作者：高聰1,2,3
1. 西安郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院
2. 西安郵電大學(xué)陜西省網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)分析與智能處理重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
3. 西安郵電大學(xué)西安市大數(shù)據(jù)與智能計(jì)算重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室
本文對(duì)邊緣計(jì)算進(jìn)行了系統(tǒng)性的介紹，邊緣計(jì)算社區(qū)經(jīng)過(guò)作者授權(quán)發(fā)布本文。
摘要：通過(guò)對(duì)邊緣計(jì)算的特征挖帘、整體架構(gòu)及其獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的全面梳理缆巧，系統(tǒng)地闡述邊緣計(jì)算關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀罩扇、發(fā)展趨勢(shì)及面臨的技術(shù)難題滥崩。此外珊拼，指出現(xiàn)有標(biāo)準(zhǔn)與法律法規(guī)的不足扣泊。針對(duì)邊緣計(jì)算領(lǐng)域的發(fā)展前景，從推動(dòng)因素催束、技術(shù)的難點(diǎn)以及外部挑戰(zhàn)3個(gè)方面進(jìn)行總結(jié)集峦，展望了邊緣計(jì)算的發(fā)展方向及未來(lái)需要重點(diǎn)攻克的安全與隱私、服務(wù)發(fā)現(xiàn)和用戶切換等6個(gè)方面的關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題抠刺。
關(guān)鍵詞：第五代移動(dòng)通信技術(shù); 邊緣計(jì)算; 云計(jì)算; 工業(yè)物聯(lián)網(wǎng); 車聯(lián)網(wǎng)
0 .引言
物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展使得萬(wàn)物互聯(lián)成為可能塔淤，第五代移動(dòng)通信（5th Generation Mobile Communication Technology，5G）技術(shù)的普及和應(yīng)用即將開(kāi)啟全球性的“數(shù)據(jù)爆炸”時(shí)代速妖。網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)急速增加高蜂，對(duì)于高帶寬和低時(shí)延提出了更高的要求。傳統(tǒng)的云計(jì)算在工作原理和技術(shù)發(fā)展方面的局限性使其無(wú)法滿足5G時(shí)代的網(wǎng)絡(luò)需求罕容，計(jì)算中心從云端下沉至邊緣是大勢(shì)所趨备恤。
因此稿饰，邊緣計(jì)算技術(shù)產(chǎn)生并快速發(fā)展。邊緣計(jì)算的基本原理是在網(wǎng)絡(luò)邊緣的數(shù)據(jù)產(chǎn)生側(cè)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析露泊，通過(guò)及時(shí)響應(yīng)邊緣側(cè)發(fā)起的請(qǐng)求喉镰，就近提供服務(wù)，進(jìn)而有效地減少網(wǎng)絡(luò)傳輸所產(chǎn)生的時(shí)延滤淳。邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)在邊緣側(cè)直接處理數(shù)據(jù)梧喷，大量本地?cái)?shù)據(jù)不需要上傳至云端，具有良好的隱私性和安全性脖咐，是分布式自治、工業(yè)控制自動(dòng)化等眾多領(lǐng)域的重要支撐技術(shù)汇歹。
1 .邊緣計(jì)算概述
目前屁擅，邊緣計(jì)算技術(shù)正處于發(fā)展階段，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界還沒(méi)有統(tǒng)一的定義产弹。邊緣計(jì)算的提出者之一施巍松指出[1]派歌，邊緣計(jì)算是一種在網(wǎng)絡(luò)邊緣進(jìn)行計(jì)算的新型計(jì)算模式，其對(duì)數(shù)據(jù)的處理主要包括下行的云服務(wù)和上行的萬(wàn)物互聯(lián)服務(wù)兩部分痰哨。邊緣計(jì)算將計(jì)算和存儲(chǔ)資源分配到邊緣節(jié)點(diǎn)胶果，更加靠近用戶，有效地減輕了骨干網(wǎng)的壓力斤斧。這種體系結(jié)構(gòu)給傳統(tǒng)的計(jì)算早抠、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)等技術(shù)帶來(lái)了重大挑戰(zhàn)。
隨著研究的深入撬讽，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會(huì)（European Telecommunications Standards Institute蕊连，ETSI）在2017年將移動(dòng)邊緣計(jì)算擴(kuò)展為多接入邊緣計(jì)算[2]，使得邊緣計(jì)算從電信蜂窩網(wǎng)絡(luò)延伸至其他無(wú)線接入網(wǎng)絡(luò)游昼，如Wi-Fi網(wǎng)絡(luò)甘苍。多接入邊緣計(jì)算可以看作是運(yùn)行在移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)邊緣的云服務(wù)。
隨著物聯(lián)網(wǎng)的出現(xiàn)烘豌，實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)载庭、訪問(wèn)、處理和決策需求變得多種多樣廊佩，智能終端囚聚、各類無(wú)線傳感器等物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備持續(xù)不斷地產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，云計(jì)算無(wú)法勝任上述計(jì)算需求罐寨，影響各類應(yīng)用程序的正常運(yùn)行靡挥、導(dǎo)致服務(wù)質(zhì)量下降。多接入邊緣計(jì)算與傳統(tǒng)的云計(jì)算具有本質(zhì)上的區(qū)別鸯绿，其將計(jì)算和存儲(chǔ)下沉至距離用戶更近的位置跋破，通過(guò)服務(wù)器的物理性密集部署為用戶的移動(dòng)需求提供網(wǎng)絡(luò)支持簸淀，在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)進(jìn)行實(shí)時(shí)計(jì)算，為海量的移動(dòng)終端設(shè)備提供低時(shí)延保障毒返。多接入邊緣計(jì)算引入一個(gè)新的處理環(huán)節(jié)租幕，即邊緣節(jié)點(diǎn)分析來(lái)自附近終端用戶的數(shù)據(jù)，僅將計(jì)算結(jié)果等重要信息上傳至云端做進(jìn)一步處理拧簸。
邊緣計(jì)算的核心理念是計(jì)算更加靠近數(shù)據(jù)生產(chǎn)的源頭劲绪，提供計(jì)算、存儲(chǔ)以及各種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)盆赤。終端設(shè)備在產(chǎn)生數(shù)據(jù)的同時(shí)還需要處理數(shù)據(jù)贾富，向云端請(qǐng)求服務(wù)和信息，處理云端分發(fā)的計(jì)算任務(wù)牺六。因此颤枪，邊緣節(jié)點(diǎn)的設(shè)計(jì)需要高效、可靠和安全淑际，實(shí)現(xiàn)良好的隱私保護(hù)畏纲，能夠支持差異性、可擴(kuò)展性春缕、隔離性和可靠性等需求盗胀。
