2023霧計算概念模型

霧計算概念模型霧計算概念模型霧計算概念模型PAGE\*romanPAGE\*romanii為了充分描述實驗程序或概念，本文件可能會指明某些商業(yè)實體、設(shè)備或材料。這些標識并不意味著國家標準與技術(shù)研究院的推薦或認可，也不意味著這些實體、材料或設(shè)備一定是可用于該目的的最佳產(chǎn)品。計算機系統(tǒng)技術(shù)報告美國國家標準與技術(shù)研究院（NIST）的信息技術(shù)實驗室（ITL）為美國的測量和標準基礎(chǔ)設(shè)施提供技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)，從而促進美國經(jīng)濟和公共福利的發(fā)展。ITL開發(fā)測試、測試方法、參考數(shù)據(jù)、概念實施驗證和技術(shù)分析，以推動信息技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)性應(yīng)用。摘要管理由物聯(lián)網(wǎng)（IoT）傳感器和執(zhí)行器生成的數(shù)據(jù)是部署物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時面臨的最大挑戰(zhàn)之一。傳統(tǒng)的基于云的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)面臨著一些云生態(tài)系統(tǒng)中存在的大規(guī)模、異構(gòu)性和高延遲策略，并提供了霧計算的基本概念和使用方法。云計算；cloudlet；邊緣計算；流體計算；霧計算；流體計算；物聯(lián)網(wǎng)（IoT）；霧計算；霧計算概念模型霧計算概念模型iviv目錄導(dǎo)言 1目的和范圍 1霧計算概模型 2霧計算 2霧點 3霧計算的基本特征 3通常與霧計算相關(guān)的其他特征 4霧節(jié)點屬性 4霧節(jié)點架構(gòu)服務(wù)模型 4霧節(jié)點部署模式 5作為輕量級霧計算 6霧計算 6附錄一覽表縮略語8圖1持智能終端設(shè)備云生態(tài)系統(tǒng)的霧計算。 2霧計算概念模型霧計算概念模型1111 導(dǎo)言2020年，智能互聯(lián)設(shè)備1500億臺2。移動設(shè)備（如手機和平板電腦）、服務(wù)于不同垂直市場的智能傳感器（如智能制、智能城市3、可穿戴設(shè)備等）、無線傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的激增推動了這一指數(shù)級增長。我們需要新的概念和技術(shù)來管理這些不斷增長的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備。1.1 大量智能、終端用戶物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和近用戶邊緣設(shè)備迫切需要以最小的延遲進行大量數(shù)據(jù)處理，并以分布式方式進行協(xié)作，這促使技術(shù)向自適應(yīng)、分散式計算模式發(fā)展，以補充服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的集中式云計算模式。研究人員、計算機科學(xué)家、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)工程師開發(fā)了創(chuàng)新解決方案，以填補技術(shù)空或邊緣計算5,6。由于在創(chuàng)建本文檔時尚未就這人員使用，以促進就該主題進行有意義的對話。本文件提供了霧計算及其附屬霧計算的概念模型，旨在將這些概念與云計算7和邊緣計算聯(lián)系起來。此外，該文件還介紹了霧節(jié)點的概念，以及由分布式和集中式（通常是分層的霧節(jié)點集群）組成的節(jié)點聯(lián)盟模型。該模型是作為構(gòu)建、增強或擴展霧計算層的積木式架構(gòu)方法推出的。此外，該文件還描述了霧計算的重要方面，旨在作為廣泛比較霧計算能力、服務(wù)模式和部署策略的一種手段，并為討論什么是霧計算及其可能的使用方式提供一個基準。這些能力、服務(wù)類型和部署模式構(gòu)成了一個簡單的分類法，其目的不是規(guī)定或限制任何特定的部署、服務(wù)交付或業(yè)務(wù)運營方法。霧計算概念模型霧計算概念模型PAGEPAGE322霧計算概念模型霧計算霧計算務(wù)之間的霧節(jié)點8（物理或虛擬）組成。霧節(jié)點可感知上下文，并支持通用數(shù)據(jù)管理和通信系統(tǒng)。它們可以組成集群--或縱向（支持隔離），或橫向（支持聯(lián)合），或根據(jù)霧節(jié)點與智能終端設(shè)備的延遲距離而定。霧計算可最大限度地縮短從支持的應(yīng)用程序發(fā)出請求/連接。圖1-支持智能終端設(shè)備云生態(tài)系統(tǒng)的霧計算。