什么是邊緣計(jì)算？它是怎樣火起來的？終于有人講明白了

01邊緣計(jì)算的歷史背景1946年在美國賓夕法尼亞大學(xué)，電子晶體管計(jì)算機(jī)ENIAC攜170平方米、18000個(gè)晶體管的龐大身軀悄然問世，作為計(jì)算的載體，開啟了現(xiàn)代計(jì)算機(jī)的發(fā)展之路。此后，晶體管代替了電子管，集成電路代替了晶體管，計(jì)算機(jī)的發(fā)展沿著摩爾定律的軌道一路狂奔，從巨大的機(jī)房一步步走進(jìn)了千家萬戶，登上了小小的桌面，甚至作為可穿戴嵌入式設(shè)備成為人體的一部分。伴隨這一過程，越來越多的物理世界需求被轉(zhuǎn)化為計(jì)算需求，計(jì)算的形態(tài)也經(jīng)歷了幾次重要變化。1.共享到獨(dú)占在計(jì)算機(jī)發(fā)展初期，由于高昂的成本，計(jì)算機(jī)主要用于大型科學(xué)實(shí)驗(yàn)，幾乎不存在現(xiàn)代意義的個(gè)人計(jì)算機(jī)。因此，此時(shí)的計(jì)算過程往往是很多用戶采用分時(shí)的方式共享一臺計(jì)算機(jī)，這一需求也造就了后來人們熟知的UNIX系統(tǒng)和類UNIX系統(tǒng)。雖然此時(shí)所有的計(jì)算需求是在大型機(jī)“本地”執(zhí)行的，但其任務(wù)來源通常是多個(gè)用戶，資源也是由多用戶共享的。因此從計(jì)算模式的角度而言，大型機(jī)的計(jì)算采用了多用戶共享的模式。而隨著集成電路的出現(xiàn)，計(jì)算機(jī)體積沿著“摩爾定律”的軌跡不斷縮小，計(jì)算成本不斷降低，使得用戶逐漸能夠通過個(gè)人計(jì)算機(jī)來滿足各類計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲的需求，計(jì)算的形態(tài)也從多用戶分時(shí)共享為主流變?yōu)榱霜?dú)占資源的個(gè)人計(jì)算機(jī)為主流。2.本地到云端隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和通信技術(shù)的不斷發(fā)展，計(jì)算機(jī)再也不僅僅是數(shù)據(jù)存儲和運(yùn)算的載體，而是承擔(dān)了越來越多的信息傳輸和交互任務(wù)。與此同時(shí)，智能手機(jī)、交互式Web服務(wù)、社交網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)和普及，使得大量的用戶信息由本地遷移到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器當(dāng)中。伴隨著“信息網(wǎng)絡(luò)化”這一過程，在數(shù)據(jù)被帶到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器上的同時(shí)，一部分運(yùn)算過程也被帶到了服務(wù)器上，例如網(wǎng)站托管、推薦算法、各類在線服務(wù)等。不僅如此，隨著通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的計(jì)算業(yè)務(wù)得以通過網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)，從而一步步形成了如今云計(jì)算的形態(tài)。3.云端到邊緣隨著智能手機(jī)、可穿戴設(shè)備等智能化計(jì)算設(shè)備的普及，以及高清視頻、人工智能算法等需求的涌現(xiàn)，各類游戲、應(yīng)用、視頻業(yè)務(wù)對于數(shù)據(jù)和實(shí)時(shí)性的要求越來越高，例如風(fēng)靡一時(shí)的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AugmentedReality，AR）游戲口袋妖怪（PoKeMonGO），對攝像頭實(shí)時(shí)采集的圖像進(jìn)行識別和處理，并在識別出的目標(biāo)位置顯示不同種類的“口袋妖怪”。對于此類應(yīng)用業(yè)務(wù)，一方面本地計(jì)算會出現(xiàn)能力不足或者電量消耗過快的問題；另一方面若采用云計(jì)算架構(gòu)，則無法達(dá)到游戲的延遲要求，不僅如此，當(dāng)應(yīng)用規(guī)模擴(kuò)大時(shí)，云計(jì)算架構(gòu)中網(wǎng)絡(luò)帶寬將會成為瓶頸，難以支撐來自海量前端設(shè)備的大規(guī)模實(shí)時(shí)計(jì)算和數(shù)據(jù)請求。即便對于實(shí)時(shí)性要求不高的傳統(tǒng)業(yè)務(wù)，越來越多的設(shè)備接入網(wǎng)絡(luò)，也會使得云計(jì)算網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施不堪重負(fù)，甚至使得云計(jì)算中心成為許多地區(qū)能源消耗的最大來源。