国盛通信:边缘计算趁势崛起 “云”“雾”并行助力5G
2019-03-05 21:03

  在5G时代,基础网络构架将发生重要的变化,主要包括核心网分布在边缘网络部署、业务在不同节点终结和网络切片化,边缘网络计算迎来投资机遇。市场更多看到5G带来的天线和射频设备的更新,并未关注基础网络构架边际变化带来的投资机遇。我们认为,5G时代,网构架将异于3G/4G时代,基于边缘网络计算的承载核心网由集中部署变为分布式部署,改变5G投资结构,核心网占比上升。相关设备和服务商将受益于核心网分布部署到边缘网络带来的需求增加。

  5G面向的应用场景将创新通信网络模式,CDN迎来新机遇。5G时代,不同业务场景对通信网络性能的需求决定了各自业务的工作模式不同,主要表现为不同业务在网络不同节点处终结,即对时延要求高的关键性任务将在边缘DC完结、大带宽视频业务等将在城域DC完结,手机通讯和大规模机器通信在中心DC完结。我们认为,基站之间快速爆发的横向流量和关键任务对极低延时要求,以及网络切片的部署,都将依赖边缘网络计算实现,CDN分发也将迎来新的机遇。因此,市场认为5G流量增长将纵向拉动相关设备的技术升级和投资规模,但我们认为,流量分配方式的变化才是根本,边缘网络将城市崛起,承载更多功能。

  边缘计算拉动核心网投资占比上升,广义终端智能化程度上升。根据以往经验,在一轮无线网络建设周期中,核心网、主设备和基站设备的投资占比分别为3%、35%和36%。由于核心网由集中部署分散至近10万个基站侧的边缘DC,将带来核心网投资占比的大幅上升,相关设备厂商和服务商迎来投资机遇。同时,广义智能终端,包括物联网模组、摄像头、车联网终端等的计算能力、存储能力都将提升,能够完成边缘计算任务,同时,站址资源及物业获取能力也将被更多考虑。

  推荐板块:流量持续增长,5G持续加速推进。将会带来分布式部署的快速落地。1)流量分发:网宿科技、迅雷XNET;2)车联网:高新兴、日海智能、移为通信、国脉科技;3)边缘设备及广义终端:京信通信佰才帮、东土科技、星网锐捷、中嘉博创、海康威视、中兴通讯、中新赛克、恒为科技;4)站址资源:中国铁塔0788.HK、华体科技。

  1)政策驱动及技术演进在,全网流量持续增长,5G建设启动,且在2020-2021年进入布网高峰期;

  2)汽车“四化”加速来临,车载互联网应用逐步普及,成为新的流量载体;同时,无人驾驶对网络实时性提出更高要求;

  3)广义边缘模组,包括物联网终端、小基站、摄像头等具备更强运算能力,且伴随着智能路灯、共享铁塔、智慧城市等基础设施快速布设;

  4)网络架构向“云化”+“雾化”演进,云计算基础设施向更大规模演进,同时,雾计算快速起步,边缘网络承载更多计算能力。

  2019年,三大运营商对4G扩容需求超预期,其背后的原因仍是流量快速增长。工信部称,春节假期期间,移动互联网流量消费了195.7万TB,同比增长仍达130%。市场有理由相信,随着5G的开建、大流量应用的普及,流量增长的逻辑不会改变。但我们认为,5G推动下的流量分配机制变化,边缘网络的崛起被市场忽视。从国内BAT的IDC建设情况看,大规模数据中心正逐步形成,运算大脑的中心化是未来AI、5G的基础,而与此同时,无人驾驶对低延时的要求、安防领域赋能摄像头降低运维成本的需求,对边缘计算提出了全新需求,而这在5G时代将产生更大的边际变化。

  此次巴塞罗那通信展,边缘计算已成为5G之后出现频率最高的关键技术,中移动的“Pioneer 300”、中联通的“CUBE-Edge 2.0边缘智能业务平台”等,预计边缘计算将获得更高关注度及实际投入。

  边缘设备及广义终端:京信通信2342.HK、佰才帮、东土科技300353、星网锐捷002396、中嘉博创000889、海康威视002415、中兴通讯000063

  如果说云计算是集中式大数据处理,边缘计算则可以理解为边缘式大数据处理。与中心化思维不同,边缘计算更强调分布式。

  相比集中部署的云计算服务,边缘计算解决的了时延过长汇聚流量过大的问题。边缘计算的优势有最直接的两方面:

  2. 节省核心网带宽。随着5G时代到来,数据量暴增,数据全部传至数据中心容易导致网络拥塞,在边缘层对数据做初步筛选可以节省大量核心网带宽。

  随着5G和工业互联网的快速发展,新兴业务对边缘计算的需求十分迫切。在众多垂直行业新兴业务中,对边缘计算需求最明确的主要是智能制造、智慧城市、直播游戏和车联网四个领域。

  但边缘层的设备往往资源有限,不像数据中心拥有大量的资源,所以边缘计算和云计算搭配将会产生更好的效果。云计算适用于非实时、长周期数据、业务决策场景,而边缘计算在实时性、短周期数据、本地决策等场景方面有不可替代的作用。边缘计算与云计算是行业数字化转型的两大重要支撑,两者在网络、业务、应用、智能等方面的协同将有助于支撑行业数字化转型更广泛的场景与更大的价值创造。

  随着设备大规模接入物联网,在终端设备上产生的海量数据在提供商业价值的同时,也对数据处理提出挑战。IDC预测,到2018年,就将有50%的物联网网络将面临网络带宽的限制,40%的数据需要在网络边缘侧分析、处理与储存。而到2025年,将有超过50%的数据需要在网络边缘侧分析、处理和存储,边缘网络将面临极大挑战。

  5G承载场景的需求,决定了其网络构架和业务处理方式不同以往。增强型移动宽带、大规模机器通信和高可靠低时延等应用场景需要网络切片的支撑,来满足资源的弹性调用。尤其是基站之间的横向流量将远远超过LTE时代的流量,延时要求甚至在1ms内,远远低于3GPP定义的LTE基站间理想时延,这就要求5G业务的处理模式不能完全中心化。LTE时代,核心网高置于基站的远端,主要部署在汇聚骨干节点或核心层之上,所有业务都要集中汇聚到核心网处理,显然无法满足5G的要求。5G时代,一方面,核心承载网下挂基站将更多,路由条目数量将更大,届时设备将不堪重负,一旦出现节点故障,影响范围很大;另一方面,核心网高置横向流量时延大,将不能满足5G时代基站间横向流量时延需求。

  在5G时代,基础网络构架将发生重要的变化,主要包括核心网分布在边缘网络部署、业务在不同节点终结和网络切片化,边缘网络计算迎来投资机遇。我们认为,5G时代,网构架将异于3G/4G时代,基于边缘网络计算的承载核心网由集中部署变为分布式部署,改变5G投资结构,核心网占比上升。相关设备和服务商将受益于核心网分布部署到边缘网络带来的需求增加。

  5G面向的应用场景颠覆现有通信网络模式。5G技术面向移动互联网和物联网,主要涉及4个技术场景:增强型移动宽带、大规模机器通信和低时延高可靠场景。前者主要面向移动互联网应用,后两种场景主要面向物联网及垂直行业应用。

  5G网络的三大典型应用场景与边缘计算密切相关,其中URLLC对超高可靠低时延通信的要求,eMBB对高带宽的要求与MIoT对大连接的要求,都需要边缘计算的引入。由此可见,5G时代的到来离不开边缘计算,边缘计算是5G时代网络发展的重要方向之一,也是5G服务于垂直行业的重要利器之一。

  通过分析5G主要应用场景,可以提炼出5G承载网面临的需求:带宽需求。连续广域覆盖场景是移动通信最基本的覆盖方式,需要随时随地为用户提供100Mbps以上的用户体验速率;热点高容量场景面向局部热点区域,需要满足用户极高的数据传输速率和区域范围内极高的数据流量需求,包括1Gbps用户体验速率、数10Gbps峰值速率和数10Tbps/km2流量密度。

  低时延、高可靠性需求。车联网、工业控制等垂直行业对时延、可靠性要求苛刻,需要实现毫秒级端到端时延和几乎100%的可靠性。这要求承载网既能提供极低的传送时延、极低的处理时延、严格的频率同步和时间同步能力,又能提供极强的故障恢复能力。

  低TCO需求。5G网络广域覆盖、高密度、大容量、大带宽,势必对承载网元有海量需求,承载网规模将非常庞大,这就要求承载网元低成本、低功耗、易维护,最大限度降低TCO。

  智能化需求。5G网络以SDN作为基础技术,控制面和转发面分离,整个网络会更加灵活、智能、高效和开放。作为5G转发面的一部分,承载网也必须具备SDN功能,从而构建面向业务的网络能力开放接口,支持多域协同、网络分片,满足业务的差异化需求,提升业务的部署效率。

