本文來源：Dr曹曼，作者：曹曼博士

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導(dǎo)語

這里的“云-邊-物”指的是“云-邊緣計(jì)算-數(shù)據(jù)源”。將這三個詞組合在一起，不僅因?yàn)槿咧g有數(shù)據(jù)聯(lián)系，而且研究和應(yīng)用重心在三者間的轉(zhuǎn)移代表了數(shù)據(jù)處理的趨勢。

有關(guān)專家認(rèn)為：大數(shù)據(jù)處理已經(jīng)從云計(jì)算為中心的集中式處理時代（2005-2015），正式跨入以萬物互聯(lián)為核心的邊緣計(jì)算時代。其主要原因是傳統(tǒng)云計(jì)算模型不能有效滿足萬物互聯(lián)應(yīng)用的需求，具體包括兩個方面：

① 傳統(tǒng)云計(jì)算存在寬帶負(fù)荷和計(jì)算資源浪費(fèi)、隱私保護(hù)、延遲、能耗較大等不足；

② 邊緣計(jì)算具有彈性管理、協(xié)同執(zhí)行、環(huán)境異構(gòu)及實(shí)時處理等特點(diǎn)。

在“云-邊-物”系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)處理重心從云計(jì)算延伸到邊緣計(jì)算，數(shù)據(jù)處理的能力、效率、經(jīng)濟(jì)性和安全性都得到了提升，有關(guān)知識的普及是必要的。拜讀了施魏松等編著的《邊緣計(jì)算》，很多未知和疑問有了答案。

下面就書中有關(guān)內(nèi)容，加上個人不成熟的理解和觀點(diǎn)，分享如下：

一、邊緣計(jì)算的概念內(nèi)涵

邊緣計(jì)算是指在網(wǎng)絡(luò)邊緣執(zhí)行計(jì)算的一種新型計(jì)算模式，具體對數(shù)據(jù)的計(jì)算包括兩部分：下行的云服務(wù)和上行的萬物互聯(lián)服務(wù)。邊緣計(jì)算的“邊緣”是相對的概念，是指從數(shù)據(jù)源到云計(jì)算中心路徑之間的任意計(jì)算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源。

邊緣計(jì)算是一種綜合性很強(qiáng)的科學(xué)研究，橫跨計(jì)算、數(shù)據(jù)通信、存儲、能耗優(yōu)化等多個領(lǐng)域，涉及軟硬件平臺、網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)聚合、芯片、傳感、行業(yè)應(yīng)用等多個產(chǎn)業(yè)鏈角色，其理論基礎(chǔ)尚不成熟。

在邊緣計(jì)算模型中，部分或全部計(jì)算任務(wù)從云端遷移到邊緣節(jié)點(diǎn)，云計(jì)算中心的應(yīng)用程序從云中心遷移到邊緣節(jié)點(diǎn)上，將原有獨(dú)立的應(yīng)用程序分發(fā)到不同的網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn)，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)針對應(yīng)用程序的劃分技術(shù)，使得在網(wǎng)絡(luò)中心的云-邊緣、邊緣-邊緣等多種異構(gòu)邊緣節(jié)點(diǎn)之間，能夠保證應(yīng)用程序組件的合理分配，獲得應(yīng)用程序的高性能和可靠性。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)下的任務(wù)遷移和調(diào)度，以及任務(wù)放置方案，在降低數(shù)據(jù)延遲、充分利用計(jì)算資源方面發(fā)揮重要作用。邊緣計(jì)算的調(diào)度策略以期實(shí)現(xiàn)在邊緣計(jì)算環(huán)境下，優(yōu)化資源利用率、降低響應(yīng)時間、減少資源消耗和優(yōu)化任務(wù)處理的整體性能。

邊緣計(jì)算的資源調(diào)度方法分為集中式和分布式兩種。其中，集中式主要有凸優(yōu)化、近似算法、啟發(fā)式算法、智能算法、機(jī)器學(xué)習(xí)算法等，分布式主要有博弈論、匹配理論、拍賣方法、聯(lián)邦學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈等?；趨^(qū)塊鏈的邊緣資源分配，充分利用區(qū)塊鏈的先天優(yōu)勢，可以更好地解決邊緣計(jì)算的資源分配問題。