▍?1.1 邊緣計(jì)算與傳統(tǒng)云計(jì)算的區(qū)別
傳統(tǒng)云計(jì)算利用集中式的部署降低管理和運(yùn)行的成本，但這種處理方式不是一勞永逸的锄贼。近年來(lái)票灰，隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)等新興技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用咱娶，計(jì)算資源的分布趨向于分散化米间。
傳統(tǒng)海量數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和處理依賴于強(qiáng)大的云平臺(tái)，云計(jì)算具有資源集中的優(yōu)勢(shì)膘侮，其數(shù)據(jù)處理方式具有非實(shí)時(shí)性和長(zhǎng)周期性的特點(diǎn)屈糊。與云計(jì)算相比，邊緣計(jì)算不僅具有良好的實(shí)時(shí)性和隱私性琼了，還避免了帶寬瓶頸的問(wèn)題逻锐，更適用于本地?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理和分析。
目前雕薪，海量數(shù)據(jù)的處理和存儲(chǔ)主要依賴于云計(jì)算昧诱。盡管云計(jì)算有很多優(yōu)點(diǎn)，但是隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展所袁，云計(jì)算也凸顯出很多問(wèn)題盏档。云服務(wù)提供商在世界各地建立大型的數(shù)據(jù)處理和存儲(chǔ)中心，有足夠的資源和能力服務(wù)用戶燥爷。然而蜈亩，資源集中意味著終端用戶設(shè)備與云服務(wù)器之間的平均距離較大懦窘，增加了網(wǎng)絡(luò)延遲和抖動(dòng)。由于物理距離的增加稚配，云服務(wù)無(wú)法直接畅涂、快速地訪問(wèn)本地網(wǎng)絡(luò)的信息，如精確的用戶位置道川、本地網(wǎng)絡(luò)狀況和用戶移動(dòng)性行為等午衰。
此外，云計(jì)算的規(guī)模日益增長(zhǎng)冒萄，其固有的服務(wù)選擇問(wèn)題在集中式的資源配置模式下始終是一個(gè)開(kāi)放性的問(wèn)題[3]臊岸。對(duì)于車聯(lián)網(wǎng)、虛擬現(xiàn)實(shí)/增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（VirtualReality尊流，VR/Augmented Reality扇单，AR）、智慧交通等延遲性敏感的應(yīng)用奠旺，云計(jì)算無(wú)法滿足低延遲、環(huán)境感知和移動(dòng)性支持等要求施流。
與云計(jì)算不同响疚，邊緣計(jì)算具有快速、安全瞪醋、易于管理等特點(diǎn)忿晕，更適合用于本地服務(wù)的實(shí)時(shí)智能處理和決策。與傳統(tǒng)云計(jì)算實(shí)現(xiàn)的大型綜合性功能相比银受，邊緣計(jì)算實(shí)現(xiàn)的功能規(guī)模更小践盼、更直觀，正在以實(shí)時(shí)宾巍、快捷和高效的方式對(duì)云計(jì)算進(jìn)行補(bǔ)充咕幻。兩個(gè)計(jì)算模型的優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)表現(xiàn)在：一方面，邊緣計(jì)算靠近數(shù)據(jù)源顶霞，可作為云計(jì)算的數(shù)據(jù)收集端肄程。同時(shí)，邊緣計(jì)算的應(yīng)用部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣选浑，能夠顯著降低上層云計(jì)算中心的計(jì)算負(fù)載蓝厌；另一方面，基于云計(jì)算的數(shù)據(jù)分析狀況古徒，可以對(duì)邊緣計(jì)算的理論及關(guān)鍵技術(shù)實(shí)施修正和改進(jìn)拓提。
邊緣計(jì)算與傳統(tǒng)云計(jì)算的工作方式如圖1所示，傳統(tǒng)的云計(jì)算模型將數(shù)據(jù)全部上傳至云端隧膘，利用云端的超級(jí)計(jì)算能力進(jìn)行集中處理代态。邊緣計(jì)算通過(guò)將算力下沉到邊緣節(jié)點(diǎn)寺惫，實(shí)現(xiàn)邊緣與云端的協(xié)同處理。
面對(duì)萬(wàn)物互聯(lián)場(chǎng)景中高帶寬胆数、超低時(shí)延的需求肌蜻，云計(jì)算在以下3個(gè)方面存在不足。
1.1.1 數(shù)據(jù)處理的及時(shí)性
云計(jì)算無(wú)法滿足數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性必尼〗眩考慮物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的數(shù)量將幾何式增長(zhǎng)，單位時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)大量增加判莉，數(shù)據(jù)處理的時(shí)效性顯得更加重要豆挽。傳統(tǒng)的云計(jì)算受限于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸速率以及集中式體系結(jié)構(gòu)的瓶頸問(wèn)題，無(wú)法滿足大數(shù)據(jù)時(shí)代各類應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)時(shí)性要求券盅。如在工業(yè)領(lǐng)域中運(yùn)用云端融合技術(shù)解決大數(shù)據(jù)處理的實(shí)時(shí)性帮哈、精準(zhǔn)性等問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)工業(yè)大數(shù)據(jù)的處理分析決策與反饋控制的智能化和柔性化[4]锰镀。
1.1.2 安全與隱私
在云計(jì)算中娘侍，所有數(shù)據(jù)都要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上傳至云端進(jìn)行處理，計(jì)算資源的集中帶來(lái)了數(shù)據(jù)安全與隱私保護(hù)的風(fēng)險(xiǎn)[5]泳炉。即使是谷歌憾筏、微軟和亞馬遜等全球性的云計(jì)算服務(wù)提供商也無(wú)法完全避免數(shù)據(jù)的泄漏和丟失。云計(jì)算中不安全的應(yīng)用程序接口花鹅、賬戶劫持和證書(shū)認(rèn)證體系缺陷等問(wèn)題會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)安全造成很大的威脅氧腰。
1.1.3 網(wǎng)絡(luò)依賴性
云計(jì)算提供的服務(wù)依賴于通暢的網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)網(wǎng)絡(luò)不穩(wěn)定時(shí)刨肃，用戶的使用體驗(yàn)很差古拴。在沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)接入的地方，無(wú)法使用云服務(wù)真友。因此黄痪，云計(jì)算過(guò)度地依賴于網(wǎng)絡(luò)。
云計(jì)算的諸多不足加速了邊緣計(jì)算的產(chǎn)生锻狗，邊緣計(jì)算將計(jì)算和存儲(chǔ)功能下沉至網(wǎng)絡(luò)邊緣的數(shù)據(jù)產(chǎn)生側(cè)满力，將傳統(tǒng)云計(jì)算的部分處理任務(wù)遷移至邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，很好地解決了云計(jì)算存在的問(wèn)題轻纪。目前油额，邊緣計(jì)算并不能完全取代云計(jì)算，二者的發(fā)展與應(yīng)用相輔相成刻帚。邊緣計(jì)算與云計(jì)算共同協(xié)作能夠有效減少數(shù)據(jù)傳輸潦嘶、合理分配計(jì)算負(fù)載和高效進(jìn)行任務(wù)調(diào)度。邊緣計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)提供計(jì)算卸載崇众、數(shù)據(jù)處理掂僵、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和隱私保護(hù)等功能航厚。
