万物互联之边缘计算简述-什么是边缘计算

0、摘要

        在上一篇博客中《万物互联之边缘计算简述-背景》[1]，笔者解释了在万物互联时代，引入边缘计算的必要性。详细说明了在新的高带宽、低时延、海量连接和海量数据的场景下，边缘计算可以发挥的价值，并在文章的结尾给出了边缘计算的4个关键词：分布、就近、边缘侧和资源下沉。那在业界对于边缘计算是如何定义的呢？当前边缘计算有哪些类别和方向？边缘计算是怎么来的，发展历史是什么样的呢？带着这些疑问，开始我们今天的话题。

1 、边缘计算的定义

        要了解一个对象是什么，需要从多个视角去看。笔者在想要了解边缘计算是什么时，选取了学术界和工业界两个视角，因为笔者的愿景就是要打通万物互联学术和工业的界限，实现新成果的快速转换和落地。如下图所示是学术界对于边缘计算的定义，在学术界，笔者选取了边缘计算的先驱施巍松教授的定义[2][3]，从图中可以看出边缘计算是处在云端和广义终端（既是数据的生产者又是消费者）设备中间的任何设备，是一种新型的计算模型，将原来云端的集中式计算模型迁移到靠近终端的网络边缘（从网络视角看就是接入网的地方，比如WiFi和4G/5G）位置，采用分布式的新型计算模型。这个定义是从计算的视角给出的，有文章形象的将其比作八爪鱼模型，分布的每个边缘设备相当于八爪鱼的触角，云相当于八爪鱼的头部，既可以由头部控制所有的触角，每个触角也可以独立存活，就像边缘计算可以独立地处理数据、发出控制指令，不需要云端的参与，也可以由云端统一调控。

        工业界将学术界只对计算资源的下沉下的定义进行了扩展。笔者总结了ECC（边缘计算联盟）在边缘计算参考架构[10]共计3个版本和边云协同白皮书[4][5]两个版本的定义，放到如下的一张图中。在工业1.0版本，强调的重点从单纯的计算模型扩展到了分布式开放平台，更注重平台化的应用；边缘计算设备的位置是一样的，在云端到广义终端中间的更靠近边缘侧的任何设备或者平台；除了将计算资源从云端下沉到边缘端，还包括网络资源、存储资源和应用资源，扩展了整个边缘计算的应用场景；针对文献[1]中提到的4个新挑战：海量联接、低时延、高带宽、数据安全和隐私，有针对性的提供了4项服务，分别是：敏捷连接、实时业务、应用智能、安全与隐私；最后就是更加强调边云协同，在云端提供深度分析和计算、行业应用，在边缘侧为终端提供实时安全的数据处理和控制。

         工业2.0版本定义的边缘计算更加强调边云协同和边缘智能，边缘计算并不是取代云计算，而是在与云计算分工协作，云计算更擅长做非实时、大数据分析、对大量的数据进行模型训练，而边缘计算更适合实时、局部数据的分析，快速响应执行控制指令。这个版本都将边缘和云结合，组成了云边缘、边缘云和边缘网关三种形态。云边缘是将云服务往边缘侧延伸，本质上仍然是云服务；边缘云指的是在边缘侧构建中小规模的云服务能力；边缘网关则强调用云化的技术和能力重构原有的嵌入式网络关系，边缘网关在边缘侧提供协议/接口转换、边缘计算等能力，这也是笔者后续的一个重点研究方向，上面三个详细的定义可以参看文献[6]。

        笔者理解这两个工业版本的定义本质上并没有太大差异，在第一个版本强调边缘计算的功能独立性，完全可以独立运作；第二个版本更加强调边缘设备和云设备要发挥各自优势，一起协同工作。按照这样的定义，边缘计算发展的怎么样，有没有一些新的研究方向，下一小节笔者带着大家看一些新的方向，你会发现这些新方向要么跟具体的行业有关，要么跟某项技术结合，要么改造当前的嵌入式网络关系。

