相关领域的进展，并相应地共享和推广其公司的产品。OCP 社区电信领域工作组 Telco & Edge 在“开放边缘”的框架下，以电信边缘侧作为部署目标，采用模块化原理设计和实现集成式的“多合一”边缘计算平台 OpenEdge。OpenEdge 平台主推的无缝集成主旨吸引了众多运营商、供应商、制造商、ODM / OEM厂商积极参与。作为一款电信边缘平台，OpenEdge 集成化方案主要涵盖四个方面：边缘机箱，即 OpenEdge chassis，

13、作为整个边缘侧平台的开放式基础硬件，可容纳各种形态的模块或组件，如电源、风扇或加速器模块以用于边缘用例的功能提高等。机箱的物理尺寸还考虑到边缘侧的一些特殊需求而量身定制，如可包容狭窄的楼层空间、变化的散热条件、有限的供电能力等。设备组件或模块，项目术语称为 sleds，包括计算、存储、交换、加速等。计算模块即面向边缘侧定制化、可扩展和智能化的服务器，而其它形式的可扩展模块，包括智能网络交换机、高密度存储、硬件加速卡等，具有超融合或分离式特性。众多模块都已设计制造出来，并通过开源方式贡献给了 OCP 社区。OpenEdge 平台的部署、运维和管控。基于 OpenEdge 平台的边缘侧（Telco

14、-edge）客户用例及商业拓展。1、 边缘计算平台 OpenEdge 的开放式框架：边缘机箱边缘侧环境通常会受到物理条件的限制，例如空间狭窄、电力有限、散热不足等。另外，边缘计算平台通常有特定技术需求。因此，为了快速有效地满足这些苛刻的要求，同时可以最大程度地共享辅助组件（例如风扇、电源等），OpenEdge 平台采用了模块化设计原理。整个平台基于整体性架构，设计实现作为平台集成载体的开放式框架， 即边缘机箱（ Open Chassis ）。目前 OpenEdge 平台的机箱主要由 Nokia 和 Wiwynn 公司实现。该机箱拥有以下特点：设计紧凑、灵活，适配模块化设计：作为一款面向边缘侧部

15、署的平台，需要面对站点设施在占地面积、冷却能力和供电能力方面的条件限制，因此机箱设计灵活紧凑。机箱外壳高度 3RU1，深度 430-mm，可安装在 19 英寸机架，兼容 EIA-310 规范；支持多样性的 1U 或 2U、半宽模块（sleds）；实现集中供电（1U 半宽模块供电容量为 400W，2U 半宽模块供电容量为 700W）；遵循开源社区 OCP 所倡导的很多设计理念，遵循无冗余设计 (vanity-free) ，即基于最简单的设计理念，专注于高可扩展性，并尽可能地消除不必要的复杂性和额外装饰；“前端维护”集成化运维管理：平台拥有“大脑”模块 RMC，提供千兆以太网管理接口；RMC 通过

16、平台机箱的 backplane 连接到所有的模块，对整个边缘平台作集中管理。另外，RMC 还拥有1 未来针对更多的边缘场景，项目组计划推出 2U 机箱。前端 10 兆以太接口，既可以作为独立 OpenEdge 平台上行连接到外部交换机，也可以通过 daisy-chaining（菊花链） 方式链接多个 OpenEdge 平台，取得跨平台的配置和管控，增强可扩展性。当然，平台机箱在设计上还面临一些问题。例如，平台的 backplane 给各个模块仅提供了电源分配和管理信号的布线（tracing），并没有提供（与模块相连的）高速数据传输线路，因此，平台上多个模块之间的连接（如交换机、服务器）必须使用

17、外部接口。这里，我们需要强调 OpenEdge 机箱的技术指标是基于开源社区 OCP 的当前规范，但是技术的持续发展会导致未来硬件设计的修订。因此，机箱和模块的物理细节不需要过分局限于 OCP 的当前规范，而是要留给各个制造商足够的发展和设计空间。2、 边缘计算平台 OpenEdge 模块化设计: Sleds边缘侧多变的形态和业务需求，以及边缘站点的复杂性决定了边缘计算平台需要更灵活、功能更多样化，解决方案就是寻求使用不同类型的模块（sleds），涵盖计算、存储、交换、加速等。这些模块帮助边缘平台扩展功能，以取得在边缘侧更好的部署能力和密度，从而满足电信边缘市场的挑战性需求。几年来，OCP T

