邊緣計算涉及終端層、邊緣層和云層，其業(yè)務(wù)平臺部署于用戶邊緣，可提供實時的存儲、計算能力，能夠為物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術(shù)提供了前所未有的連接性、集中化以及智能化，滿足了敏捷連接、實時業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的需求，能夠在多個行業(yè)進(jìn)行應(yīng)用，將是推動產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深入發(fā)展的重要支撐。
一、背景
隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展，接入互聯(lián)網(wǎng)的設(shè)備數(shù)量將快速增加，各類設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將呈現(xiàn)幾何級增長，同時各類智能化應(yīng)用、敏捷操作等對數(shù)據(jù)處理的實時性、安全性等提出了要求，不斷增加的數(shù)據(jù)要求采用更為敏捷且可靠的計算方式，傳統(tǒng)的云計算盡管可以利用超強(qiáng)的計算能力來集中解決各類復(fù)雜應(yīng)用的計算需求問題，但在萬物互聯(lián)實時性、用戶隱私數(shù)據(jù)保護(hù)、數(shù)據(jù)中心能耗等方面仍顯不足。這就需要業(yè)界對數(shù)據(jù)采集、處理、計算等過程深入研究，將原有云計算模型執(zhí)行的部分或全部計算任務(wù)進(jìn)行分解，降低云服務(wù)器的計算負(fù)載，減緩網(wǎng)絡(luò)帶寬的壓力，提高萬物互聯(lián)數(shù)據(jù)的處理效率。
二、邊緣計算架構(gòu)
邊緣計算提供了一種新型的計算模式，它通過在終端設(shè)備和云之間引入邊緣設(shè)備，將云服務(wù)擴(kuò)展到網(wǎng)絡(luò)邊緣，在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，為應(yīng)用提供融合計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)等資源，同時在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)提供這些計算資源，滿足行業(yè)在敏捷聯(lián)接、實時業(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。
（1）終端層：由各種物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備組成，如傳感器、智能手機(jī)、智能車輛、智能卡、智能裝備、機(jī)器人等。為延長終端設(shè)備提供服務(wù)的時間，應(yīng)避免在終端設(shè)備上運(yùn)行復(fù)雜計算任務(wù)。終端設(shè)備僅負(fù)責(zé)收集原始數(shù)據(jù)，并上傳至邊緣層進(jìn)行計算和存儲。
（2）邊緣層：位于網(wǎng)絡(luò)的邊緣，由大量的邊緣節(jié)點組成，包括路由器、網(wǎng)關(guān)、交換機(jī)、接入點、基站、特定邊緣服務(wù)器等。廣泛分布在終端設(shè)備和云層之間，能夠?qū)K端設(shè)備上傳的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算和存儲。邊緣節(jié)點可以對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，再把預(yù)處理的數(shù)據(jù)上傳至云端，從而減少核心網(wǎng)絡(luò)的傳輸流量。
（3）云層：由多個高性能服務(wù)器和存儲設(shè)備組成，具有強(qiáng)大的計算和存儲功能，可以執(zhí)行復(fù)雜的計算任務(wù)。云模塊通過控制策略可以有效地管理和調(diào)度邊緣節(jié)點和云計算中心，為用戶提供更好的服務(wù)。
三、邊緣計算應(yīng)用
邊緣計算將原有云計算的部分或全部計算任務(wù)遷移到數(shù)據(jù)源附近，具有實時數(shù)據(jù)處理和分析、安全性高、隱私保護(hù)、可擴(kuò)展性強(qiáng)、位置感知及低流量的優(yōu)勢。邊緣計算在產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中具有十分廣泛的應(yīng)用。
（1）智慧醫(yī)療。借助智能設(shè)備傳感器實時感應(yīng)運(yùn)動檢測。邊緣計算還可以幫助健康顧問協(xié)助他們的病人，而不受其地理位置的影響，使智能手機(jī)能夠從智能傳感器收集患者的生理信息，例如脈搏率、體溫等，并將其發(fā)送到云服務(wù)器以進(jìn)行存儲、數(shù)據(jù)同步和共享。