2、边缘计算分类

        边缘计算是万物互联时代垂直行业的变革利器，如下图所示是由边缘计算这个新概念催生出的一些新的垂直产业类别和研究方向。这些过去的网络架构、计算模型在边缘计算的加持下，正在发生着深刻的变革。本文选择的类别是有一定的代表性和指向性的，比如车边缘计算代表的是具体的行业应用与边缘计算的结合，MEC代表的是网络技术和边缘计算的结合，可以启发读者探索新的原创方向。比如笔者想到的，将无人机与边缘计算结合，就可以用UEC来表达等等。

         图中正上方的车边缘计算(VEC)[9]，是将边缘计算应用在时下大火的车联网（包括车车互联、车路互联、车人互联等）、自动驾驶场景，将边缘计算的理念引入到车载网络和系统上，对其进行改造。这个在学术界和工业界已经被单独地作为一个研究和应用的方向，车联网和自动驾驶场景有两个核心的诉求：低时延和高带宽。低时延好理解，特别是自动驾驶场景需要在ms时间内对做出反应，特别是车辆始终在高速移动的过程中，会在不同的站点之间进行快速切换，如果靠云计算来处理数据就会有很大时延，因此需要边缘计算就近处理。另外车辆也会实时侦测周围环境，自身也会产生大量的数据，这些数据需要实时的在车车之间、车路之间和车人之间进行传递和处理，需要超大的带宽，5G技术可以解决接入的高带宽问题，再加上边缘计算就可以在靠近车的位置进行实时数据的收集、缓存和处理，缓解大量的数据对核心网的冲击。

        多接入边缘计算（MEC）[7]，起初称之为移动边缘计算，2017年欧洲电信标准化组织将其改名为多接入边缘计算，即将边缘计算与各种接入技术（固定的有线光纤接入，如FTTx/FTTH/FTTB；移动的无线接入技术，如LTE/NB-IOT/5G/WIFI）结合到一起，在最靠近用户的地方提供网络资源和计算资源。MEC是当前比较火的研究方向，它并没有另起炉灶，而是巧妙的将“最后一公里”的网络-接入网和可以就近处理用户产生的数据-边缘计算，各自的优势结合起来，打造无处不在的网络、无处不在的计算。多接入边缘计算非常契合边缘计算中的边缘网关的形态，对现有的嵌入式接入网进行重新改造。

        边缘计算网络是在2019年首次提出的，它从边缘计算的视角对当前的网络架构和计算模型进行了重塑。ECA（边缘计算接入网络）表示从用户系统到上面提到的MEC所经过的所有网络设施，ECN（边缘计算内部网络）表示MEC内部基础网络设施，ECI（边缘计算互联网络）表示从MEC到云计算系统和各类计算中心所经过的网络基础设施[6]。上面的三张边缘计算网络提供了一套端到端地实现边缘计算接入、传输和核心网的解决方案，跟前面所述的工业2.0的边缘计算定义也能一一对应，可以说是笔者当前找到非常契合定义的方向。该解决方案可以将MEC下沉到企业园区，企业园区数据可以不出园区，即保障了数据安全，又降低了时延。

        5G MEC，顾名思义，就是将5G技术和MEC结合，算是MEC的一个分支。此处之所以将其单列出来，是因为边缘计算本身就是伴随着5G技术蓬勃发展起来的，是实现5G万物互联功能的不可或缺的核心技术。5G有三个应用场景：增强的移动宽带场景（eMBB）、大规模机器通信场景（mMTC）、高可靠低时延通信场景（uRLLC），分别对应着高带宽、海量接入和低时延三个需求，而我们的边缘计算也恰恰在解决这三种场景下的计算和存储问题。也正是有了边缘计算的加持，使得5G已不仅仅是一个网络上的革新，更是计算和存储方式上的革新。两者结合可以广泛应用在智慧能源、基于MEC的无人机、机器学习、网络分片等场景[8]。