18、elco&Edge 工作组已经推出了一些不同类型的计算和存储模块。但是，边缘在变得越来越复杂、越来越智能，这也意味着未来的边缘应用程序需要更大的灵活性和智能化。边缘应用与计算（如分析）、存储（如 CDN）、网络（如本地 I/O）等相关，它们差异化的规格和需求决定了有必要为 OpenEdge 平台设计和实现更多的模块。因此， Telco Edge 项目参与者为 OpenEdge 平台推出了各种各样的设备，例如边缘接入服务器、边缘网关、边缘交换机、uCPE 模块、CDN/AI 加速器、基于 PCIe 的智能网卡（SmartNIC）和 FPGA 卡、基于 Arm 的模块等。诺基亚是Telco&Edg

19、e 工作组的 Project Lead 之一，其在平台机箱、服务器等方面给 OCP 社区有诸多贡献。2020 年 4 月，作为边缘侧集成方案的一个重要组成部分，诺基亚分享了一个 1U 半宽的模块化交换机。该交换机符合 NEBS 3-级标准，可适用于室内和室外边缘部署；其设计规范基于 OCP 原则（即效率、可伸缩性、开放性、影响力等）和 OpenEdge 平台规范。交换机的控制单元是基于Intel ATOM CPU，具有功能可扩展性和应用程序灵活性双重特点。交换机支持众多基础和高级 L2/L3 功能，拥有在边缘和无线接入网络中必需的低延迟、高吞吐量性能。项目组成员 Wiwynn 公司也推出特定架

20、构的模块化交换机，通过无源光学器件来降低光纤连接的复杂性，将模块化交换机（位于核心站点）与远程 OpenEdge 平台上的无源交换机配对，主要适用于工厂 5G 专网等类似场景。2020 年 5 月，Telco&Edge 工作组推出了融合型边缘接入服务器（converged edge access server）模块。此服务器（连同 OpenEdge 平台）可部署于电信网络远边缘（far-edge）侧使用，面向智能工厂、AI 和 5G 无线接入等，其主要目标之一是助力建设专用移动网络（PMN）并在其上运行 IT/OT 应用和服务，进而通过 AI 和自动化改善工厂现场环境和运营效率。2020 年

21、10 月，项目组成员 Wiwynn 公司推出了一个新的模块化边缘服务器 EP100-S1。EP100 是一个 1U、单插槽服务器，支持 Xeon-SP 处理器和 Lewisburg PCH 的结合，目标是满足在边缘侧的各种需求及用户部署实例，并希望在技术和成本之间找到一个平衡点。此外，近年来基于 Arm 的设备灵活性，可支持需求低延迟和高数据处理能力的各种应用程序，使得基于 Arm 的设计在边缘计算平台的选择上越来越受到关注。2020 年 6 月，Telco&Edge 项目组成员 Ampere 与Wiwynn 合作开发了第一款基于Arm 的OpenEdge设备。该设备使用 Ampere Haw

22、k 主板，拥有 32 核心 3.3 GHz 主频的 eMAG 8180 处理器。这款设备还包括可用于插入 OpenEdge 机箱的插入器（Interposer）和电缆。OpenEdge 边缘平台的模块化设计可以方便地加载各种加速卡，具有灵活性。诺基亚和英特尔在研究电信远端边缘站点部署的一些典型用例（如 vRAN）时，认为开放式的生态系统将从集成加速能力和功能灵活性中受益最大。因此，两家公司合作将基于 FPGA 的可编程加速器（N3000 w/Arria 10 FPGA）与基于 PCIe 的模块（form factor）相结合。这种加速设备在边缘数据中心测试解决方案时表现出了较高的物理和性能密度