▍?1.2 邊緣計(jì)算的整體架構(gòu)
邊緣計(jì)算的整體架構(gòu)主要分為云中心、邊緣節(jié)點(diǎn)和終端節(jié)點(diǎn)3層[6]锰蓬，具體架構(gòu)如圖2所示幔睬。
1）云中心。盡管云計(jì)算處理中心將部分任務(wù)分發(fā)至邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，其仍然是現(xiàn)階段的數(shù)據(jù)計(jì)算中心，超大規(guī)模數(shù)據(jù)的處理和分析任務(wù)還是由云計(jì)算中心完成遍略。邊緣計(jì)算的結(jié)果由云計(jì)算中心進(jìn)行永久性存儲(chǔ)。
2）邊緣節(jié)點(diǎn)辅肾。邊緣節(jié)點(diǎn)是物理世界與數(shù)字世界的連接樞紐。邊緣計(jì)算的計(jì)算任務(wù)最終由邊緣節(jié)點(diǎn)本身或邊緣網(wǎng)關(guān)轮锥、路由器等完成矫钓。因此，如何在動(dòng)態(tài)的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)渲袑?duì)計(jì)算任務(wù)進(jìn)行分配和調(diào)度是邊緣計(jì)算的研究熱點(diǎn)舍杜。通過(guò)設(shè)計(jì)高效的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)新娜，合理地部署邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)，優(yōu)化地調(diào)配網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)的計(jì)算和存儲(chǔ)資源既绩，提供高質(zhì)量杯活、低時(shí)延的服務(wù)。
3）終端節(jié)點(diǎn)熬词。終端設(shè)備由各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備構(gòu)成，主要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集吸重，將數(shù)據(jù)導(dǎo)向邊緣節(jié)點(diǎn)或云中心互拾。
數(shù)據(jù)產(chǎn)生后由終端節(jié)點(diǎn)，即各類傳感器和邊緣設(shè)備收集并上傳至邊緣節(jié)點(diǎn)嚎幸。邊緣節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)邊緣設(shè)備的接入管理颜矿，同時(shí)，對(duì)收到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)分析嫉晶、處理和決策骑疆，然后將少量的數(shù)據(jù)如計(jì)算結(jié)果等重要信息上傳至云計(jì)算處理中心。云計(jì)算處理中心對(duì)來(lái)自邊緣節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)進(jìn)行集成替废，進(jìn)一步實(shí)施大規(guī)模的整體性數(shù)據(jù)分析箍铭，在此過(guò)程中適當(dāng)?shù)貙?duì)計(jì)算任務(wù)進(jìn)行調(diào)度和分配，與邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行協(xié)作椎镣。
邊緣計(jì)算這種新興的計(jì)算模型涵蓋了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)诈火、車聯(lián)網(wǎng)、蜂窩網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)等眾多應(yīng)用領(lǐng)域状答，需要應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)不同的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和應(yīng)用場(chǎng)景冷守。最初刀崖，多數(shù)網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商嘗試?yán)密浖鉀Q方案實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算，如諾基亞的移動(dòng)邊緣計(jì)算軟件是使基站能夠提供邊緣計(jì)算服務(wù)拍摇，Cisco IOx（IOS and Linux）網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施為多業(yè)務(wù)路由器的集成提供了執(zhí)行環(huán)境亮钦，IOS是指互聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)。但是類似的解決方案都與特定的硬件密切相關(guān)充活，不能很好地應(yīng)對(duì)復(fù)雜的異構(gòu)環(huán)境[7]蜂莉。
不同領(lǐng)域的大量應(yīng)用導(dǎo)致邊緣計(jì)算數(shù)據(jù)的多樣化和復(fù)雜性。因此堪唐，除了圖2所示的3層架構(gòu)之外巡语，還必須針對(duì)不同的應(yīng)用場(chǎng)景和計(jì)算模式設(shè)計(jì)具體的架構(gòu)，規(guī)劃計(jì)算淮菠、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)等軟硬件資源的配置男公，使得邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的具體落地方案在性能、安全和能源消耗等方面達(dá)到最優(yōu)化合陵。
▍?1.3 邊緣計(jì)算的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)
邊緣設(shè)備的擴(kuò)展使得應(yīng)用程序可以在邊緣區(qū)域處理數(shù)據(jù)枢赔，無(wú)需將數(shù)據(jù)全部傳送至云計(jì)算中心，可以最小化服務(wù)延遲和帶寬消耗拥知，有效降低云計(jì)算服務(wù)器的負(fù)載踏拜，顯著減小網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力，提高了數(shù)據(jù)處理的效率低剔。對(duì)于云計(jì)算無(wú)法適應(yīng)的時(shí)延敏感計(jì)算速梗、低價(jià)值密度和應(yīng)急場(chǎng)景等問(wèn)題，邊緣計(jì)算技術(shù)也可以較好地解決襟齿。
邊緣計(jì)算技術(shù)本身的特點(diǎn)使其具有以下4個(gè)優(yōu)點(diǎn)：
1）實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)處理和分析姻锁。邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的部署更靠近數(shù)據(jù)產(chǎn)生的源頭，數(shù)據(jù)可以實(shí)時(shí)地在本地進(jìn)行計(jì)算和處理猜欺，無(wú)需在外部數(shù)據(jù)中心或云端進(jìn)行位隶，減少了處理遲延。