  设备大容量、大带宽、接口数量多需求。5G时代,承载网设备数量大,MESH拓扑结构场景多,带宽、接口消耗大,要求设备具备大容量、大带宽、接口数量多的特点。

  5G网络中不同业务在不同节点终结,颠覆通信网络工作模式。3G/4G时代,数据陆续通过接入层、承载汇聚层、承载核心层,业务数据在核心网集中处理、终结,显然这种中心化工作方式难以满足5G应用场景对时延、大带宽和多连接的要求。5G时代,针对不同的业务场景,业务将在不同节点终结;以去中心化的工作方式提高效率和可靠性。

  对于车联网等对时延响应要求高的业务,业务将在边缘DC终结,以最快的方式完成终端之间的横向通信,同样,这也适用于MESH场景。

  对于视频等大带宽业务,将在本地DC终结,既不会给骨干网增加带宽压力,而本地DC亦有足够计算能力处理大带宽视频业务。

  对于手机通信、抄表等大连接业务将在中心DC终结,中心DC有着强大的计算能力,能够在允许的时延范围内完成大量终端接入的处理工作。

  5G通过网络切片技术将不同应用整合到同一张网络,提高效率降低成本。从以往2/3G到目前4G网络,移动网络主要服务移动手机,一般来说只为手机做一些网络的优化和技术升级。然而在5G时代,移动网络需要服务各种类型和需求的设备,包括移动宽带、大规模物联网、高可靠低时延设备系统。他们都需要不同类型的网络,在移动性、计费、安全、策略控制、延时、可靠性等方面有各不相同的要求。例如一个大规模物联网服务连接固定传感器测量温度、湿度、降雨量等,不需要移动网络中那些主要服务手机的切换、位置更新等特性。另外像自动驾驶以及远程控制机器人等任务关键的物联网服务需要几毫秒的端到端延时,这就和移动宽带业务大不相同。如果需要为每一个场景建立单独的专用网络:一个服务5G手机,一个服务5G大规模物联网,一个服务5G任务关键的物联网,这样做效率低成本高。可以通过网络切片技术在一个独立的物理网络上切分出多个逻辑的网络,这是一个非常节省成本的做法。

  SDN/NFV是实现网络切片的关键技术。为了实现网络切片,网络功能虚拟化和软件定义网络是先决条件。NFV主要思想是将网络各种功能软件都部署在商业服务器上的虚拟机,而不是单独部署在专用网络设备商。云化后个模块的VM直接使用SDN进行配置连接,确保保留的高效和安全。

  5G时代,基站之间快速爆发的横向流量和极低延时要求将依赖边缘网络实现。5G时代基站之间的横向流量将远远超过LTE时代的流量,延时要求甚至在1ms内,远远低于3GPP定义的LTE基站间理想时延。LTE时代,核心网一般集中部署在汇聚骨干节点或核心层之上。5G时代,一方面,三层下挂基站将更多,路由条目数量将更大,三层设备流量调度任务中,如果还将核心网集中部署,其设备将不堪重负,一旦节点故障,影响范围很大;另一方面,核心网集中高置横向流量时延大,将不能满足5G时代基站间横向流量时延需求。核心网边缘分布带来两个好处:一,核心网设备下挂基站减少,流量减少,路由条目减少,压力大大降低,安全性能增加,故障影响范围也大大减少;二,基站间的横向流量跳数减少,时延减少,满足低时延场景要求。

  未来超过50%数据将在边缘网络处理、分析与存储,5G将大量部署边缘网络计算。根据华为与第三方机构合作预测,到2025年全球网络联接数将达到1000亿,增长幅度超过10倍。未来超过50%的数据需要在网络边缘侧分析、处理与储存,边缘网络将面临极大的挑战:业务的实时性挑战。对实时性要求高的领域,例如在生产控制领域,业务控制时延必须小于10ms甚至更低,车联网应用甚至要求时延低于1ms,如果数据分析和控制逻辑全部在中心云端实现,难以满足业务的实时性要求。

  5G网络切片的实现需要部署边缘云。5G面向不同的应用领域,需要网络切片的支撑不同的需求。就是将一个物理网络切割成多个虚拟的端到端的网络,每个虚拟网络之间,包括网络内的设备、接入、传输和核心网,是逻辑独立的,任何一个虚拟网络发生故障都不会影响到其它虚拟网络。每个虚拟网络就像是瑞士军刀上的钳子、锯子一样,具备不同的功能特点,面向不同的需求和服务。部署网络切片,需要边缘云的支撑。

