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1、 1 云边计算系统架构、方案和工程实践 编号 ODCC-2020-04002 开放数据中心委员会 Open Data Center Committee I ODCC-2020-04002 云边计算系统架构、方案和工程实践 前 言.I 1 云边协同应用于 V2X 领域的总体思考.1 1.1 V2X 基本概念和技术.1 1.2 V2X 的演进和发展.2 1.3 V2X 与边缘计算.5 2 V2X 总体设计.8 2.1 整体架构.8 2.2 百度移动边缘计算平台 OTE.10 2.2.1 OTE Stack 介绍.10 2.2.2 OTE Stack 架构.12 2.2.3 OTE Stack 商业
2、应用.14 2.2.4 OTE Stack 未来规划.14 2.3 边缘云侧.14 2.3.1 物理层.14 2.3.2 IaaS 层.14 2.3.3 应用层OTE 组件.15 2.3.4 应用层BIE 组件.15 2.4 边缘路侧.17 2.4.1 物理层.17 2.4.2 IaaS 层.18 2.4.3 应用层V2X 感知算法.18 2.4.4 应用层OTE 组件.18 2.4.5 应用层BIE 组件.19 2.5 V2X 安全.19 2.5.1 Docker 安全实践.19 3 倡议与愿景.23 目录 I ODCC-2020-04002 云边计算系统架构、方案和工程实践 前 言1 道路
3、如同城市的血管,血管的通畅程度与城市活力息息相关。但在城市规模越来越大、人口数量不断增大、交通拥堵程度加剧的当下,仅靠加快道路建设等方式来构建便捷高效的交通体系,已经变得越来越困难。5G 时代,作为城市和车辆的连接点,道路也成为通信网络、云计算、智能传感器融合创新的交汇点,如何利用新的技术来提升城市智能化水平,增强城市路网与车辆的协同效率和安全性,从而降低城市拥堵、改善出行体验,成为技术改变生活的新机遇和挑战。车路协同是将道路、车辆以及技术进行有效融合,通过先进的无线通信和互联网技术,实现车与车、车与路、车与人、车与网络的实时数据交互,帮助乘客和车辆选择更好的出行路径,改善道路规划、建设和管理
4、,提升交通效率。目前百度车路协同技术业界领先,车路协同实际项目落地除感知算法外,还包括 RSU 服务器订制、网络实施、基础 IaaS 管理、摄像头管理与报警、感知算法部署和监控、容灾预案等。作为保证感知算法 24 小时稳定运行的 IaaS平台,它是车路协同运作的基石。百度边缘计算平台 OTE 为 V2X 系统提供了完整的运行环境,它主要负责集群化交付、应用管理、自动化运维、实时监控、日志回传等。本白皮书主要介绍百度边缘计算平台 OTE 在打造车路协同基础能力和保障系统稳定高效运行方面所做的一些工程实践,同时探索 5G 时代车路协同的工作模式,为车、路、人、云的整体协作提供云边协同支持。本白皮书
5、主要内容包括:II ODCC-2020-04002 云边计算系统架构、方案和工程实践 介绍了 V2X 发展,调研了 V2X 最新技术,论证了边缘计算对 V2X 贡献 详细阐述了百度 V2X 整体架构、边缘路侧、百度 5G 移动边缘计算平台OTE、边缘云侧技术架构和解决方案 介绍了 V2X 在工程实践落地中遇到的容器安全问题及优化方案 本报告感谢以下起草单位(排名不分先后):百度、英特尔、中国信息通信研究院 起草人(排名不分先后):陈刚、张贺纯、许振华、刘世堃、张骏、徐佳靓、吴美希、芦帅 1 ODCC-2020-04002 云边计算系统架构、方案和工程实践 1 1 云边协同应用于云边协同应用于
6、V2XV2X 领域的总体思考领域的总体思考 1.1 V2X 基本概念和技术 V2X 基本概念 根据 3GPP 描述,V2X 术语是指基于车到车、车到基础设施、车到网络、车到人等实体间的通信。车到车(V2V,Vehicle to Vehicle):正在靠近的车辆之间的 V2V 应用信息交互,如车辆位置、速度、方向和运动状态等,目的是提供安全预警,从而提高驾驶安全性。车到基础设施(V2I,Vehicle to Infrastructure):车辆与通信范围内的路边基础设施(RSU,Road Side Unit)之间的信息交互,如红绿灯信息、交通标志等交通信号信息,从而让车辆能够实时感知到所处交通环