2）節(jié)約成本开皿。智慧城市和智能家居中終端設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量呈指數(shù)增長(zhǎng)涧黄，邊緣計(jì)算能夠減少集中處理，通過(guò)實(shí)時(shí)處理更快地做出響應(yīng)赋荆，進(jìn)而改善了服務(wù)質(zhì)量笋妥。數(shù)據(jù)本地化處理在管理方面的開(kāi)銷相比于傳統(tǒng)的云計(jì)算中心要少很多。
3）緩解網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力窄潭。邊緣計(jì)算技術(shù)在處理終端設(shè)備的數(shù)據(jù)時(shí)可以過(guò)濾掉大量的無(wú)用數(shù)據(jù)挽鞠，只有少量的原始數(shù)據(jù)和重要信息上傳至云端，顯著減小了網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力。
4）隱私策略實(shí)施信认。物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)高度集中且規(guī)模較大材义，邊緣設(shè)備的數(shù)據(jù)隱私保護(hù)不容忽視，通常用戶不愿意將比較敏感的原始傳感器數(shù)據(jù)和計(jì)算結(jié)果傳送到云端嫁赏。邊緣計(jì)算設(shè)備作為物聯(lián)網(wǎng)傳感器等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)設(shè)施的首要接觸點(diǎn)其掂，能夠在將數(shù)據(jù)上傳到云端之前執(zhí)行數(shù)據(jù)所有者所應(yīng)用的隱私策略，提升數(shù)據(jù)的安全性潦蝇。
2.邊緣計(jì)算的關(guān)鍵技術(shù)
▍?2.1 核心技術(shù)問(wèn)題
2.1.1 軟硬件及存儲(chǔ)
1）軟件方面款熬。針對(duì)未來(lái)萬(wàn)物互聯(lián)所產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)以及各類應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)時(shí)延、帶寬的苛刻要求攘乒，邊緣計(jì)算環(huán)境下的應(yīng)用軟件必須具有可重配置性贤牛、可移植性以及各種應(yīng)用領(lǐng)域中的互操作功能[8]。如部署在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)以及智能交通等領(lǐng)域的邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)上的軟件则酝，必須根據(jù)生產(chǎn)需求的改變和實(shí)時(shí)路況的更新及時(shí)地做出調(diào)整殉簸，基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算和分析，進(jìn)而對(duì)系統(tǒng)做出優(yōu)化沽讹。此外般卑，需要在遠(yuǎn)程管理功能方面對(duì)邊緣計(jì)算應(yīng)用軟件進(jìn)行加強(qiáng)。
2）硬件方面爽雄。與傳統(tǒng)的云計(jì)算相比蝠检，邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)對(duì)于硬件的要求更為嚴(yán)苛≈课粒考慮邊緣計(jì)算的分布式部署特性叹谁，邊緣節(jié)點(diǎn)可能位于車間、小區(qū)乘盖、校園和街道等任何位置本慕，這給邊緣節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)計(jì)和維護(hù)帶來(lái)了巨大的挑戰(zhàn)。只有采用高標(biāo)準(zhǔn)的硬件設(shè)備侧漓，才能盡可能地降低故障率、減少設(shè)備維護(hù)监氢。目前布蔗，工業(yè)界尚未形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各大廠商所生產(chǎn)的硬件設(shè)備之間缺乏互聯(lián)互通和互操作性浪腐。由于部署環(huán)境和任務(wù)需求的不同纵揍，邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的硬件設(shè)備在研發(fā)時(shí)必須綜合考慮集成度、硬件加速议街、能量消耗以及協(xié)議規(guī)范性等問(wèn)題泽谨。
3）存儲(chǔ)方面。邊緣計(jì)算的很多應(yīng)用場(chǎng)景對(duì)延遲極其敏感，如網(wǎng)絡(luò)和嵌入式應(yīng)用程序吧雹。雖然用閃存驅(qū)動(dòng)器代替機(jī)械磁盤是存儲(chǔ)設(shè)備發(fā)展的趨勢(shì)骨杂，但是現(xiàn)有存儲(chǔ)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在很大程度上取決于磁盤的特性，而不是閃存驅(qū)動(dòng)器的特性雄卷。隨著邊緣計(jì)算技術(shù)的發(fā)展搓蚪，高速、節(jié)能的小型閃存驅(qū)動(dòng)器將大量部署在邊緣節(jié)點(diǎn)上丁鹉。無(wú)論單個(gè)磁盤還是全閃存服務(wù)器都需要匹配相應(yīng)的存儲(chǔ)軟件妒潭，面向閃存的軟件存儲(chǔ)系統(tǒng)是邊緣計(jì)算的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。
2.1.2 網(wǎng)絡(luò)通信
在邊緣計(jì)算中揣钦，存儲(chǔ)和計(jì)算資源從云數(shù)據(jù)中心轉(zhuǎn)移到邊緣節(jié)點(diǎn)雳灾，同時(shí)計(jì)算任務(wù)從骨干網(wǎng)絡(luò)下沉至邊緣節(jié)點(diǎn)。服務(wù)器內(nèi)部與外部的交互大量增加冯凹，傳統(tǒng)的傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（TransmissionControl Protocol/Internet Protocol谎亩，TCP/IP）技術(shù)很難滿足具體應(yīng)用的需求。
為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)谈竿，無(wú)限帶寬（InfiniBand）团驱，遠(yuǎn)程直接內(nèi)存訪問(wèn)（RemoteDirect Memory Access，RDMA）和數(shù)據(jù)平面開(kāi)發(fā)套件（Data PlaneDevelopment Kit空凸，DPDK）成為邊緣計(jì)算的關(guān)鍵加速技術(shù)[9]嚎花。
隨著5G技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用，引入了網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)對(duì)5G網(wǎng)絡(luò)的3大應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)行統(tǒng)一管理呀洲。在接入網(wǎng)紊选、承載網(wǎng)和核心網(wǎng)3個(gè)層面，分別采用NFV道逗、SDN和服務(wù)化架構(gòu)（Service-based Architecture兵罢，SBA）3個(gè)技術(shù)對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行切片。