邊緣計(jì)算的商業(yè)模式由原來的“中心-用戶”的單邊模式轉(zhuǎn)變?yōu)椤坝脩?中心”、“用戶-用戶”的多邊商業(yè)模式，商業(yè)模型不僅以服務(wù)為驅(qū)動，服務(wù)時更多地以數(shù)據(jù)為驅(qū)動。

邊緣計(jì)算與云計(jì)算對比：首先，邊緣計(jì)算是一種分布式計(jì)算，環(huán)境更加復(fù)雜（室內(nèi)外），多使用無線傳輸；其次，云計(jì)算中隱私泄露突出表現(xiàn)為數(shù)據(jù)泄露和濫用、用戶喜好行為分析，邊緣設(shè)備容易暴露用戶的位置隱私信息；第三，云計(jì)算有大量存儲和計(jì)算資源，可部署防火墻和防御設(shè)備來應(yīng)對；邊緣計(jì)算資源和存儲能力有限，防御設(shè)施難直接部署在邊緣設(shè)備上。

二、邊緣計(jì)算系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識

邊緣計(jì)算系統(tǒng)具有碎片化和異構(gòu)性的特點(diǎn)，在軟硬件選擇時，既要對自身應(yīng)用的計(jì)算特性做深入了解，從而找到計(jì)算能力滿足應(yīng)用需求的硬件產(chǎn)品，又要找到合適的軟件框架進(jìn)行開發(fā)，同時還要考慮硬件的功耗和成本在可接受范圍內(nèi)。

計(jì)算機(jī)從業(yè)人員必須與垂直行業(yè)進(jìn)行緊密合作，設(shè)計(jì)出下沉可用的計(jì)算系統(tǒng)，著重解決三個問題：減少與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)間的隔閡；完善數(shù)據(jù)保護(hù)和訪問機(jī)制；提高互操作性。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)的移動性支持，包括用戶移動性和重要移動性。用戶移動性是指當(dāng)用戶從一個邊緣節(jié)點(diǎn)覆蓋域移動到另一個邊緣節(jié)點(diǎn)覆蓋域時，如何自動地把當(dāng)前程序狀態(tài)和必要數(shù)據(jù)進(jìn)行遷移，使服務(wù)無縫連接，增強(qiáng)用戶體驗(yàn)；資源移動性是指如何發(fā)現(xiàn)和管理動態(tài)可變資源，包括長期資源（如傳感器）和短期資源（如臨時替換傳感器）。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)多用戶公平性，對于資源有限的邊緣設(shè)備來說，當(dāng)多個程序或多個應(yīng)用都在使用該資源時，如何保證多用戶對共享資源及稀缺資源使用的公平性。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)隱私保護(hù)，保證用戶自己的隱私不受影響，也要保護(hù)使用者的隱私不被設(shè)備擁有者侵犯。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)開發(fā)者友好，需要從應(yīng)用開發(fā)者的角度考慮，以提供高效的開發(fā)和部署服務(wù)，完善包括基礎(chǔ)設(shè)施、用戶、系統(tǒng)、應(yīng)用程序、開發(fā)者這個整體的生態(tài)圈。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)多域混合管理，邊緣計(jì)算涉及多類資源，各資源又屬于不同的擁有者。根據(jù)應(yīng)用程序的需求和用戶信息，給出一個可行的優(yōu)化資源配比，屏蔽硬件的多樣性進(jìn)行統(tǒng)一管理。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)開銷模型，邊緣計(jì)算中，應(yīng)用程序可能會使用不同擁有者的資源，衡量資源使用情況，計(jì)算總體開銷，給出價格模型。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)兼容性，專門的邊緣計(jì)算系統(tǒng)應(yīng)用程序還較少，自動透明地轉(zhuǎn)換現(xiàn)有程序以發(fā)揮邊緣計(jì)算系統(tǒng)的優(yōu)勢，過渡階段能對傳統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行兼容。

三、邊緣計(jì)算安全與邊緣智能

邊緣計(jì)算安全與隱私保護(hù)，本地邊緣設(shè)備的智能化帶來邊緣計(jì)算的安全與隱私保護(hù)的挑戰(zhàn)，存在信息系統(tǒng)普遍的共性安全問題，包括應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)、信息和系統(tǒng)安全。