3、边缘计算发展史

        了解一个新的概念除了定义和类别以外，还可以回顾一下其发展的历史，知道它是谁，它是怎么来的，通过这样的历史探索，不仅可以加深理解，还可以从中发现一些规律和未来的发展趋势。因此笔者在施巍松教授的边缘计算：现状与展望[2]的基础上，总结的边缘计算发展史如下图所示。         

        从图中可以看出边缘计算这个看起来很新的概念，早在1998年就已经有了雏形，只不过那个时候只是对内容进行的缓存，即Akamai提出的CDN，提到CDN，大家可能并不陌生，我们现在常用的长短视频（如优酷、抖音、爱奇艺）其实就是采用CDN技术将内容缓存在靠近用户的地方，以降低时延。2005年施巍松教授提出了功能缓存的概念，即将功能卸载到靠近用户的地方，已经渐渐有了边缘计算的影子；2012年，思科提出了雾计算的概念，目的是将云计算服务延伸到网络边缘，有点儿像我们前面提到的云边缘。前面的十几年的时间，相当于边缘计算的萌芽期，还未破土而出，时间来到2013年，具有现代意义的边缘计算，由美国太平洋西北国家实验室首次提出，标志着边缘计算已经正式诞生，并在2016年以后迎来了高速发展的时期。标志性的节点有2016年，边缘计算已经替代云计算成为美国自然科学基金委的核心项目，国内也由华为和中科院沈阳所牵头组成ECC，2017年MEC正式更名为多接入边缘计算，2018年《边缘计算》书籍和开源项目正式出现，2019年边缘计算网络也正式成为运营商未来网络的发展方向。2020年已经有了大量的商业化应用案例，应用在智能制造，智慧零售，智能交通等等，比如腾讯的边缘计算赋能智慧零售，海尔的基于边云协同 AI 的质检案例，感兴趣的可以参看文献[5]。

        从上面的时间轴可以很明显的看出，最近几年边缘计算已经迎来蓬勃发展的时刻，无论是国内还是国外，无论是学术界还是工业界，都在加紧布局自己的边缘计算帝国，就像是那波云计算浪潮一样，相信在不久的将来，边缘计算的春天也会到来。

4、小结

        本篇文章是笔者在阅读了参考文献9篇文章后所做的一个个人总结，一方面检验自己理解的程度，另外一方面也希望跟更多的人交流。笔者也不过才接触边缘计算1年多的时间，虽然也做过一些项目，但是跟这些大佬相比还相去甚远，难免有解读不到位的地方，感兴趣的读者可以读一下下面的参考文献，个人觉得还是不错的入门选择。

下一篇笔者将重点总结一下边缘计算实现相关的架构，敬请期待。

未完待续...

参考文献：

[1]万物互联之边缘计算简述-背景_linus_ben的博客-CSDN博客

[2]边缘计算：现状与展望.施巍松等.2019.

[3]边缘计算：万物互联时代新型计算模型.施巍松等.2017.

[4]边缘计算与云计算协同白皮书(2018).ECC.

[5]边缘计算与云计算协同白皮书2.0.ECC.2020.12

[6]5G MEC IP网络白皮书.华为.2020

[7]Multi-access Edge Computing: A Survey. 2018.12.

[8]A Survey of Multi-Access Edge Computing in 5G and Beyond: Fundamentals, Technology Integration, and State-of-the-Art. IEEE Access. 2020.7.3.

[9]Vehicular Edge Computing and Networking: A Survey. 2018.

[10]边缘计算参考架构3.0(2018).ECC.

最后

以上就是兴奋河马为你收集整理的万物互联之边缘计算简述-什么是边缘计算的全部内容，希望文章能够帮你解决万物互联之边缘计算简述-什么是边缘计算所遇到的程序开发问题。

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