與此同時(shí)，隨著5G/6G、Wi-Fi6等通信技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)的快速發(fā)展，用戶端到網(wǎng)絡(luò)接入端的直接延遲可以降到個(gè)位數(shù)毫秒級。此時(shí)我們發(fā)現(xiàn)，在云計(jì)算架構(gòu)中，數(shù)據(jù)從接入點(diǎn)到云計(jì)算中心的傳輸過程已經(jīng)占據(jù)了絕大部分的延遲。考慮到互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)需要經(jīng)過主干網(wǎng)多級路由的過程，這一延遲幾乎無可避免。因此，計(jì)算資源從云中心下降到靠近用戶的網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備（如移動無線基站、家用路由等），則成為實(shí)現(xiàn)大規(guī)模實(shí)時(shí)計(jì)算的必然要求。如此，不僅徹底避免了廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸延遲，也提升了數(shù)據(jù)的隱私安全級別、訪問效率以及服務(wù)部署和管理的靈活性。02邊緣計(jì)算的概念簡而言之，邊緣計(jì)算是一種計(jì)算模式：在該計(jì)算模式下，服務(wù)與計(jì)算資源被放置在靠近終端用戶的網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備中。與傳統(tǒng)的云計(jì)算數(shù)據(jù)中心相比，邊緣計(jì)算中直接為用戶提供服務(wù)的計(jì)算實(shí)體（如移動通信基站、WLAN網(wǎng)絡(luò)、家用網(wǎng)關(guān)等）距離用戶很近，通常只有一跳的距離，即直接相連。這些與用戶直接相連的計(jì)算服務(wù)設(shè)備稱為網(wǎng)絡(luò)的“邊緣設(shè)備”。如圖1-1所示，對于校園、工業(yè)園區(qū)等場景，配備計(jì)算和存儲資源的設(shè)備即可作為邊緣設(shè)備，為其前端用戶提供邊緣計(jì)算服務(wù)；對于城市街區(qū)場景，移動蜂窩網(wǎng)絡(luò)的通信基站可作為邊緣計(jì)算設(shè)備提供服務(wù)；對于家庭住宅場景，家用路由器可作為邊緣計(jì)算設(shè)備?！鴪D1-1邊緣計(jì)算系統(tǒng)示意圖關(guān)于邊緣計(jì)算的概念，目前國內(nèi)外學(xué)術(shù)界與工業(yè)界存在幾種不同的定義。根據(jù)其出發(fā)點(diǎn)的不同，本文將邊緣計(jì)算的定義整理如下：邊緣計(jì)算作為云計(jì)算的延伸：邊緣計(jì)算是一種云計(jì)算優(yōu)化方法，“通過將網(wǎng)絡(luò)集中節(jié)點(diǎn)（云核心）上的應(yīng)用、數(shù)據(jù)和服務(wù)放置到邏輯邊界節(jié)點(diǎn)（邊緣）”，從而建立與物理世界的直接聯(lián)系。邊緣計(jì)算作為前端設(shè)備和云計(jì)算的中介：邊緣計(jì)算是指那些使得計(jì)算發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)邊緣的技術(shù)合集，向下的數(shù)據(jù)流來自云計(jì)算服務(wù)，向上的數(shù)據(jù)流來自前端的各類物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備。描述計(jì)算平臺的角度：根據(jù)中國邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的定義，在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，融合網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲、應(yīng)用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務(wù)，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。它可以作為連接物理和數(shù)字世界的橋梁，使能智能資產(chǎn)、智能網(wǎng)關(guān)、智能系統(tǒng)和智能服務(wù)。泛化的云與用戶之間的補(bǔ)充：邊緣計(jì)算是指從數(shù)據(jù)源到云數(shù)據(jù)中心的路徑上任意計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)資源的統(tǒng)稱。該定義明確將邊緣計(jì)算看作云計(jì)算中心與用戶之間所有計(jì)算和資源的統(tǒng)稱。本文從計(jì)算模式發(fā)展的角度給出邊緣計(jì)算的定義：邊緣計(jì)算是一種計(jì)算資源與用戶接近