將類似云計(jì)算的功能帶到網(wǎng)絡(luò)的邊緣，會帶來一些安全問題，如異構(gòu)邊緣數(shù)據(jù)中心之間的協(xié)作安全，本地與全球范圍內(nèi)的服務(wù)遷移安全等。

邊緣計(jì)算安全及其技術(shù)種類：按照邊緣計(jì)算參考架構(gòu)，主要分為物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全和應(yīng)用安全。主要安全技術(shù)有身份認(rèn)證，訪問控制，入侵檢測，隱私保護(hù)，可信執(zhí)行，安全多方計(jì)算，區(qū)塊鏈等。

邊緣計(jì)算設(shè)備是一個集連接、計(jì)算、存儲和應(yīng)用的開放平臺，作為一個小型數(shù)據(jù)中心，需要達(dá)成類似云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)安全和訪問控制。

邊緣智能的產(chǎn)生來自邊緣計(jì)算和人工智能的快速發(fā)展，邊緣智能的發(fā)展離不開生態(tài)系統(tǒng)上下文的支持，包括邊緣深度學(xué)習(xí)算法、邊緣數(shù)據(jù)處理平臺、邊緣深度學(xué)習(xí)計(jì)算框架、邊緣操作系統(tǒng)和邊緣深度學(xué)習(xí)體系結(jié)構(gòu)等。

在邊緣智能中，邊緣與物端設(shè)備和云端設(shè)備的協(xié)同交互十分重要，包括邊云協(xié)同、邊邊協(xié)同、邊物協(xié)同和云邊物協(xié)同。

為減少邊緣計(jì)算中人為參與，在網(wǎng)關(guān)層對數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理（去噪音、事件檢測、隱私保護(hù)等）后，數(shù)據(jù)被發(fā)送至系統(tǒng)上層，作為應(yīng)用服務(wù)所需數(shù)據(jù)源，該過程將遇到三種挑戰(zhàn)：

• 不同設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)格式的多樣性

• 數(shù)據(jù)抽象程度的不確定性

• 數(shù)據(jù)抽象的適應(yīng)性。

邊緣智能技術(shù)的發(fā)展，對優(yōu)化資源利用率、降低響應(yīng)時間、減少資源消耗和優(yōu)化任務(wù)處理的整體性能，尤其是解決時延和能耗問題，有很大的推動作用。

對“云-邊-物”的系統(tǒng)研究，不僅是為了解決低功耗、網(wǎng)絡(luò)可靠性、計(jì)算資源和安全隱私四大問題，更重要的是為了提高線上和線下資源的利用率，并獲得更好的降本、增效、提質(zhì)、綠色和安全結(jié)果。

就邊緣計(jì)算而言，與云計(jì)算的結(jié)合更加有效地解決了大數(shù)據(jù)處理所面臨的問題。邊緣資源的配置包括任務(wù)分配和資源放置，未來會有更多的研究投入到基于無服務(wù)器計(jì)算的邊緣資源配置中，旨在滿足客戶最大化的同時最小化供應(yīng)商資源成本。

在萬物互聯(lián)場景中，“云-邊-物”系統(tǒng)的研究和應(yīng)用重心，不斷從云到邊再到物。即大數(shù)據(jù)處理從云計(jì)算為中心的集中式處理（前邊緣計(jì)算）時代，到以萬物互聯(lián)為核心的邊緣計(jì)算時代，進(jìn)一步將到以連接（控制）主體為核心的后邊緣計(jì)算時代。

在“云-邊-物”協(xié)同中，以數(shù)據(jù)源為重心所開展的研究和應(yīng)用工作，如意念與網(wǎng)絡(luò)的直接連接，是邊緣計(jì)算下一輪發(fā)展（后邊緣計(jì)算時代）的重點(diǎn)。邊緣計(jì)算必將會成為互聯(lián)網(wǎng)的下一個主流應(yīng)用場景，“云-邊-物”系統(tǒng)會不斷被強(qiáng)化，并發(fā)揮越來越重要的作用。

最后，感謝《邊緣計(jì)算》作者的付出！以上，若有理解不對的，敬請批評指正！

本文直接來源：邊緣計(jì)算社區(qū)

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總結(jié)

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