1）作為一種電纜轉(zhuǎn)換技術(shù)滓窍，InfiniBand支持并發(fā)鏈路卖词，具有高帶寬、低延遲和高擴(kuò)展性的特點(diǎn)吏夯，適用于服務(wù)器與服務(wù)器此蜈、服務(wù)器與存儲(chǔ)設(shè)備以及服務(wù)器與網(wǎng)絡(luò)之間的通信[10]。遠(yuǎn)程直接內(nèi)存訪問(wèn)技術(shù)可以將數(shù)據(jù)直接通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)接?jì)算機(jī)的存儲(chǔ)區(qū)域噪生，即數(shù)據(jù)可以直接從一個(gè)系統(tǒng)快速地傳輸?shù)搅硪粋€(gè)遠(yuǎn)程系統(tǒng)的內(nèi)存中裆赵。該技術(shù)對(duì)設(shè)備的計(jì)算能力沒(méi)有很高的要求，避免了外部存儲(chǔ)器上的復(fù)制和交換操作跺嗽，提高了系統(tǒng)性能战授。DPDK是由英特爾等多家公司研發(fā)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)套件[11]页藻，其能夠提高數(shù)據(jù)包的處理速度，將控制線程和數(shù)據(jù)線程綁定到不同的CPU內(nèi)核植兰，提供內(nèi)存池和無(wú)鎖的環(huán)形緩沖區(qū)份帐，減少線程之間CPU內(nèi)核的調(diào)度。
2）網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)主要分為通信管理钉跷、網(wǎng)絡(luò)切片管理以及網(wǎng)絡(luò)切片子網(wǎng)管理部分弥鹦。通過(guò)將一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)分割成若干個(gè)邏輯網(wǎng)絡(luò)，同一個(gè)物理網(wǎng)絡(luò)可以為不同的應(yīng)用場(chǎng)景提供按需應(yīng)變的定制化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)[12]爷辙，能夠滿足人們的個(gè)性化需求和服務(wù)質(zhì)量要求彬坏。邊緣計(jì)算技術(shù)的發(fā)展必須考慮如何與網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)更好地結(jié)合，進(jìn)而為工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)膝晾、車聯(lián)網(wǎng)和AR/VR等垂直行業(yè)提供低時(shí)延栓始、高可靠及通信安全的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
2.1.3 安全與隱私
首先血当，僅保證云-邊-端各層之間的安全并不能保證整體性的數(shù)據(jù)安全幻赚，需要協(xié)調(diào)云-邊、邊-端臊旭、云-端等各種安全機(jī)制落恼，實(shí)現(xiàn)異構(gòu)邊緣數(shù)據(jù)中心之間的協(xié)作[13]。安全機(jī)制的設(shè)定需要盡可能地自治离熏，避免過(guò)分地依賴于基礎(chǔ)設(shè)施佳谦，減少針對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施的惡意攻擊∽檀粒考慮邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的分布十分廣泛钻蔑，環(huán)境差異較大，社區(qū)和個(gè)人的邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)普遍缺乏商用服務(wù)器的各種硬件保護(hù)機(jī)制奸鸯。因此咪笑，這類邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的安全與隱私保護(hù)也是一大挑戰(zhàn)。
其次娄涩，由于邊緣節(jié)點(diǎn)在網(wǎng)絡(luò)中分布不均勻窗怒，終端設(shè)備對(duì)數(shù)據(jù)的收集、聚合和分析無(wú)法有效地進(jìn)行集中控制[14]蓄拣。智能家居設(shè)備等保護(hù)性較差的邊緣節(jié)點(diǎn)扬虚，很可能成為入侵者實(shí)施惡意攻擊的首選目標(biāo)。如何保證邊緣計(jì)算敏感數(shù)據(jù)的機(jī)密性和關(guān)鍵數(shù)據(jù)的完整性是安全與隱私保護(hù)的重點(diǎn)弯蚜。此外，邊緣節(jié)點(diǎn)處于網(wǎng)絡(luò)邊緣剃法，靠近應(yīng)用場(chǎng)景中的關(guān)鍵業(yè)務(wù)設(shè)備碎捺、智能手機(jī)、智能家居和各類傳感器等終端設(shè)備。因此收厨，必須考慮具體的硬件設(shè)備晋柱、網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、以及應(yīng)用程序的安全性诵叁。
▍?2.2 關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)
2.2.1 關(guān)鍵技術(shù)
1）5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)雁竞。5G網(wǎng)絡(luò)與邊緣計(jì)算技術(shù)的關(guān)系十分緊密，5G網(wǎng)絡(luò)對(duì)超低時(shí)延拧额、高帶寬和大容量等需求的支持性碑诉，使得邊緣計(jì)算成為5G的核心技術(shù)之一[15]。邊緣計(jì)算技術(shù)的優(yōu)勢(shì)很好地解決了帶寬的不足的問(wèn)題侥锦，彌補(bǔ)了網(wǎng)絡(luò)的時(shí)延和抖動(dòng)等性能缺陷进栽，極大地改善了用戶體驗(yàn)。
2）計(jì)算技術(shù)恭垦。計(jì)算能力是邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的一個(gè)重要性能指標(biāo)快毛。在“ABC SUMMIT 2019百度云智峰會(huì)”上，百度介紹了百邊緣計(jì)算（Bai Edge Computing番挺，BEC）[16]唠帝，其基于運(yùn)營(yíng)商節(jié)點(diǎn)和已有的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)，一站式地提供全面覆蓋的分布式算力資源玄柏，通過(guò)對(duì)終端數(shù)據(jù)進(jìn)行就近計(jì)算和處理襟衰，大幅度地優(yōu)化響應(yīng)時(shí)延、降低云計(jì)算中心的負(fù)載禁荸，為用戶提供高效右蒲、靈活的邊緣算力資源和平臺(tái)。
3）存儲(chǔ)技術(shù)赶熟。邊緣計(jì)算將原本在云計(jì)算中心進(jìn)行的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)瑰妄、處理和簡(jiǎn)單分析的工作遷移到邊緣節(jié)點(diǎn)，降低了時(shí)延和增加了隱私性映砖，但是也給邊緣節(jié)點(diǎn)的存儲(chǔ)能力帶來(lái)了壓力间坐。工業(yè)界引入超融合架構(gòu)[17]應(yīng)對(duì)存儲(chǔ)需求，其包含商用硬件和存儲(chǔ)管理軟件邑退，基于虛擬存儲(chǔ)設(shè)備竹宋，以虛擬機(jī)為中心將存儲(chǔ)管理、數(shù)據(jù)保護(hù)和網(wǎng)絡(luò)通信集成到節(jié)點(diǎn)內(nèi)地技，具有高性能與高可靠性的特點(diǎn)蜈七。由于采用了分布式存儲(chǔ)池，能夠在不中斷系統(tǒng)業(yè)務(wù)的情況下莫矗，根據(jù)實(shí)際需求進(jìn)行節(jié)點(diǎn)的新增與刪除飒硅。
4）系統(tǒng)平臺(tái)砂缩。已有的邊緣計(jì)算平臺(tái)通常包含資源管理、設(shè)備接入三娩、數(shù)據(jù)采集庵芭、安全管理和平臺(tái)管理5個(gè)功能模塊。文獻(xiàn)[18]提到以下4個(gè)邊緣計(jì)算平臺(tái)雀监。EdgeXFoundry和ApacheEdgent双吆，前者是工業(yè)領(lǐng)域的標(biāo)準(zhǔn)化互操作性框架，后者是面向本地實(shí)時(shí)分析的流數(shù)據(jù)處理框架会前，上述兩個(gè)系統(tǒng)都部署在路由器好乐、交換機(jī)等邊緣設(shè)備上。