7、境信息。车到网络(V2N,Vehicle to Network):车辆与蜂窝基础设施、与中心云、与应用服务器之间的应用信息交互,主要用于提升交通效率和避免拥堵。车到行人(V2P,Vehicle to Pedestrian):车辆与行人间应用信息交互,如为车辆及行人提供安全预警,预防交通事故的发生。V2X 通信技术 支持 V2X 通信的技术技术目前主要有两种,IEEE802.11p 和 C-V2X。除了标准的 V2X 通信技术外,也有一些正在使能的技术,如可见光通信 VLC,毫米波等。VLC 及毫米波方式都存在着一些技术上的局限性,如只能在可见光条件下使用,并且会受到恶劣天气的严重影响等等,更多
8、被作为补充技术。2 ODCC-2020-04002 云边计算系统架构、方案和工程实践 通常 V2X 通信划分直接通信、蜂窝网络辅助通信和混合通信三类,如下图所示:直接通信(802.11p/PC5)蜂窝网络辅助通信 混合通信 在直接通信中,车辆直接与相邻车辆通信。在蜂窝网络辅助的通信中,必须通过 RSU 或基站(BS)进行通信。在混合通信中,车辆通信通过使用 802.11p 和蜂窝网络(例如 RSU 和 BS)将直接通信和网络辅助通信相结合来实现彼此之间的通信。诸如 IEEE 802.11p 和 C-V2X 等最新的车载网络技术无法满足对关键和安全应用需要超可靠通信的下一代自动驾驶汽车的需求。因
9、此,下一代的智能和自动驾驶汽车需要能够处理超可靠情况的增强型车辆服务。随着车辆的发展以及向智能和自动驾驶汽车的发展,V2X 的QoS 要求变得更加严格。因此,现有的 V2X 技术可能无法满足未来 V2X通信的性能要求。1.2 V2X 的演进和发展 车辆是我们日常通行的重要组成部分,它们已经成为必需品,而不是奢侈品。V2X 通信可以在由车、路、人、云构成的整体网络中实时提供安全驾驶、交通效率和路况相关的信息。目前,汽车行业正在经历着重大技术进步和变革,网联化、智能化和自动化成为未来的发展方向。作为未来智能交通系统 ITS 的开发和部署工作的一部分,V2X 通 3 ODCC-2020-04002
10、云边计算系统架构、方案和工程实践 信和服务已经引起了从政府机构到汽车制造商等整个产业链极大的兴趣。这主要是因为 V2X 能够带来一系列的优点,如减少与降低交通事故发生率、引入新型商业模式及减少车队运营支出。同时,V2X 通信能够提供各种服务,如车辆自动驾驶、交通流量优化、车内娱乐等一系列的功能及服务。这些应用和服务通常对端到端时延、带宽、算力、存储等方面有着非常严格的要求。4 ODCC-2020-04002 云边计算系统架构、方案和工程实践 V2X 的发展 通过 2G、3G、4G 等技术提供车载信息服务,如车载导航、车辆诊断和车载娱乐等信息。通过 LTE-V 等技术辅助驾驶应用,如实时交通路况
11、信息共享、碰撞预警和避免等 通过 5G 技术逐步引入自动驾驶应用,如远程驾驶、编队行驶、环境感知和控制决策、高精度地图下载等 V2X 应用 DSRC 时代刚开始时,3G 蜂窝基础设施也开始运营。但是,3G 并不能满足 V2X 通信所需的严格规范。在 4G 时代,车载 LTE(LTE-V)于 2016 年作为 DSRC 的替代技术推出,用于支持智能车路协同。但是,LTE-V 仍然不能支持 V2X 应用程序对超低延迟、超高可靠性和超高带宽的要求,例如关键消息和队列的协调。之后,学术界和产业界引入了 5G NR 技术来增强 C-V2X 应用。同时,边缘计算被认为是推动 5G 生态系统向前发展的技术。
