2018-11-05

无处不在的云计算又多了一个兄弟——雾计算

现在正在流行的“云计算”，是把大量数据放到“云”里去计算或存储。这样，就解决了目前电脑或手机存储量不够，或者是运算速度不够快的问题，当然也带来了其他很多好处。

   这个所谓的“云”的核心，就是装了大量服务器和存储器的“数据中心”。由于目前的半导体芯片和其他配套硬件还很耗电，全球数据中心的用电功率，相当于30个核电站的供电功率，而令人痛心的是其中90%的耗电量都被浪费，因为效率很低。谷歌位于全球数据中心的用电功率就达到3亿瓦特，这一数字超过了3万户美国家庭的用电量。

   如果说现在用了大量电能来维持的云计算中心，还能给广大用户提供互联网云服务的话，当数据传输量进一步成指数式增长，可能这个云中心会无法再维持下去。这个数据传输，指的是大量无线终端和“云”之间的传输。随着物联网的到来，今后各种家庭电器以及大量传感器，包括嵌入在可穿戴设备里的传感器都会连网，从而产生极其大量的数据。而大量数据的发送和接收，可能造成数据中心和终端之间的I/O(输入输出)瓶颈，传输速率大大下降，甚至造成很大的时延。

   于是有人想出一个方法，在终端和数据中心之间再加一层，叫网络边缘层，如再加一个带有存储器的小服务器或路由器，把一些并不需要放到“云”的数据在这一层直接处理和存储，可大大减少“云”的压力，提高了效率，也提升了传输速率，减低了时延。这个方法叫做“雾计算”。

   这个名字还是很有想象力，“云”漂浮在天上，看得见却摸不着，而“雾”就在你眼前，接地气，是个现实的物体。“雾计算”所用的设备，就是小服务器或路由器，是处于大型数据中心与终端用户之间的设备，可以放到小区、工厂、企业、家庭等里面。

“雾计算”的效果与特点

最初“雾计算”这个名字还是由美国纽约哥伦比亚大学的斯特尔佛教授(Prof. Stolfo)起的，不过他当时的目的是利用“雾”来阻挡黑客入侵。后来美国思科公司把这个名词接了过去，用于推销产品和网络发展战略。而IBM一直在推动网络“边缘化”，准备把很多“云计算”的工作逐步移到“雾计算”。就是把处于网络中心的“数据中心”里的数据，移到网络的边缘处。

“雾计算”对于企业来说有着明显的积极效果：企业大量的内部数据不用传到“云”里再从“云”里传回来，而是直接通过“雾”来处理，能大大提高企业效率。对于个人来说，如果手机里的软件需要升级，也不必到“云”里去升级，只需在最近的地方(如小区内)通过“雾计算”的设备升级就可以了。

雾计算的主要特点是：

★极低时延。这对于目前正在蓬勃发展中的物联网有着十分重要的意义，除此之外，网上游戏、视频传输、增强现实等也都需要极低的时延。

★辽阔的地理分布。这正好与集中在某个地点的云计算(数据中心)形成强烈的对比。例如，如果需把信息和视频发送到高速移动的汽车时，可以沿着高速公路一路上设置无线接入点。

★带有大量网络节点的大规模传感器网络，用来监控环境。智能电网本身就是一种带有计算和存储资源的大规模分布式网络，可以作为“雾计算”很好的应用例子。

★支持高移动性。对于雾计算来说，手机和其他移动设备可以互相之间直接通信，信号不必到云端甚至基站去绕一圈，因此可以支持很高的移动性。

★支持实时互动。

★支持多样化的软硬件设备。

★支持云端在线分析。

这里举一个应用“雾计算”的“智能交通系统”的例子。这个系统把交通灯作为网络节点，可以和传感器一起进行互动。传感器可以探测出行人或骑自行车人的出现，测量出正在接近的汽车的距离和车速。通过“雾计算”，这些智能交通灯可以与邻近的智能交通灯进行协调，可以对接近的汽车发出警告，甚至可以改变红绿灯亮的周期，以避免出现交通意外。在智能交通系统的雾计算服务器里的数据，将传到“云”里，再进行全局数据分析。

再比如说了很多年的无线传感网络，它的特点是极低的功耗，电池可以5、6年换一次，甚至可以不用电池而使用太阳能或其他能源来供电。这样的网络节点只有很低的带宽及低端处理器，以及小容量的存储器。传感器主要收集温度、湿度、雨量、光照量等环境数据，不需要把这些传到“云”里去，传到“雾”里就可以了。这将是“雾计算”的典型的应用。

“雾计算”与“云计算”

  “雾计算”提供了当地节点分布的地理位置信息，信息传递的时延非常低，而“云计算”则提供了中心化的全局信息。许多应用既需要“雾”也需要“云”，例如大数据技术里的数据分析，首先通过M2M(机器与机器之间通信)把传感得到的数据进行处理和过滤，然后放到HMI(人机界面)这一层进行文本化及视觉化处理，可以让用户清晰地理解所有的分析过的数据资料。

    这里“雾计算”起到了一个频繁使用的“数据库”的作用，而“云计算”中心就是一个把文件长期存储的地方了。由于“雾计算”的极低时延，这样的大数据分析可以用手机来完成，真正做到“移动数据分析”。

在物联网将成为下一代互联网的大趋势下，“云计算”本质上的一些缺点显得越来越明显，如不能支持高移动性、不支持地理位置信息及高时延等等，而“雾计算”正好能够解决这些问题，同时又可带来大量新的应用和新的服务。

   这种“雾计算”的节点可以是今天人们正在用的无线路由器、机顶盒之类。在“雾计算”这个概念提出之前，2009年就有人提出过“云盒”(Cloud in a box)以及“小云”(Cloudlet)的想法和产品，用于周边的手机和各种移动设备，这与“雾计算”的想法是一致的。比如增强现实，是在实际看到的现实世界的影像上再叠加一层信息，需要进行实时复杂的视频运算，由于是实时要求，需要极低的时延。有人使用谷歌眼镜再配上“小云”设备，达到了很好的用户体验效果。

   云计算需要大量带宽，而无线网络带宽有限。用了“雾计算”，可以使所需的带宽量大大降低，原则上可使传输的数据“旁路”，即从互联网边上绕过去，使这些数据尽可能本地化。最有价值的数据仍然可以通过“云”来传输，但是大部分的数据流量可以从这些网络中分流出去，从而大大减轻了云网络的流量负担。智能交通系统、智能电网、智能汽车甚至健康医疗系统等，如果都是本地处理数据，只把最重要的数据传到“云”的话，将变得非常高效，同时也可节省大量成本。

   但“雾计算”并不与“云计算”形成竞争，而是可以看作后者的延伸。从这个意义上来说，一些公司利用装备了无线通信设备的无人机、热气球给偏远地区提供宽带网络服务，也可以算为一种“雾计算”，而这种“雾计算”还真的很形象：漂浮在用户和云彩之间，有点“雾”的味道。

   “雾计算”有很多优点，但涉及到未来大规模部署“雾计算”设备，必然会遇到各种问题，比如网络堵塞、软件架构、安全、隐私以及采用什么商业模式等等，不过这些问题在不久的将来一定能得到解决。

“云计算”、“雾计算”相继出现在计算机技术的字典里。是不是我们接下来还可以期待“雪计算”、“彩虹计算”、“冰雹计算”，甚至“暴风计算”的出现呢?