邊緣計(jì)算:云、邊、端協(xié)同技術(shù)解析

邊緣計(jì)算系統(tǒng)下的任務(wù)遷移和調(diào)度,以及任務(wù)放置方案,在降低數(shù)據(jù)延遲、充分利用計(jì)算資源方面發(fā)揮重要作用。邊緣計(jì)算的調(diào)度策略以期實(shí)現(xiàn)在邊緣計(jì)算環(huán)境下,優(yōu)化資源利用率、降低響應(yīng)時(shí)間、減少資源消耗和優(yōu)化任務(wù)處理的整體性能。

2345截圖20211028093243.png

關(guān)于云邊物協(xié)同實(shí)踐,請(qǐng)參考文章“如何發(fā)揮“云邊協(xié)同”技術(shù),實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)落地”。

這里的“云-邊-物”指的是“云-邊緣計(jì)算-數(shù)據(jù)源”。將這三個(gè)詞組合在一起,不僅因?yàn)槿咧g有數(shù)據(jù)聯(lián)系,而且研究和應(yīng)用重心在三者間的轉(zhuǎn)移代表了數(shù)據(jù)處理的趨勢(shì)。

有關(guān)專(zhuān)家認(rèn)為:大數(shù)據(jù)處理已經(jīng)從云計(jì)算為中心的集中式處理時(shí)代(2005-2015),正式跨入以萬(wàn)物互聯(lián)為核心的邊緣計(jì)算時(shí)代。其主要原因是傳統(tǒng)云計(jì)算模型不能有效滿足萬(wàn)物互聯(lián)應(yīng)用的需求,具體包括兩個(gè)方面:一、傳統(tǒng)云計(jì)算存在寬帶負(fù)荷和計(jì)算資源浪費(fèi)、隱私保護(hù)、延遲、能耗較大等不足;二、邊緣計(jì)算具有彈性管理、協(xié)同執(zhí)行、環(huán)境異構(gòu)及實(shí)時(shí)處理等特點(diǎn)。

在“云-邊-物”系統(tǒng)中,數(shù)據(jù)處理重心從云計(jì)算延伸到邊緣計(jì)算,數(shù)據(jù)處理的能力、效率、經(jīng)濟(jì)性和安全性都得到了提升,有關(guān)知識(shí)的普及是必要的。拜讀了施魏松等編著的《邊緣計(jì)算》,很多未知和疑問(wèn)有了答案。下面就書(shū)中有關(guān)內(nèi)容,加上個(gè)人不成熟的理解和觀點(diǎn),分享如下:

一、邊緣計(jì)算的概念內(nèi)涵

邊緣計(jì)算是指在網(wǎng)絡(luò)邊緣執(zhí)行計(jì)算的一種新型計(jì)算模式,具體對(duì)數(shù)據(jù)的計(jì)算包括兩部分:下行的云服務(wù)和上行的萬(wàn)物互聯(lián)服務(wù)。邊緣計(jì)算的“邊緣”是相對(duì)的概念,是指從數(shù)據(jù)源到云計(jì)算中心路徑之間的任意計(jì)算、存儲(chǔ)和網(wǎng)絡(luò)資源。

邊緣計(jì)算是一種綜合性很強(qiáng)的科學(xué)研究,橫跨計(jì)算、數(shù)據(jù)通信、存儲(chǔ)、能耗優(yōu)化等多個(gè)領(lǐng)域,涉及軟硬件平臺(tái)、網(wǎng)絡(luò)連接、數(shù)據(jù)聚合、芯片、傳感、行業(yè)應(yīng)用等多個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈角色,其理論基礎(chǔ)尚不成熟。

在邊緣計(jì)算模型中,部分或全部計(jì)算任務(wù)從云端遷移到邊緣節(jié)點(diǎn),云計(jì)算中心的應(yīng)用程序從云中心遷移到邊緣節(jié)點(diǎn)上,將原有獨(dú)立的應(yīng)用程序分發(fā)到不同的網(wǎng)絡(luò)邊緣節(jié)點(diǎn),設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)針對(duì)應(yīng)用程序的劃分技術(shù),使得在網(wǎng)絡(luò)中心的云-邊緣、邊緣-邊緣等多種異構(gòu)邊緣節(jié)點(diǎn)之間,能夠保證應(yīng)用程序組件的合理分配,獲得應(yīng)用程序的高性能和可靠性。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)下的任務(wù)遷移和調(diào)度,以及任務(wù)放置方案,在降低數(shù)據(jù)延遲、充分利用計(jì)算資源方面發(fā)揮重要作用。邊緣計(jì)算的調(diào)度策略以期實(shí)現(xiàn)在邊緣計(jì)算環(huán)境下,優(yōu)化資源利用率、降低響應(yīng)時(shí)間、減少資源消耗和優(yōu)化任務(wù)處理的整體性能。