  高清视频切片:原来网络中数字单元和部分核心网功能被虚拟化后,加上存储服务器,统一放入边缘云。而部分被虚拟化的核心网功能放入核心云。

  手机切片:原网络无线接入部分的数字单元被虚拟化后,放入边缘云。而原网络的核心功能,包括IMS,被虚拟化后放入核心云。

  海量物联网切片:由于大部分传感器都处于移动状态,并不需要移动性管理,在这一切片李,核心云的任务相对简单轻松。

  任务关键性物联网切片:由于对时延要求很高,为了最小化端到端时延,原网络的核心功能和相关服务器下沉到边缘云。

  为了促进边缘计算产业快速、健康与可持续发展,由华为技术有限公司、中国科学院沈阳自动化研究所、中国信息通信研究院、英特尔公司、ARM和软通动力信息技术有限公司联合倡议发起的“边缘计算产业联盟”近日在北京正式成立。对此,边缘计算产业联盟副理事长、华为网络研发部总裁刘少伟呼吁产业链各方携手合作,共赢边缘计算产业机遇。

  边缘计算将使得5G核心网下沉到边缘网络,分布式部署,数量巨大。分散式核心网构架的具体设计是基于虚拟化的技术将核心网物理实体分离成多个虚拟核心网,并将它们分散于网络中。4G网络尽管采用扁平化构架,但核心网作为整个移动通信网络的大脑,离终端距离非常远,通过这种虚拟化分离和分散方式,有效克服了物理距离带来的时延。5G时代,随着超高清视频流、增强现实、虚拟现实等技术的兴起,5G网络将面对超大数据流量的挑战。超大规模的流量数据从eNB进入分组核心网,给回传网络带来沉重的负担。为了实现5G网络更低成本效率的目标,必须采用分散式核心网构架,既降低了时延,也减轻了回传网络负担。比如,基站侧部署内容服务器,对于用户来说,下载内容更快,同时,大量的数据不必经过回传到达核心网。

  5G投资结构将呈现核心网占比上升的局面。由于5G相关投资数据无法获取,我们难以确切计算核心网投资额。根据以往经验,在一轮无线网络建设周期中,核心网、主设备和基站设备的投资占比分别为3%、35%和36%。由于核心网由集中部署分散至近10万个基站侧的边缘DC,将带来核心网投资占比的大幅上升,相关设备厂商和服务商迎来投资机遇。

  云化能力将是核心网供应商的关键竞争力。如上所述,网络切片将是5G部署边缘网络计算平台的前提,具备SDN/NFV技术能力的公司将充分受益于核心网的大量分布式部署。

  无线接入网由基站组成,负责移动终端的接入,移动核心网由一堆高性能的路由器和服务器组成,负责将无线基站连接到外部网络,应用网络就是各种应用服务器工作的地方,实际上就是各种数据中心、服务器甚至PC。运营商基本上只掌管无线接入网和移动核心网两部分,应用网络通常在OTT手里,这三种网路在用户终端和应用服务器之间交替传递数据,完成用户的各种上网需求。

  但是随着各种新服务类型的出现,比如AR/VR,自动驾驶等,这种传统的网络结构逐渐不堪重负,因此催生了MEC的出现,网络业务“下沉”到更接近用户的无线接入网侧。

  而 MEC 的部署场景,可以部署在多个位置。比如基于 4G EPC 架构部署在 RAN 侧的 MEC 方案:

  在C-RAN中引入SDN技术,实现网络控制可编程化,灵活动态调整网络服务和应用。

  5G时代MEC根据无线网络环境对NFV进行优化,将移动接入网与互联网业务深度融合,并将云计算和云存储下沉到边缘数据中心,加速内容分发和下载,并向第三方提供开放接口以驱动创新。

  网络边缘的传统定义是在无线蜂窝站和天线,但事实上,MEC实际上工作于应用层,移动网络真正的边缘应该是用户终端。如果MEC部署在终端上,将会对用户产生更大的影响。因此,我相信MEC越来越接近终端部署是今后MEC演进的趋势。

  从产业链上来看,上游是以芯片系统等软硬件服务商和设备商为主,下游主要是运营商和最终用户。

  边缘计算涉及流量分发的需求也会不断增大,相应标的如CDN等也会有不同程度的收益。

  汽车也作为未来边缘计算的终端,车联网也作为边缘计算的核心场景之一。未来车联网将迎来新的发展机会。

  作为边缘计算的主体,设备端会明显受益于整体行业的发展,以网络设备和小基站等方向为主。

  推荐标的:中兴通讯、星网锐捷、东土科技、中嘉博创、天邑股份、京信通信、中新赛克、恒为科技、佰才邦。

  站址资源仍是未来的稀缺资源,对于拥有站址资源的公司,在边缘计算的发展中仍将充分受益。

  边缘计算落地不及预期。若边缘计算相关产业落地速度不及预期,可能会对相关公司的业绩产生一定影响。

  5G 进展不及预期。若 5G 的推进速度不及预期,可能会对边缘计算产业的推进产生 影响。

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