（2）智慧交通。在車輛上安裝邊緣計算設(shè)備，可以把車輛采集到的音頻、視頻、信號等數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭吘売嬎氵M(jìn)行處理，縮短端到端延遲，避免信號處理不及時而造成車禍等事故，為車輛行駛提供便利，使其能夠與道路上的其他車輛連接和通信，并告知他們?nèi)魏晤A(yù)期的風(fēng)險或交通擁堵信息。
（3）智能制造。在車間不同位置安裝邊緣計算節(jié)點，可在短時間內(nèi)對產(chǎn)品設(shè)計、材料采購、生產(chǎn)制造、銷售和物流等多個來源的數(shù)據(jù)進(jìn)行計算、處理和分析，獲取各個場所的生產(chǎn)作業(yè)情況，對存在問題的工序或環(huán)節(jié)進(jìn)行預(yù)警，而無需傳輸?shù)皆贫诉M(jìn)行處理分析，可支持后續(xù)作業(yè)優(yōu)化方案及改進(jìn)。
（4）智能建筑。在建筑物不同部分部署邊緣計算環(huán)境，負(fù)責(zé)將傳感器采集到的溫度、氣體、濕度等數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，減少了傳感器數(shù)據(jù)上傳到云端造成的延遲、安全性等問題，可以對建筑物內(nèi)可能出現(xiàn)的任何異常情況作出反應(yīng)，傳感器可以根據(jù)其他無線節(jié)點接收的集體信息來維持建筑物的氛圍。
（5）智能家居。在家庭的某些位置安裝部署邊緣計算設(shè)備，可以將家庭數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，推送至家庭內(nèi)部網(wǎng)關(guān)，利用大量的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備實時監(jiān)測控制家庭內(nèi)部狀態(tài)，接收外部控制命令并最終完成對家居環(huán)境的調(diào)控，可以減少家庭數(shù)據(jù)的外流，從而降低數(shù)據(jù)外泄的可能性，提升系統(tǒng)的隱私性。
（6）智慧城市。在城市路面檢測中，在路面附近部分區(qū)域安裝邊緣計算設(shè)備，在道路兩側(cè)路燈上安裝傳感器收集城市路面信息，檢測空氣質(zhì)量、光照強(qiáng)度、噪聲水平等環(huán)境數(shù)據(jù)，通過邊緣計算快速計算、處理收集到的數(shù)據(jù)，當(dāng)路燈發(fā)生故障時能夠即時反饋給維護(hù)人員，同時輔助健康急救和公共安全領(lǐng)域。
四、應(yīng)用建議
（1）開展技術(shù)融合，做好標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計
邊緣技術(shù)是云計算伴生技術(shù)，與大數(shù)據(jù)、5G、區(qū)塊鏈、人工智能等技術(shù)高端關(guān)聯(lián)，應(yīng)將各類技術(shù)融合起來共同研究。同時，各類終端設(shè)備往往存在異構(gòu)性，來自于不同的生產(chǎn)廠商、不同的數(shù)據(jù)接口、不同的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、不同的傳輸協(xié)議、不同的底層平臺等，進(jìn)行邊緣計算應(yīng)用時，應(yīng)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，做好接口。
（2）不斷深化應(yīng)用，著力優(yōu)化性能
在邊緣計算架構(gòu)中，不同層次的邊緣服務(wù)器所擁有的計算能力有所不同，用戶需求、延時、帶寬、能耗及成本是決定負(fù)載分配策略的關(guān)鍵指標(biāo)。應(yīng)結(jié)合需求梳理應(yīng)用場景，加強(qiáng)邊緣計算在產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應(yīng)用，針對不同工作負(fù)載，設(shè)置指標(biāo)的權(quán)重和優(yōu)先級，以便系統(tǒng)選擇最優(yōu)分配策略。
（3）加強(qiáng)安全管理，保護(hù)隱私數(shù)據(jù)
邊緣計算的分布式架構(gòu)增加了攻擊向量的維度，邊緣計算客戶端越智能，越容易受到惡意軟件感染和安全漏洞攻擊。因此，應(yīng)進(jìn)一步加強(qiáng)對關(guān)鍵數(shù)據(jù)的安全防護(hù)，在有限的邊緣計算設(shè)備資源前提下，著力在數(shù)據(jù)源附近計算的同時考慮動態(tài)、協(xié)同、綜合的防御環(huán)境建設(shè)，增強(qiáng)抗攻擊、抗病毒等能力。
五、結(jié)語
邊緣計算的出現(xiàn)，大大提高了數(shù)據(jù)處理和計算能力，提高了實時性和安全性，降低了數(shù)據(jù)中心能耗，有效地彌補(bǔ)了云計算的不足。邊緣計算在建筑、制造、醫(yī)療等諸多行業(yè)的智能應(yīng)用，有利于加速各類數(shù)據(jù)的處理效率，有利于提高行業(yè)信息化發(fā)展水平，促進(jìn)產(chǎn)業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展。