邊緣計(jì)算的資源調(diào)度方法分為集中式和分布式兩種。其中,集中式主要有凸優(yōu)化、近似算法、啟發(fā)式算法、智能算法、機(jī)器學(xué)習(xí)算法等,分布式主要有博弈論、匹配理論、拍賣(mài)方法、聯(lián)邦學(xué)習(xí)、區(qū)塊鏈等。基于區(qū)塊鏈的邊緣資源分配,充分利用區(qū)塊鏈的先天優(yōu)勢(shì),可以更好地解決邊緣計(jì)算的資源分配問(wèn)題。

邊緣計(jì)算的商業(yè)模式由原來(lái)的“中心-用戶”的單邊模式轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;用戶-中心”、“用戶-用戶”的多邊商業(yè)模式,商業(yè)模型不僅以服務(wù)為驅(qū)動(dòng),服務(wù)時(shí)更多地以數(shù)據(jù)為驅(qū)動(dòng)。

邊緣計(jì)算與云計(jì)算對(duì)比:首先,邊緣計(jì)算是一種分布式計(jì)算,環(huán)境更加復(fù)雜(室內(nèi)外),多使用無(wú)線傳輸;其次,云計(jì)算中隱私泄露突出表現(xiàn)為數(shù)據(jù)泄露和濫用、用戶喜好行為分析,邊緣設(shè)備容易暴露用戶的位置隱私信息;第三,云計(jì)算有大量存儲(chǔ)和計(jì)算資源,可部署防火墻和防御設(shè)備來(lái)應(yīng)對(duì);邊緣計(jì)算資源和存儲(chǔ)能力有限,防御設(shè)施難直接部署在邊緣設(shè)備上。

二、邊緣計(jì)算系統(tǒng)的基礎(chǔ)知識(shí)

邊緣計(jì)算系統(tǒng)具有碎片化和異構(gòu)性的特點(diǎn),在軟硬件選擇時(shí),既要對(duì)自身應(yīng)用的計(jì)算特性做深入了解,從而找到計(jì)算能力滿足應(yīng)用需求的硬件產(chǎn)品,又要找到合適的軟件框架進(jìn)行開(kāi)發(fā),同時(shí)還要考慮硬件的功耗和成本在可接受范圍內(nèi)。

計(jì)算機(jī)從業(yè)人員必須與垂直行業(yè)進(jìn)行緊密合作,設(shè)計(jì)出下沉可用的計(jì)算系統(tǒng),著重解決三個(gè)問(wèn)題:減少與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)間的隔閡;完善數(shù)據(jù)保護(hù)和訪問(wèn)機(jī)制;提高互操作性。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)的移動(dòng)性支持,包括用戶移動(dòng)性和重要移動(dòng)性。用戶移動(dòng)性是指當(dāng)用戶從一個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)覆蓋域移動(dòng)到另一個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)覆蓋域時(shí),如何自動(dòng)地把當(dāng)前程序狀態(tài)和必要數(shù)據(jù)進(jìn)行遷移,使服務(wù)無(wú)縫連接,增強(qiáng)用戶體驗(yàn);資源移動(dòng)性是指如何發(fā)現(xiàn)和管理動(dòng)態(tài)可變資源,包括長(zhǎng)期資源(如傳感器)和短期資源(如臨時(shí)替換傳感器)。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)多用戶公平性,對(duì)于資源有限的邊緣設(shè)備來(lái)說(shuō),當(dāng)多個(gè)程序或多個(gè)應(yīng)用都在使用該資源時(shí),如何保證多用戶對(duì)共享資源及稀缺資源使用的公平性。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)隱私保護(hù),保證用戶自己的隱私不受影響,也要保護(hù)使用者的隱私不被設(shè)備擁有者侵犯。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)開(kāi)發(fā)者友好,需要從應(yīng)用開(kāi)發(fā)者的角度考慮,以提供高效的開(kāi)發(fā)和部署服務(wù),完善包括基礎(chǔ)設(shè)施、用戶、系統(tǒng)、應(yīng)用程序、開(kāi)發(fā)者這個(gè)整體的生態(tài)圈。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)多域混合管理,邊緣計(jì)算涉及多類(lèi)資源,各資源又屬于不同的擁有者。根據(jù)應(yīng)用程序的需求和用戶信息,給出一個(gè)可行的優(yōu)化資源配比,屏蔽硬件的多樣性進(jìn)行統(tǒng)一管理。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)模型,邊緣計(jì)算中,應(yīng)用程序可能會(huì)使用不同擁有者的資源,衡量資源使用情況,計(jì)算總體開(kāi)銷(xiāo),給出價(jià)格模型。

邊緣計(jì)算系統(tǒng)兼容性,專(zhuān)門(mén)的邊緣計(jì)算系統(tǒng)應(yīng)用程序還較少,自動(dòng)透明地轉(zhuǎn)換現(xiàn)有程序以發(fā)揮邊緣計(jì)算系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì),過(guò)渡階段能對(duì)傳統(tǒng)的應(yīng)用進(jìn)行兼容。

