荐书|边缘计算：万物互联时代新型计算模型

来源：《中国科学报》

物联网智库 整理发布

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云计算方兴未艾，边缘计算又从何说起？

如果将云计算中心比喻为大脑，那么边缘计算更像是大脑输出的神经触角，联结到各个智能终端。

云计算方兴未艾，边缘计算又从何说起？

总体来说，边缘计算是靠近物或数据源头的网络边缘侧，融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放计算平台，就近提供边缘智能服务，满足行业数字化在敏捷联接、实时业务、数据优化、应用智能、安全与隐私保护等方面的关键需求。它横跨信息技术（IT）、通讯技术（CT）等多个领域，涉及网络联接、数据聚合、芯片、传感、行业应用多个产业链角色。

边缘计算和云计算相辅相成

“边缘计算的诞生并非凭空出现，像计算机科学领域内的其他技术一样，也是在已有相关技术的基础发展起来的，只是边缘计算有其独特的理论和实践优势，更能适应现有大数据处理的需求。”国际电气与电子工程师协会（IEEE）会士、美国韦恩州立大学计算机科学系教授施巍松在接受《中国科学报》采访时如是说。

在万物互联的时代，手机、电脑、智能家居、可穿戴设备等更多终端设备对云计算中心的依赖愈发强烈。根据国际电信联盟的报告，2020年预计有500亿个设备将连接到网络，每人每秒钟创建的数据量达到1.7MB。

“在大数据处理1.0时代，数据的类型主要以文本、音视频、图片以及结构化数据库等为主，数据量维持在PB级别，云计算模型下的数据处理对实时性的处理要求不高。”施巍松解释说。PB是数据量的单位，译为拍字节，1PB相当于1024太字节（TB）。而当大数据处理真正进入2.0时代时，需要处理的数据量超过泽级（Zeta Bytes，1ZB相当于10亿TB）。

如此庞大的数据量一拥而入，将给原有云计算模型带来诸多挑战。施巍松举例说，如此集中式的海量数据处理加重云数据中心的负担，导致计算能力不足，也会导致网络传输带宽的负载量急剧增加，造成较长的网络延迟。而且，“当网络边缘设备所产生的数据涉及单位和个人隐私时，隐私数据安全问题也会变得尤为突出”。

为了解决未来可预见的问题，边缘计算的概念应运而生。边缘计算模型与云计算模型不是非此即彼的关系，而是相辅相成的关系，两者的有机结合将为万物互联时代的信息处理提供较为完美的软硬件平台支撑。“我们需要将原有基于中心的云计算任务部分迁移到网络边缘设备上，以提高数据的网络传输性能，保证数据处理的实时性，同时降低云计算中心的计算负载。”施巍松解释道。

如果将云计算中心比喻为大脑，那么边缘计算更像是大脑输出的神经触角，联结到各个智能终端。比如，可穿戴的医疗设备可被视为个人用户与云计算中心之间的边缘，智能家居中网关可被视为家庭内电子设备和云计算中心之间的边缘。而且，这种联结并非简单地上传下效，既增加云计算“大脑”对于终端的控制范围，同时兼具着部分计算功能，包括数据存储、处理、缓存、设备管理、隐私保护等。

这些计算功能建立在边缘计算模型双向传输数据的基础上。“与之前的边缘终端设备到云端单向传输不同，这些边缘终端设备既是数据的生产者也是数据的消费者，终端设备和云计算中心之间的请求是双向的。”施巍松进一步阐述。

提供更丰富的智能体验 

边缘计算的加入，让庞大的数据量可以有条不紊地被处理，弥补了移动边缘终端设备基本不具有计算能力的缺陷。也因为边缘计算的加入，将数据在进入云计算中心前就被妥善“解决”，人们在使用网络时的速度和效率将大大增加。

比如，当年底一个又一个电商节日到来时，如何快速地秒杀心仪的产品呢？如果此时电脑终端联结在云计算中心，那么在用户不断刷新的情况下，数据不断往返云计算中心与电脑终端之间，由于受限于实时网络传输速度和服务器负载状况，这种刷新也会因为上网人数的增多而变得缓慢。但是如果购物车的数据更新操作迁移到边缘节点，则会节省数据在网络中的传输时间。边缘节点一边不断更新用户的购物车状态，一边将信息上传至云计算中心，并与其后台数据保持一致。

这仅仅是边缘计算应用领域的冰山一角，边缘计算的诞生为未来城市的构筑也奠定了基础。施巍松再次举例说，在公共安全领域应用最多的视频监控，边缘计算模型的出现能够提高其高清视频数据处理速度，可以快速地锁定想要寻找的人或物。比如，当人们在寻找失踪人口时，不必再张贴或广播寻人启事，只需要将失踪人士的照片或视频送给目标区域内的所有边缘视频终端，后者就会搜索本区域内的视频，同时将照片上传到云端。这样广播速度加快，同时可以调动区域内的视频设备自动帮助寻找。

“现在，我和安徽大学合作的科技强警项目‘基于边缘计算的城市安全视频监控服务示范平台及应用’，就实现了一种边缘计算模型的智能视频处理，以及一种可弹性的存储方式，旨在利用边缘计算模型解决现有视频监控系统中计算和存储的问题。我相信这个项目将使边缘计算为公共安全领域中视频监控系统的研究开创一个崭新的研究方向。”施巍松介绍道。

在家庭中，边缘计算也会带来更方便的智慧家居享受。房间内温度、湿度以及其他对我们有利的环境信息，都能够快速地被处理并不断调整，让家庭居住环境变得更舒适。

本书介绍边缘计算的概念、起源及发展历史，对边缘计算的基本概念、模型、关键技术进行剖析，分析边缘计算与云计算、边缘计算与大数据之间的关联，探讨边缘计算的优势与面临的挑战，给出基于边缘计算模型的几种实际应用案例，通过这些案例可以展望边缘计算在万物互联背景下的研究机遇和应用前景。

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