1描繪了在為智能終端設(shè)備提供服務(wù)的云生態(tài)系統(tǒng)這一更廣闊的背景下的霧計算。計算并未被視為此類生態(tài)系統(tǒng)的必備層，集中式（云）服務(wù)也未被視為霧計算層支持PAGEPAGE4用例場景可能采用不同的架構(gòu)。選擇8有關(guān)霧節(jié)點的概念模型，請參見第2.2節(jié)。霧計算概念模型霧計算概念模型PAGEPAGE5采用這種表示方法的根本原因在于，我們打算捕捉包含霧計算服務(wù)的復(fù)雜架構(gòu)。霧節(jié)點是霧計算架構(gòu)的核心組件。霧節(jié)點是物理組件（等）或虛擬組件（如虛擬交換機、虛擬機、小云9等），與智能終端設(shè)備或接入網(wǎng)絡(luò)緊密耦合，并為這些設(shè)備提供計算資源。霧節(jié)點外，霧節(jié)點還能在需要時，在終端設(shè)備所在的網(wǎng)絡(luò)邊緣層與霧計算服務(wù)或集中式（云）算資源之間提供某種形式的數(shù)據(jù)管理和通信服務(wù)。為了部署特定的霧計算能力，霧節(jié)點以集中或分散的方式運行，可以配置為獨立的霧節(jié)點，通過鏡像或擴展機制聯(lián)合起來形成集群，在分散的地理位置上提供橫向可擴展性。霧計算的基本特征以下六個特征是霧計算區(qū)別于其他計算模式的關(guān)鍵。不過，智能使用霧計算服務(wù)時并不需要利用所有特征。情境位置感知和低延遲。由于霧節(jié)點能夠感知自己在整個系統(tǒng)中的邏輯位置以及與其他節(jié)點通信的延遲成本，因此霧計算能夠提供最低的延遲。霧計算的起源可以追溯到早期的建議，即支持在網(wǎng)絡(luò)邊緣提供豐富服務(wù)的終端，包括具有低延遲要求的應(yīng)用。由于霧節(jié)點通常與智能終端設(shè)備位于同一地點，因此對這些設(shè)備所產(chǎn)生數(shù)據(jù)的分析和響應(yīng)要比集中式云服務(wù)或數(shù)據(jù)中心快得多。地理分布。與更為集中的云計算形成鮮明對比的是，霧計算所針對的服務(wù)和應(yīng)用需要廣泛但地理位置可識別的分布式部署。例如，霧計算將通過沿高速公路和軌道分布的代理和接入點，在向行駛中的車輛提供高質(zhì)量流媒體服務(wù)方面發(fā)揮積極作用。異質(zhì)性。霧計算支持收集和處理通過多種網(wǎng)絡(luò)通信功能獲取的不同形式的數(shù)據(jù)?；ゲ僮餍院吐?lián)盟。對某些服務(wù)（實時流服務(wù)就是一個很好的例子）的無縫支持需要不同提供商的合作。因此，霧計算組件必須能夠互操作，服務(wù)必須跨域聯(lián)合。實時交互。霧計算應(yīng)用涉及實時交互，而不是批處理。霧計算概念模型霧計算概念模型PAGEPAGE9聯(lián)盟式霧節(jié)點集群的可擴展性和靈活性。霧計算在集群或集群級具有自適應(yīng)性質(zhì)，支持彈性計算、資源池、數(shù)據(jù)負載變化和網(wǎng)絡(luò)條件變化等自適應(yīng)功能。通常與霧計算相關(guān)的其他特征無線接入占主導(dǎo)地位。雖然霧計算用于有線環(huán)境，但物聯(lián)網(wǎng)中的大規(guī)模無線傳感器需要分布式分析和計算。因此，霧計算非常適合無線物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)。支持移動性。許多霧計算應(yīng)用必須與移動設(shè)備直接通信，因此必須支持移動性技術(shù)，如定位器/身份分離協(xié)議（LISP）10，該協(xié)議將主機身份與位置身份分離，并需要一個分布式目錄系統(tǒng)。霧節(jié)點屬性為便于部署具有第2.3節(jié)所述六大基本特征的霧計算能力，霧節(jié)點需要支持以下一個或多個屬性：自主性。霧節(jié)點異構(gòu)性。霧節(jié)點有不同的外形尺寸，可以部署在各種環(huán)境中。分層集群。霧節(jié)點體協(xié)同工作。可管理性。霧節(jié)點由復(fù)雜的系統(tǒng)管理和協(xié)調(diào)，可以自動執(zhí)行大多數(shù)常規(guī)操作?？删幊绦浴＞W(wǎng)絡(luò)運營商、領(lǐng)域?qū)＜摇⒃O(shè)備提供商或終端用戶等多個利益相關(guān)方可在多個層面對霧節(jié)點進行固有的編程。霧節(jié)點架構(gòu)服務(wù)模型霧計算與傳統(tǒng)的云計算模式類似，可在網(wǎng)絡(luò)拓撲的多個層面上實現(xiàn)架構(gòu)。與NIST特別出版物(SP)800-145中定義的云計算服務(wù)模式類似，可以實施以下類型的服務(wù)模式：10定位器/標識分離協(xié)議（LISP）：IP尋址實現(xiàn)了一種新的語義。LISP創(chuàng)建了兩個命IP地址：端點標識符（EID）分配給終端主機，路由定位符（RLOC）備（主要是路由器）。更多信息，\h/lisp_over.html。