三、邊緣計(jì)算安全與邊緣智能

邊緣計(jì)算安全與隱私保護(hù),本地邊緣設(shè)備的智能化帶來(lái)邊緣計(jì)算的安全與隱私保護(hù)的挑戰(zhàn),存在信息系統(tǒng)普遍的共性安全問(wèn)題,包括應(yīng)用、網(wǎng)絡(luò)、信息和系統(tǒng)安全。

將類(lèi)似云計(jì)算的功能帶到網(wǎng)絡(luò)的邊緣,會(huì)帶來(lái)一些安全問(wèn)題,如異構(gòu)邊緣數(shù)據(jù)中心之間的協(xié)作安全,本地與全球范圍內(nèi)的服務(wù)遷移安全等。

邊緣計(jì)算安全及其技術(shù)種類(lèi):按照邊緣計(jì)算參考架構(gòu),主要分為物理安全、網(wǎng)絡(luò)安全、數(shù)據(jù)安全和應(yīng)用安全。主要安全技術(shù)有身份認(rèn)證,訪問(wèn)控制,入侵檢測(cè),隱私保護(hù),可信執(zhí)行,安全多方計(jì)算,區(qū)塊鏈等。

邊緣計(jì)算設(shè)備是一個(gè)集連接、計(jì)算、存儲(chǔ)和應(yīng)用的開(kāi)放平臺(tái),作為一個(gè)小型數(shù)據(jù)中心,需要達(dá)成類(lèi)似云計(jì)算數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)安全和訪問(wèn)控制。

邊緣智能的產(chǎn)生來(lái)自邊緣計(jì)算和人工智能的快速發(fā)展,邊緣智能的發(fā)展離不開(kāi)生態(tài)系統(tǒng)上下文的支持,包括邊緣深度學(xué)習(xí)算法、邊緣數(shù)據(jù)處理平臺(tái)、邊緣深度學(xué)習(xí)計(jì)算框架、邊緣操作系統(tǒng)和邊緣深度學(xué)習(xí)體系結(jié)構(gòu)等。

在邊緣智能中,邊緣與物端設(shè)備和云端設(shè)備的協(xié)同交互十分重要,包括邊云協(xié)同、邊邊協(xié)同、邊物協(xié)同和云邊物協(xié)同。

為減少邊緣計(jì)算中人為參與,在網(wǎng)關(guān)層對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理(去噪音、事件檢測(cè)、隱私保護(hù)等)后,數(shù)據(jù)被發(fā)送至系統(tǒng)上層,作為應(yīng)用服務(wù)所需數(shù)據(jù)源,該過(guò)程將遇到三種挑戰(zhàn):不同設(shè)備傳輸數(shù)據(jù)格式的多樣性,數(shù)據(jù)抽象程度的不確定性,數(shù)據(jù)抽象的適應(yīng)性。

邊緣智能技術(shù)的發(fā)展,對(duì)優(yōu)化資源利用率、降低響應(yīng)時(shí)間、減少資源消耗和優(yōu)化任務(wù)處理的整體性能,尤其是解決時(shí)延和能耗問(wèn)題,有很大的推動(dòng)作用。

對(duì)“云-邊-物”的系統(tǒng)研究,不僅是為了解決低功耗、網(wǎng)絡(luò)可靠性、計(jì)算資源和安全隱私四大問(wèn)題,更重要的是為了提高線上和線下資源的利用率,并獲得更好的降本、增效、提質(zhì)、綠色和安全結(jié)果。

就邊緣計(jì)算而言,與云計(jì)算的結(jié)合更加有效地解決了大數(shù)據(jù)處理所面臨的問(wèn)題。邊緣資源的配置包括任務(wù)分配和資源放置,未來(lái)會(huì)有更多的研究投入到基于無(wú)服務(wù)器計(jì)算的邊緣資源配置中,旨在滿足客戶最大化的同時(shí)最小化供應(yīng)商資源成本。

在萬(wàn)物互聯(lián)場(chǎng)景中,“云-邊-物”系統(tǒng)的研究和應(yīng)用重心,不斷從云到邊再到物。即大數(shù)據(jù)處理從云計(jì)算為中心的集中式處理(前邊緣計(jì)算)時(shí)代,到以萬(wàn)物互聯(lián)為核心的邊緣計(jì)算時(shí)代,進(jìn)一步將到以連接(控制)主體為核心的后邊緣計(jì)算時(shí)代。

在“云-邊-物”協(xié)同中,以數(shù)據(jù)源為重心所開(kāi)展的研究和應(yīng)用工作,如意念與網(wǎng)絡(luò)的直接連接,是邊緣計(jì)算下一輪發(fā)展(后邊緣計(jì)算時(shí)代)的重點(diǎn)。邊緣計(jì)算必將會(huì)成為互聯(lián)網(wǎng)的下一個(gè)主流應(yīng)用場(chǎng)景,“云-邊-物”系統(tǒng)會(huì)不斷被強(qiáng)化,并發(fā)揮越來(lái)越重要的作用。

THEEND

最新評(píng)論(評(píng)論僅代表用戶觀點(diǎn))

更多
暫無(wú)評(píng)論