23、，并且具有足够的灵活性帮助其他边缘 NFV 用户场景提高性能。OpenEdge 基于 all-in-one 设计理念推出的边缘计算平台，集成了机箱、计算、存储、网络、加速等各种组件，并提供了跨平台的可扩展性，是一种相对高效的硬件解决方案。相应地，为了实现更好的部署和操作，这个平台系统需要有效的管理工具来控制和管理多样性的硬件及其变体。3、 边缘计算平台 OpenEdge 的部署、运维和管控由于 OpenEdge 平台模块和组件的多样性，TelcoEdge 工作组开始探索各种选项，以便有效地配置和部署最适合用户需求的平台硬件方案。诺基亚公开分享了其 Open Rack 模块化配置工具，即 Nok

24、ia Configurator。作为一种交互式工具，其允许用户从经过验证的框架设置中选择适合的模块和组件，如服务器、存储等，配置平台方案。在确定硬件设置后，该工具将生成详细而完整的配置文档；其后，边缘侧“系统集成商”可使用该配置文档来构建、集成、测试、打包并以“交钥匙模式”(turn-key)给客户交付产品。整个解决方案还包括 DC 管理器（NADCM），可以用于自动上传设备的 MAC 和 IP 地址，以及用于硬件配置的自动部署。此外，Telco&Edge 工作组也在探索针对室内和室外不同环境的 OpenEdge 平台安装选项。这些选项包括机架配置、机箱设置、服务器模块选择、网络交换机、加速模

25、块、电源等，目标是有效解决从单个（OpenEdge）机箱到多个机架的配置。当一个系统在边缘侧开始扩张时，我们几乎可以预见到对模块到模块、机箱到机箱、甚至机架到机架的可扩展性需求。而当同样的系统部署到了用户现场，我们又希望存在某种定义明确的编排和管理方案可以改善运维性能。当然，如果可能，现场运维团队一定会努力寻求一种有效的解决方案可以对所有类型的模块设备进行统一的浏览、检测和配置。此外，开源软件的使用，例如可以运行在 OpenEdge 交换机上的 SONiC2网络操作系统，也会进一步增加系统的复杂性。所以，在综合考虑上面所有的挑战之后，为了更好地集成、部署和操作 OpenEdge 平台，Telc

26、oEdge工作组正在通过社区合作，构建定义明确的开放式管理、编排和业务流程规范化工具。4、 基于边缘计算平台 OpenEdge 的用例、合作及商业拓展经过近几年的拓展，硬件开源社区 OCP 已经从最初的数据中心范畴向电信领域扩展，甚至开始涵盖行业应用和运营商边缘侧。随着 5G 网络在全球范围内大规模商业部署，越来越多的用例开 始从云端向边缘侧演进。在此背景下，OCP Telco&Edge 工作组希 望 OpenEdge 边缘计算平台可以适用于更多的 5G 解决方案和用例。用例一：诺基亚和英特尔认为 vRAN 可以作为运营商远端边缘侧 (far-edge)的用例，部署在 OpenEdge 平台上

27、。两家合作开发的加速卡 N3000（前面章节提到过），可以满足 vRAN 的各种2 SONiC 是OCP 社区Networking 工作组所属的一个子项目。它最初由微软开发、并在 2016 年开源，数年来已有几十家公司（包括 OTT、电信及网络设备商、芯片厂商、集成商、企业客户）积极参与其中，成为业界关注的重点。需求，包括 vDU/vCU 拆分、vDU 的 layer-1 处理、vDU 处理流水线、vRAN FEC 处理、vRAN LDPC(5G)/Turbo(4G)通道编码等。用例二：无控制器开放 SDN 连接架构(controllerless openSDN fabrics for Telco-Edge)，适用于电信边缘侧部署。它的目标是解决边缘云和分布式地区云（包括跨小地域的大型建筑物和跨大地域的小型建筑群）所面临的一些基本挑战,主要围绕远程部署的电信或非电信数据中心设施，聚焦网络基本需求包括低时延分布式体系架构、弹性电信等级、网络切片、现场操作、零接触配置（ZTP）和编排、网络异常事后分析等。用例三：关于 OCP OpenEdge 与其他开源社区的跨项目合作。例如，Linux 基金会 LF Edge 所属的 Akraino 项目，就在其 Telco