軟件即服務(wù)（SaaS）。向霧服務(wù)客戶提供的功能是使用霧提供商的應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序在由提供商管理的聯(lián)合霧節(jié)點集群上運行。這類服務(wù)類似于云計算軟件即服務(wù)（SaaS），意味著終端設(shè)備或智能設(shè)備通過瘦客戶機接口或程序接口訪問霧節(jié)點的應(yīng)用程序。終端用戶并不管理或控制底層霧節(jié)點的基礎(chǔ)設(shè)施，包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、操作系統(tǒng)、存儲，甚至單個應(yīng)用程序的功能，可能的例外是有限的用戶特定應(yīng)用程序配置設(shè)置。平臺即服務(wù)（PaaS）。向霧服務(wù)客戶提供的功能類似于云計算平臺即服務(wù)（PaaS），允許在組成集群的聯(lián)合霧節(jié)點平臺上部署客戶創(chuàng)建或獲取的應(yīng)用，這些應(yīng)用使用由霧服務(wù)提供商支持的編程語言、庫、服務(wù)和工具創(chuàng)建。霧服務(wù)客戶不管理或控制底層霧平臺和基礎(chǔ)設(shè)施，包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、操作系統(tǒng)或存儲，但可以控制部署的應(yīng)用程序，還可能控制應(yīng)用程序托管環(huán)境的配置設(shè)置?；A(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）。為霧服務(wù)客戶提供的功能是，利用組成聯(lián)合集群的霧節(jié)點的基礎(chǔ)設(shè)施，提供處理、存儲、網(wǎng)絡(luò)和其他基本計算資源。與云計算基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）服務(wù)類似，客戶可以部署和運行任意軟件，包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。消費者不管理或控制霧節(jié)點集群的底層基礎(chǔ)設(shè)施，但可以控制操作系統(tǒng)、存儲和部署的應(yīng)用程序；可能還可以有限地控制選定的網(wǎng)絡(luò)組件（如主機防火墻）。霧節(jié)點部署模式由于霧計算被確定和定義為傳統(tǒng)云計算模式的延伸，因此也支持以下部署模式：專用霧節(jié)點。由多個消費者（如業(yè)務(wù)部門）組成的單個組織專用的霧節(jié)點。它可能由該組織、第三方或它們的某種組合擁有、管理和運營，可能存在于場所內(nèi)或場所外。社區(qū)霧節(jié)點。為來自具有共同關(guān)注點（如任務(wù)、安全要求、政策和合規(guī)性考慮）的組織的特定用戶社區(qū)提供專用的霧節(jié)點。它可能由社區(qū)中的一個或多個組織、第三方或它們的某種組合擁有、管理和運行，也可能存在于場所內(nèi)或場所外。公共霧節(jié)點。供公眾開放使用的霧節(jié)點。它可以由企業(yè)、學(xué)術(shù)機構(gòu)、政府組織或它們的某些組合擁有、管理和運行。它存在于霧節(jié)點提供商的場所內(nèi)。混合霧節(jié)點。由兩個或兩個以上不同的霧節(jié)點（私有、社區(qū)或公共）組成的復(fù)雜霧節(jié)110點，它們?nèi)允仟毺氐膶嶓w，但通過以下方式結(jié)合在一起霧計算概念模型霧計算概念模型霧計算概念模型111可實現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用可移植性的標準化或?qū)Ｓ屑夹g(shù)（例如，用于這些霧節(jié)點之間負載平衡的霧突發(fā)）。許多行業(yè)都采用了霧計算繼續(xù)發(fā)展。對地理位置分散、低延遲計算資源的需求引發(fā)了霧計算專業(yè)、更專用的節(jié)點的發(fā)展，這些節(jié)點的計算資源較少。這些節(jié)點被稱為霧節(jié)點輕量級霧節(jié)點。與功能更強大的霧節(jié)點相比，構(gòu)成霧計算層的這些霧節(jié)點，通常與它們所服務(wù)的智能終端設(shè)備共享相同的位置。霧計算霧計算是霧計算11的邊緣，使霧計算層更接近智能終端設(shè)備。霧計算使用微型計算機和微控制器向霧計算續(xù)向集中式（云）計算服務(wù)提供信息。霧計算層并非霧計算的必備層。在實施時，霧節(jié)點可以利用第2.5節(jié)所述的部署模式和第2.4節(jié)所述的服務(wù)類型。霧計算概念模型霧計算概念模型11PAGE3附件附件A-霧計算與邊緣計算邊緣計算是包括終端設(shè)備及其用戶在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)層，用于在傳感器、計量設(shè)備或霧計算經(jīng)常被錯誤地與