邊緣計算與雲計算

1. 雲計算的概念

雲計算模型是一種服務提供模型，經過網絡訪問數據中心的計算資源、網絡資源和存儲資源等，爲應用提供可伸縮的分佈式計算能力。其利用現有資源，使用虛擬化技術構建由大量計算機組成的共享資源池，不只具備功能強大的計算和監督能力，並且能夠動態的分割和分配計算資源，以知足用戶的不一樣需求，提供高效的交付服務。

雲計算是並行計算、分佈式計算和網絡計算的發展，或者說是這些計算科學概念的商業實現。雲計算按照服務類型大體能夠分爲三類：

基礎設施即服務（infrastructure as a service，IaaS）、

平臺即服務（platform as a service，PaaS）、

軟件即服務（software as a service， SaaS）

隨着雲計算的深刻發展，不一樣雲計算解決方案之間相互滲透融合。

2. 雲計算特色

從研究現狀看，雲計算具備如下特色：

雲中心服務器規模龐大。目前，谷歌、微軟等著名IT公司的雲計算平臺一般擁有數十萬臺服務器，通常IT企業的私有云項目中也會擁有幾百臺或上千臺服務器。雲計算中心的服務器規模龐大，可以爲用戶提供強大計算能力和海量存儲空間。

高可靠性。雲計算平臺是基於分佈式服務器集羣設計的，出現單點錯誤等問題不可避免。爲此，雲計算中心引入副本策略、計算節點同構互換等容錯機制確保雲計算的高可靠性。

可擴展性。雲計算能夠根據特定用戶的需求，動態地分配或釋放資源。如用戶增長需求時，雲計算能快速地增長相匹配的資源，高速彈性地提供資源；當用戶再也不須要使用資源時，也可以隨時釋放這些資源。這些均是得益於雲計算資源的可擴展性。

虛擬化。雲計算經過虛擬化技術將分佈在不一樣地理位置的資源整合成邏輯統一的共享資源池，用戶能夠隨時隨地經過接入互聯網請求雲計算中心所提供的服務。虛擬化技術屏蔽底層設備資源的異構特性，實現統一調度和部署全部資源。對於使用資源的用戶來講，雲計算中心的基礎設施對用戶透明，用戶也沒必要關心這些基礎設施的具體位置。所以，虛擬化技術不只是雲計算的基礎，同時也是雲計算技術的特徵。

3. 邊緣計算與雲計算

萬物互聯背景下，應用服務須要低延時、高可靠性以及數據安全，而傳統雲計算模式在實時性、隱私保護和能耗等問題上沒法知足需求。邊緣計算模型充分挖掘網絡中邊緣終端的計算能力，在邊緣終端處執行部分計算或所有計算、處理隱私數據，下降雲計算中心的計算、傳輸帶寬負載及能源消耗。下面用一個例子來講明邊緣計算帶來的好處。

學生們對網絡中用戶節點與邊緣節點或雲端節點兩者之間數據傳輸延遲和帶寬進行測試，如圖2-4和圖2-5所示。亞馬遜EC2東部雲和西部雲分別表示兩種位於美國地理位置的雲端節點；有線邊緣節點、WiFi 5GHz邊緣節點和 WiFi 2.4 GHz邊緣節點分別表示三種邊緣節點與用戶所鏈接路由器的鏈接方式；三種結果圖分別表示用戶節點與路由器的有線、WiFi 2.4 GHz 和WiFi5GHz等三種鏈接方式。這裏，邊緣節點和用戶節點老是處於同一個路由器下，測試時延的地點爲美國華盛頓DC地區（臨近實驗中的亞馬遜EC2東部雲）。

各類鏈接方式組合的結果顯示：當邊緣節點爲有線方式接入到用戶網絡中，邊緣節點的往返時間明顯好於雲節點；而當邊緣節點以無線方式接入用戶網絡時，往返時間介於兩種位置下雲節點的往返時間之間，但其穩定性較差，其主要緣由在於無線信道的速度和穩定性遠不及有線。而從帶寬的基準測試可見，當邊緣節點以wired client和WiFi 5GHz方式接入時，帶寬明顯高於其他三種，而WiFi2.4 GHz接入方式的邊緣節點，性能介於兩種位置的雲節點性能之間，其主要緣由在於WiFi 2.4GHz的帶寬成爲瓶頸，從用戶節點以WiFi 2.4GHz 接入時的表現也能夠看出。綜上所述，當邊緣節點的接入方式具備較好質量時，其服務質量比雲節點更好。相比雲端節點，邊緣節點具備更低的延遲和更高的帶寬，而云端節點可做爲備份計算節點，以防止邊緣節點計算飽和以及較長的請求響應時間。

邊緣計算是在網絡邊緣執行計算的 一種新型計算模型，從數據源到雲計算中心路徑之間的任意計算和網絡資源都可以定義爲邊緣。邊緣計算定義雲計算中心不只從數據庫收集數據，也從傳感器和智能手機等邊緣設備收集數據。這些設備兼顧數據的生產者和消費者。網絡邊緣設備不只從雲中心請求內容及服務，並且還能夠執行部分計算任務，包括數據存儲、處理、緩存、設備管理、隱私保護等。

邊緣計算與雲計算的對好比表2-1所示。

因而可知，邊緣計算與雲計算相比，邊緣計算並非爲了取代雲計算，而是對雲計算的延伸和補充，爲移動計算、物聯網等提供更好的計算平臺。邊緣計算模型須要雲計算中心的強大計算能力和海量存儲的支持，而云計算也一樣須要邊緣計算中邊緣設備對於海量數據及隱私數據的處理，從而知足實時性、隱私保護和下降能耗等需求。

邊緣計算的架構是「端設備——邊緣——雲」三層模型，三層均可覺得應用提供資源與服務，應用能夠選擇最優的配置方案。

本文出自《邊緣計算》，做者施巍鬆，劉芳，孫輝，裴慶祺