面向邊緣云的交換中心重構(gòu)數(shù)據(jù)中心項(xiàng)目（Central Office Re-architected as a Datacenter回官，CORD）和AkrainoEdgeStack曹宴，前者基于軟件定義網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化和傳統(tǒng)云計(jì)算構(gòu)建可擴(kuò)展的邊緣網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施歉提，后者基于開(kāi)源軟件棧構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施和邊緣計(jì)算應(yīng)用的整體解決方案笛坦，上述兩個(gè)系統(tǒng)均是針對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商的邊緣計(jì)算平臺(tái)。
此外苔巨，由容器軟件提供商Rancher Labs發(fā)布的k3OS是首個(gè)專為kubernetes而生的操作系統(tǒng)[19]版扩，該系統(tǒng)資源消耗低，簡(jiǎn)化了邊緣計(jì)算環(huán)境中的操作侄泽，適用于邊緣計(jì)算礁芦、物聯(lián)網(wǎng)等新興的應(yīng)用場(chǎng)景。華為將KubeEdge開(kāi)源項(xiàng)目捐獻(xiàn)給云原生計(jì)算基金會(huì)[20]（CloudNative Computing Foundation悼尾，CNCF）柿扣，形成全球首個(gè)基于kubernetes擴(kuò)展的、提供云-邊協(xié)同能力的開(kāi)放式邊緣計(jì)算平臺(tái)闺魏，實(shí)現(xiàn)了云-邊協(xié)同未状、計(jì)算下沉和海量設(shè)備接入等功能。
2.2.2 發(fā)展趨勢(shì)
1）云-邊-端協(xié)同發(fā)展
雖然云計(jì)算的相關(guān)技術(shù)已經(jīng)比較成熟析桥，但其工作原理造成的集中式數(shù)據(jù)處理司草、網(wǎng)絡(luò)時(shí)延和抖動(dòng)等固有問(wèn)題依然存在。邊緣計(jì)算的發(fā)展對(duì)云計(jì)算是一個(gè)強(qiáng)力的補(bǔ)充泡仗。在未來(lái)物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展中埋虹，邊緣計(jì)算、云計(jì)算和終端設(shè)備必須進(jìn)行協(xié)作娩怎。云計(jì)算負(fù)責(zé)任務(wù)調(diào)度等全局性工作搔课。邊緣計(jì)算是云計(jì)算向數(shù)據(jù)產(chǎn)生側(cè)的延伸，側(cè)重于現(xiàn)場(chǎng)截亦、實(shí)時(shí)性和安全性等爬泥，在對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后將有價(jià)值的信息上傳至云端旦事。終端設(shè)備通過(guò)各類內(nèi)嵌的傳感器對(duì)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行采集。
2）邊緣計(jì)算與5G網(wǎng)絡(luò)協(xié)同發(fā)展
5G網(wǎng)絡(luò)的商用為邊緣計(jì)算提供了進(jìn)一步的發(fā)展契機(jī)急灭。雖然5G網(wǎng)絡(luò)具有高帶寬、大容量谷遂、低時(shí)延等優(yōu)勢(shì)葬馋，但該技術(shù)極大地增加了數(shù)據(jù)處理的規(guī)模，必須提供一種兼具高效性和可靠性的新型計(jì)算模式[21]肾扰。多接入邊緣計(jì)算被視為一種向5G過(guò)渡的關(guān)鍵技術(shù)和架構(gòu)性概念畴嘶，能夠充分發(fā)揮5G的各種優(yōu)勢(shì)，從云-邊-端3個(gè)方面優(yōu)化資源的配置集晚，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)性能窗悯、成本、用戶體驗(yàn)等多個(gè)方面的提升偷拔。
3）個(gè)性化發(fā)展
在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)境中蒋院，邊緣計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的擁有者、各節(jié)點(diǎn)的任務(wù)類型莲绰、計(jì)算量等都不盡相同欺旧。在部署邊緣應(yīng)用時(shí)，必須保證能夠提供最低服務(wù)水平蛤签。在開(kāi)發(fā)邊緣計(jì)算設(shè)備和應(yīng)用程序時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮可能面臨的個(gè)性化需求辞友，以便更高效地利用基礎(chǔ)設(shè)施資源。
3.邊緣計(jì)算面臨的挑戰(zhàn)
▍?3.1 技術(shù)挑戰(zhàn)
在傳統(tǒng)的云計(jì)算架構(gòu)中震肮，數(shù)據(jù)中心是資源的控制者称龙，用戶按照需求申請(qǐng)資源。用戶數(shù)據(jù)上傳至數(shù)據(jù)中心進(jìn)行處理戳晌，數(shù)據(jù)中心處理完成后將結(jié)果通過(guò)網(wǎng)絡(luò)反饋給用戶鲫尊。在邊緣計(jì)算架構(gòu)中，計(jì)算躬厌、存儲(chǔ)等資源下沉至邊緣節(jié)點(diǎn)马昨，位于用戶附近。用戶不需要完全依賴于數(shù)據(jù)中心扛施。因此鸿捧，用于計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)的關(guān)鍵技術(shù)發(fā)生了重大變化[22]疙渣。
3.1.1 安全與隱私
邊緣計(jì)算具有位置感知能力匙奴，能夠在智慧城市中提供實(shí)時(shí)的、低成本的服務(wù)妄荔。同時(shí)泼菌，邊緣計(jì)算的出現(xiàn)也帶來(lái)了額外的安全威脅谍肤，從以下4個(gè)角度增加了攻擊面。
1）計(jì)算能力弱哗伯。與云服務(wù)器相比荒揣，邊緣服務(wù)器的計(jì)算能力很弱。邊緣服務(wù)器更容易受到現(xiàn)有攻擊方式的攻擊焊刹，而這些攻擊對(duì)云服務(wù)器早已失效系任。同理，與通用計(jì)算機(jī)相比虐块，邊緣設(shè)備的防御機(jī)制更加脆弱俩滥，許多針對(duì)桌面計(jì)算機(jī)的無(wú)效攻擊可能對(duì)邊緣設(shè)備構(gòu)成嚴(yán)重威脅。
2）攻擊無(wú)意識(shí)贺奠。與通用計(jì)算機(jī)不同霜旧，大多數(shù)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備沒(méi)有用戶界面，有些設(shè)備只包含比較簡(jiǎn)陋的硬件儡率，這導(dǎo)致用戶對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的了解很有限挂据。因此，即使攻擊發(fā)生在邊緣設(shè)備上儿普，絕大多數(shù)用戶是無(wú)法識(shí)別的棱貌。
3）操作系統(tǒng)和協(xié)議的異構(gòu)性。通用計(jì)算機(jī)傾向于使用標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)和統(tǒng)一的通信協(xié)議箕肃，而邊緣設(shè)備通常具有不同的操作系統(tǒng)和通信協(xié)議婚脱，并沒(méi)有遵循統(tǒng)一的、標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)則勺像，導(dǎo)致設(shè)計(jì)統(tǒng)一的邊緣計(jì)算保護(hù)機(jī)制比較困難障贸。
