什么是邊緣計算？它是怎樣火起來的？終于有人講明白了

01邊緣計算的歷史背景1946年在美國賓夕法尼亞大學，電子晶體管計算機ENIAC攜170平方米、18000個晶體管的龐大身軀悄然問世，作為計算的載體，開啟了現(xiàn)代計算機的發(fā)展之路。此后，晶體管代替了電子管，集成電路代替了晶體管，計算機的發(fā)展沿著摩爾定律的軌道一路狂奔，從巨大的機房一步步走進了千家萬戶，登上了小小的桌面，甚至作為可穿戴嵌入式設備成為人體的一部分。伴隨這一過程，越來越多的物理世界需求被轉化為計算需求，計算的形態(tài)也經(jīng)歷了幾次重要變化。1.共享到獨占在計算機發(fā)展初期，由于高昂的成本，計算機主要用于大型科學實驗，幾乎不存在現(xiàn)代意義的個人計算機。因此，此時的計算過程往往是很多用戶采用分時的方式共享一臺計算機，這一需求也造就了后來人們熟知的UNIX系統(tǒng)和類UNIX系統(tǒng)。雖然此時所有的計算需求是在大型機“本地”執(zhí)行的，但其任務來源通常是多個用戶，資源也是由多用戶共享的。因此從計算模式的角度而言，大型機的計算采用了多用戶共享的模式。而隨著集成電路的出現(xiàn)，計算機體積沿著“摩爾定律”的軌跡不斷縮小，計算成本不斷降低，使得用戶逐漸能夠通過個人計算機來滿足各類計算和數(shù)據(jù)存儲的需求，計算的形態(tài)也從多用戶分時共享為主流變?yōu)榱霜氄假Y源的個人計算機為主流。2.本地到云端隨著計算機網(wǎng)絡和通信技術的不斷發(fā)展，計算機再也不僅僅是數(shù)據(jù)存儲和運算的載體，而是承擔了越來越多的信息傳輸和交互任務。與此同時，智能手機、交互式Web服務、社交網(wǎng)絡的出現(xiàn)和普及，使得大量的用戶信息由本地遷移到網(wǎng)絡服務器當中。伴隨著“信息網(wǎng)絡化”這一過程，在數(shù)據(jù)被帶到網(wǎng)絡服務器上的同時，一部分運算過程也被帶到了服務器上，例如網(wǎng)站托管、推薦算法、各類在線服務等。不僅如此，隨著通信和網(wǎng)絡技術的不斷發(fā)展，越來越多的計算業(yè)務得以通過網(wǎng)絡實現(xiàn)，從而一步步形成了如今云計算的形態(tài)。3.云端到邊緣隨著智能手機、可穿戴設備等智能化計算設備的普及，以及高清視頻、人工智能算法等需求的涌現(xiàn)，各類游戲、應用、視頻業(yè)務對于數(shù)據(jù)和實時性的要求越來越高，例如風靡一時的增強現(xiàn)實（AugmentedReality，AR）游戲口袋妖怪（PoKeMonGO），對攝像頭實時采集的圖像進行識別和處理，并在識別出的目標位置顯示不同種類的“口袋妖怪”。對于此類應用業(yè)務，一方面本地計算會出現(xiàn)能力不足或者電量消耗過快的問題；另一方面若采用云計算架構，則無法達到游戲的延遲要求，不僅如此，當應用規(guī)模擴大時，云計算架構中網(wǎng)絡帶寬將會成為瓶頸，難以支撐來自海量前端設備的大規(guī)模實時計算和數(shù)據(jù)請求。即便對于實時性要求不高的傳統(tǒng)業(yè)務，越來越多的設備接入網(wǎng)絡，也會使得云計算網(wǎng)絡基礎設施不堪重負，甚至使得云計算中心成為許多地區(qū)能源消耗的最大來源。與此同時，隨著5G/6G、Wi-Fi6等通信技術和標準的快速發(fā)展，用戶端到網(wǎng)絡接入端的直接延遲可以降到個位數(shù)毫秒級。此時我們發(fā)現(xiàn)，在云計算架構中，數(shù)據(jù)從接入點到云計算中心的傳輸過程已經(jīng)占據(jù)了絕大部分的延遲?？紤]到互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)需要經(jīng)過主干網(wǎng)多級路由的過程，這一延遲幾乎無可避免。因此，計算資源從云中心下降到靠近用戶的網(wǎng)絡邊緣設備（如移動無線基站、家用路由等），則成為實現(xiàn)大規(guī)模實時計算的必然要求。如此，不僅徹底避免了廣域網(wǎng)中的數(shù)據(jù)傳輸延遲，也提升了數(shù)據(jù)的隱私安全級別、訪問效率以及服務部署和管理的靈活性。02邊緣計算的概念簡而言之，邊緣計算是一種計算模式：在該計算模式下，服務與計算資源被放置在靠近終端用戶的網(wǎng)絡邊緣設備中。與傳統(tǒng)的云計算數(shù)據(jù)中心相比，邊緣計算中直接為用戶提供服務的計算實體（如移動通信基站、WLAN網(wǎng)絡、家用網(wǎng)關等）距離用戶很近，通常只有一跳的距離，即直接相連。這些與用戶直接相連的計算服務設備稱為網(wǎng)絡的“邊緣設備”。如圖1-1所示，對于校園、工業(yè)園區(qū)等場景，配備計算和存儲資源的設備即可作為邊緣設備，為其前端用戶提供邊緣計算服務；對于城市街區(qū)場景，移動蜂窩網(wǎng)絡的通信基站可作為邊緣計算設備提供服務；對于家庭住宅場景，家用路由器可作為邊緣計算設備?！鴪D1-1邊緣計算系統(tǒng)示意圖關于邊緣計算的概念，目前國內(nèi)外學術界與工業(yè)界存在幾種不同的定義。根據(jù)其出發(fā)點的不同，本文將邊緣計算的定義整理如下：邊緣計算作為云計算的延伸：邊緣計算是一種云計算優(yōu)化方法，“通過將網(wǎng)絡集中節(jié)點（云核心）上的應用、數(shù)據(jù)和服務放置到邏輯邊界節(jié)點（邊緣）”，從而建立與物理世界的直接聯(lián)系。邊緣計算作為前端設備和云計算的中介：邊緣計算是指那些使得計算發(fā)生在網(wǎng)絡邊緣的技術合集，向下的數(shù)據(jù)流來自云計算服務，向上的數(shù)據(jù)流來自前端的各類物聯(lián)網(wǎng)設備。描述計算平臺的角度：根據(jù)中國邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的定義，在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡邊緣側，融合網(wǎng)絡、計算、存儲、應用核心能力的開放平臺，就近提供邊緣智能服務，滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷連接、實時業(yè)務、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應用智能、安全與隱私保護等方面的關鍵需求。它可以作為連接物理和數(shù)字世界的橋梁，使能智能資產(chǎn)、智能網(wǎng)關、智能系統(tǒng)和智能服務。泛化的云與用戶之間的補充：邊緣計算是指從數(shù)據(jù)源到云數(shù)據(jù)中心的路徑上任意計算和網(wǎng)絡資源的統(tǒng)稱。該定義明確將邊緣計算看作云計算中心與用戶之間所有計算和資源的統(tǒng)稱。本文從計算模式發(fā)展的角度給出邊緣計算的定義：邊緣計算是一種計算資源與用戶接近