12、它在网络边缘向附近的车辆或其他设备提供计算服务,从而在算力和存储方面降低了通信延迟。边缘计算通过超低延迟的数据传输提供了一系列服务,例如边缘数据存储、任务处理、实时网络访问和服务质量(QoS)改进。V2X 系统中的 MEC 平台具有各种优势,包括无处不在的网络连接、增加的可伸缩性和降低的网络操作复杂性,并有助于 5G V2X 服务的开发。V2X 标准演进 5 ODCC-2020-04002 云边计算系统架构、方案和工程实践 考虑到未来更高等级的自动驾驶和车路协同需求,3GPP 定义了面向 5G 增强的 V2X 业务需求及 5G-V2X 无线接入标准。图 1-1 C-V2X 向 5G NR V2
13、X 的演进 1.3 V2X 与边缘计算 边缘计算与 V2X 3GPP R15 版本针对 V2X 的场景需求分析中(TR38.913),时延要求最为严格的自动驾驶和传感器共享场景,对时延的要求最低达到了3ms。同时,带宽需求最大的传感器共享场景,对带宽的要求最高达到了 1Gbps。此外,全局路况分析场景对服务平台的计算能力也提出了要求,要求能够快速对视频、雷达信号等感知内容进行精准分析和处理。6 ODCC-2020-04002 云边计算系统架构、方案和工程实践 边缘计算通过在靠近用户及终端的位置部署计算、存储、网络、加速等能力,使得应用不再受限于终端电池容量、散热、算力等限制,从而可以获得计算与
14、性能的较好平衡。同时,因为更靠近部署了计算、存储、网络及加速等能力的边缘,终端及应用对大带宽、低时延、大连接的需求也得到了较好的满足。图 1-2 2019-2020 年全国 5G 基站累计建设 边缘计算赋能 V2X 的核心是将 V2X 业务部署在边缘计算平台上,借助网络及空口支持实现了车、路、人、云的整体协同。因此,边缘计算是实现 V2X 产业变革最好的和必须的方式。边缘计算对 V2X 场景赋能 针对边缘计算的架构特点及 V2X 对边缘计算在时延、带宽、存储等方面的强烈需求,边缘计算对如下 V2X 场景应用有着非常明显的赋能作用:超视距感知超视距感知:单车感知存在不可避免的盲区或漏检,通过在V
15、2X RSU 附近部署的边缘计算平台可以在路侧实现对感知数据的融合分析,将 RSU 提供的转角、路口侧向等车辆感知盲区状态信息实时分享和发布,有效扩展车辆的感知范围。7 ODCC-2020-04002 云边计算系统架构、方案和工程实践 自动泊车自动泊车:自动驾驶车辆需要停车场端提供停车场地图、车位信息、路径感知信息等数据,以及自动泊车调度与指令数据。边缘计算可有效降低该场景下数据回传与下发的时延。高精度地图高精度地图:通过在边缘计算平台部署和存储高精度地图数据,实现了高精度地图向车辆的实时分发。远程驾驶和编队驾驶远程驾驶和编队驾驶:通过边缘计算与 5G 能力开放架构支持,可实现对车辆的实时监控
16、和异常接管,从而使远程驾驶和编队驾驶成为可能。8 ODCC-2020-04002 云边计算系统架构、方案和工程实践 2 2 V2XV2X 总体设计总体设计 V2X 总体设计需考虑到端到端时延要求、带宽、物理部署位置等多个因素,以满足智能车路协同对车端、路侧、边缘站点和中心云侧等各方面的需求。在设计过程中,将 V2X 智能车路协同整体架构划分为车端、边缘路侧(RSU、感知摄像头、监控摄像头、RSCU)、边缘云侧(边缘节点、核心交换机)、中心云侧等四大部分。本白皮书重点关注边缘路侧、边缘云侧两部分的核心功能。2.1 整体架构 V2X 架构从基础设施层面上看分为两部分,其中一部分属于边缘云侧,该部分
17、一般是园区提供的一个或多个中心 IDC,用于提供对边缘路侧设备的管控,以及作为边缘数据的汇聚中心。另一部分为边缘路侧设备,一般由路侧的基本计算单元(RSU、RSCU)和路侧摄像头、以及各种感应采集设备组成。无论是中心还是路侧,其组成部分都为基础设施层IaaS 层应用层,另外云中心侧还要提供若干可视化平台,提供用户操作与观察界面。9 ODCC-2020-04002 云边计算系统架构、方案和工程实践 图 2-1 V2X 整体架构 10 ODCC-2020-04002 云边计算系统架构、方案和工程实践 2.2 百度移动边缘计算平台 OTE 2.2.1 OTE Stack 介绍 百度 OTE Stac
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