4）粗粒度訪問(wèn)控制。針對(duì)通用計(jì)算機(jī)和云計(jì)算設(shè)計(jì)的訪問(wèn)控制模型主要包括無(wú)讀寫吟宦、只讀篮洁、只寫、讀寫等4類權(quán)限殃姓。這類粗粒度的訪問(wèn)控制模型無(wú)法適應(yīng)邊緣計(jì)算的需求袁波，邊緣計(jì)算中復(fù)雜的系統(tǒng)以及應(yīng)用程序需要細(xì)粒度的訪問(wèn)控制，進(jìn)而應(yīng)對(duì)諸如“誰(shuí)可以通過(guò)在何時(shí)做什么來(lái)訪問(wèn)哪些傳感器”之類的問(wèn)題蜗侈。
3.1.2 服務(wù)發(fā)現(xiàn)
終端用戶設(shè)備通常是針對(duì)某項(xiàng)功能的專用設(shè)備篷牌，其通過(guò)網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求不同類型的服務(wù)。然而踏幻，移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行的應(yīng)用程序通常并不知曉邊緣節(jié)點(diǎn)上提供的可用服務(wù)枷颊。針對(duì)服務(wù)發(fā)現(xiàn)，應(yīng)該提供某種機(jī)制使客戶機(jī)的應(yīng)用程序能夠通過(guò)指定計(jì)算能力和所需要的存儲(chǔ)空間生成服務(wù)請(qǐng)求，然后由代理機(jī)制發(fā)現(xiàn)滿足終端用戶需求的服務(wù)[23]夭苗。在軟件定義網(wǎng)絡(luò)中信卡，服務(wù)發(fā)現(xiàn)模塊參與邊緣計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的維護(hù)，提供可用服務(wù)的內(nèi)容和位置信息题造，通過(guò)一個(gè)映射表將服務(wù)名稱與相應(yīng)的服務(wù)器位置鏈接起來(lái)傍菇，邊緣服務(wù)器定期將所提供的服務(wù)分發(fā)給服務(wù)發(fā)現(xiàn)程序。
3.1.3 用戶切換
邊緣設(shè)備的移動(dòng)性使其可以離開(kāi)某個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍界赔，進(jìn)入另一個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)的覆蓋范圍桥嗤，在不涉及任何切換管理的情況下，只要邊緣節(jié)點(diǎn)發(fā)生改變仔蝌，用戶就會(huì)重新啟動(dòng)服務(wù)發(fā)現(xiàn)和服務(wù)調(diào)試過(guò)程。這樣不僅導(dǎo)致邊緣計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施的操作效率低下荒吏，同時(shí)嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)敛惊。因此，用戶切換模塊通過(guò)預(yù)測(cè)未來(lái)可能的覆蓋區(qū)域確保服務(wù)的連續(xù)性绰更，如通過(guò)軟件定義網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行虛擬化資源流的重定向或即時(shí)動(dòng)態(tài)遷移[24]瞧挤。當(dāng)用戶與相應(yīng)服務(wù)器之間的距離持續(xù)增加，系統(tǒng)的性能和用戶體驗(yàn)都會(huì)逐漸降級(jí)儡湾。因此特恬，虛擬機(jī)遷移在服務(wù)器的實(shí)時(shí)訪問(wèn)中至關(guān)重要。
3.1.4 可編程性
在云計(jì)算模型中徐钠，系統(tǒng)的運(yùn)行和維護(hù)都是公開(kāi)透明的癌刽。用戶無(wú)需了解程序是如何運(yùn)行的，直接將需求傳至云端尝丐，云端服務(wù)器傳回處理結(jié)果显拜。在邊緣計(jì)算模型中，邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)本身爹袁、操作系統(tǒng)平臺(tái)和運(yùn)行環(huán)境均具有異構(gòu)性远荠，應(yīng)用程序的編寫和執(zhí)行過(guò)程也具有多樣性[25]。在邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)中統(tǒng)一地部署應(yīng)用程序?qū)﹂_(kāi)發(fā)人員來(lái)說(shuō)比較困難失息。
此外譬淳，開(kāi)發(fā)人員需要在邊緣和云之間劃分應(yīng)用程序的功能，早期的實(shí)現(xiàn)是通過(guò)手動(dòng)完成的盹兢，不具有可擴(kuò)展性邻梆。因此，需要研發(fā)易于使用的編程框架和工具绎秒，支持邊緣計(jì)算編程模型需要的任務(wù)和數(shù)據(jù)的并行性确虱。同時(shí)，兼顧軟硬件的異構(gòu)性和邊緣節(jié)點(diǎn)的資源容量，使得邊緣計(jì)算的可編程性比傳統(tǒng)的云計(jì)算模型更復(fù)雜校辩。
3.1.5 異構(gòu)性（互操作性）
不同網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供商擁有的多接入邊緣計(jì)算基礎(chǔ)架構(gòu)標(biāo)準(zhǔn)不同窘问，邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)的協(xié)議、硬件接口和服務(wù)方式等存在差異[26]宜咒。因此惠赫，工業(yè)界應(yīng)當(dāng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，實(shí)時(shí)規(guī)范化地生產(chǎn)和管理故黑。大多數(shù)供應(yīng)商制造的邊緣計(jì)算設(shè)備基于軟件解決方案滿足通用計(jì)算的需求儿咱。隨著支持通用計(jì)算的邊緣節(jié)點(diǎn)的增多，對(duì)開(kāi)發(fā)框架和工具包的需求也在增強(qiáng)场晶。
3.1.6 任務(wù)分發(fā)與調(diào)度
在邊緣計(jì)算場(chǎng)景下混埠，物聯(lián)網(wǎng)等設(shè)備產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)不需要發(fā)送到云端處理。邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)具有有限的資源诗轻，需要根據(jù)實(shí)際任務(wù)的類型和規(guī)模進(jìn)行任務(wù)的分發(fā)和調(diào)度钳宪，避免部分邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)負(fù)載過(guò)大影響系統(tǒng)性能和用戶體驗(yàn)。通過(guò)云-邊-端協(xié)同的方式將復(fù)雜的任務(wù)進(jìn)行分割扳炬，充分利用有限的資源為用戶提供良好的服務(wù)吏颖。
▍?3.2 標(biāo)準(zhǔn)與法律法規(guī)
3.2.1 標(biāo)準(zhǔn)
雖然邊緣計(jì)算技術(shù)具有良好的發(fā)展前景，但是仍處于起步階段恨樟。目前業(yè)內(nèi)缺乏統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)體系半醉。ETSI和第三代合作伙伴計(jì)劃（3rdGeneration Partnership Project，3GPP）兩個(gè)組織分別制定了與邊緣計(jì)算相關(guān)的若干項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)[27, 28]劝术。其中缩多，ETSI在ETSIGS MEC 003協(xié)議中提出基于網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的邊緣計(jì)算參考架構(gòu)，該架構(gòu)使得邊緣計(jì)算平臺(tái)上的應(yīng)用程序能夠高效养晋、可靠地運(yùn)行瞧壮。
此外，ETSI還對(duì)多接入邊緣計(jì)算在諸多應(yīng)用場(chǎng)景下的服務(wù)框架進(jìn)行了定義匙握。3GPP提出了基于控制層和用戶層分離（Control and User Plane Separation咆槽，CUPS）的核心網(wǎng)架構(gòu)，設(shè)計(jì)了面向分組核心網(wǎng)服務(wù)網(wǎng)關(guān)圈纺、分組數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和流量監(jiān)測(cè)的功能分離模型[29]秦忿。目前，ETSI所制訂的標(biāo)準(zhǔn)主要關(guān)注于信息技術(shù)領(lǐng)域蛾娶，缺乏對(duì)邊緣計(jì)算整體網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的認(rèn)知灯谣，導(dǎo)致邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)與4G/5G網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)難以充分結(jié)合。
3GPP在標(biāo)準(zhǔn)制定中側(cè)重于網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)蛔琅、物理接口和5G空口技術(shù)胎许，未能激活產(chǎn)業(yè)界在邊緣計(jì)算上的活力。邊緣計(jì)算技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的制定必須從系統(tǒng)集成、互聯(lián)互通辜窑、信息融合等多個(gè)維度進(jìn)行綜合考慮钩述，只有對(duì)邊緣節(jié)點(diǎn)的性能實(shí)施全方位的、權(quán)威的測(cè)試才能夠付諸實(shí)施和推廣穆碎。但是牙勘，目前邊緣計(jì)算技術(shù)尚未成熟，需要進(jìn)行大量的研究才能提供全面的所禀、精確的基準(zhǔn)測(cè)試數(shù)據(jù)[30]方面。
3.2.2 法律法規(guī)
與邊緣計(jì)算相關(guān)的法律法規(guī)建設(shè)還不夠完善。邊緣計(jì)算豐富的應(yīng)用場(chǎng)景在提高人們生活質(zhì)量的同時(shí)色徘，不可避免地引入了網(wǎng)絡(luò)與信息安全方面的問(wèn)題恭金。在應(yīng)用邊緣計(jì)算技術(shù)的各大領(lǐng)域中，都需要制定完善的法律法規(guī)應(yīng)對(duì)和解決與網(wǎng)絡(luò)信息安全相關(guān)的社會(huì)問(wèn)題[31]褂策。政府和企業(yè)應(yīng)當(dāng)積極地推動(dòng)邊緣計(jì)算技術(shù)的研發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)制定横腿，同時(shí)加強(qiáng)基礎(chǔ)設(shè)施的組織與監(jiān)管，避免惡意用戶的攻擊辙培、侵入和破壞，加強(qiáng)對(duì)整個(gè)行業(yè)的法律法規(guī)宣傳和普及邢锯，從源頭上避免違法犯罪的產(chǎn)生扬蕊。
4.總結(jié)
邊緣計(jì)算作為一種新型的計(jì)算模型，在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)部署節(jié)點(diǎn)丹擎，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)處理尾抑，具有可靠性高、資源消耗少等優(yōu)勢(shì)蒂培。在萬(wàn)物互聯(lián)的趨勢(shì)下再愈，邊緣計(jì)算不僅能夠彌補(bǔ)傳統(tǒng)的云計(jì)算存在的缺陷，還可以很好地與5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相互促進(jìn)护戳。因此翎冲，具有廣闊的發(fā)展前景和豐富的應(yīng)用場(chǎng)景。目前媳荒，邊緣計(jì)算的相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)還需要大幅度地完善抗悍，邊緣計(jì)算相關(guān)問(wèn)題總結(jié)，即該領(lǐng)域的推動(dòng)因素钳枕、技術(shù)難點(diǎn)以及外部挑戰(zhàn)如圖3所示缴渊。
未來(lái)，邊緣計(jì)算技術(shù)會(huì)與終端設(shè)備鱼炒、云計(jì)算進(jìn)行深度融合衔沼，共同在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、車聯(lián)網(wǎng)、智慧城市和智慧醫(yī)療等人們生產(chǎn)生活的各個(gè)方面發(fā)揮作用指蚁。邊緣計(jì)算技術(shù)也必將成為繼云計(jì)算菩佑、大數(shù)據(jù)之后的下一個(gè)熱點(diǎn)領(lǐng)域。為了提升我國(guó)的綜合實(shí)力欣舵、加速產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型擎鸠、改善人們的生活水平，學(xué)術(shù)界和工業(yè)界應(yīng)當(dāng)加大投入缘圈、深入挖掘邊緣計(jì)算技術(shù)的真正潛力劣光。
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作者簡(jiǎn)介：
高聰（1985-），男糟把，博士绢涡，西安郵電大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院碩士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)閿?shù)據(jù)感知與分析遣疯、人工智能/自動(dòng)駕駛雄可、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、Linux研發(fā)與應(yīng)用缠犀。近5年來(lái)主持陜西省科學(xué)技術(shù)廳國(guó)際科技合作計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)数苫，工業(yè)和信息化部通信軟科學(xué)研究計(jì)劃項(xiàng)目1項(xiàng)，陜西省教育廳青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)項(xiàng)目1項(xiàng)辨液，陜西省教育廳自然科學(xué)專項(xiàng)科研項(xiàng)目1項(xiàng)虐急；作為主要完成人，榮獲2019年度中國(guó)通信學(xué)會(huì)科學(xué)技術(shù)二等獎(jiǎng)滔迈，2020年度陜西省高等學(xué)兄褂酰科學(xué)技術(shù)一等獎(jiǎng)。第一作者在Science China InformationSciences等國(guó)內(nèi)外高水平期刊和會(huì)議上發(fā)表英文論文13篇燎悍，其中被SCI檢索6篇敬惦、EI檢索6篇、CPCI-S檢索1篇谈山，出版中文學(xué)術(shù)專著兩部俄删，授權(quán)和申請(qǐng)國(guó)家發(fā)明專利6項(xiàng)，登記軟件著作權(quán)10件奏路，研究領(lǐng)域內(nèi)相關(guān)科研報(bào)道見(jiàn)報(bào)3次抗蠢。
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