邊云協(xié)同下移動信息交流信息棧的PKS研究

周杰?黃妍青?楊帆?楊曜宇

摘 要 移動信息交流是網絡環(huán)境下信息棧的一種新模式，具有交互、信息感知、網絡化等優(yōu)勢，但移動信息交流信息棧交流效率并不高。文章以PKS模型為出發(fā)點，在移動信息交流信息棧研究現(xiàn)狀的基礎上，總結出信息棧存在的問題及產生問題的關鍵本質，提出利用邊云協(xié)同解決移動信息交流信息棧的問題，提高信息棧對信息的處理能力、滿足用戶的個性化需求、改善信息棧服務的質量。同時，針對邊云協(xié)同應用在移動信息交流信息棧中存在的局限性，也對其進行了界定，并給出了建議。

關鍵詞 移動信息交流 移動信息交流信息棧 邊云協(xié)同 PKS模型

分類號 G201

DOI 10.16810/j.cnki.1672-514X.2019.09.012

Research on PKS of Mobile Information Exchange Information Stack Under the Edge Cloud Synergy

Zhou Jie， Huang Yanqing， Yang Fan， Yang Yaoyu

Abstract Mobile information exchange is a new mode of information stack in the network environment， which has the advantages of interaction， information perception and networking.? Based on the PKS model， this paper summarizes the problems existing in the mobile information exchange information stack and the key nature of the problems. The paper proposes to solve the problems of mobile information exchange information stack with the help of edge cloud， so as to improve the ability of information stack to process information， meet the personalized needs of users， and improve the service quality of information stack. Meanwhile， it also defines the limitations of the application of edge cloud synergy in mobile information exchange information stack and gives some suggestions.

Keywords Mobile information exchange. Mobile information exchange information stack. Edge cloud synergy. PKS model.

隨著信息技術、通信技術的發(fā)展、網絡普及率的提升，網絡成為人們進行信息交流的主要手段。同時，由于大量的智能設備接入網絡，使得利用移動終端設備進行信息交流成為當下的主流模式，但是由于現(xiàn)有的移動信息交流模式受到內部因素的限制與外部因素的影響，導致諸如圖書館、出版社這一類移動信息交流信息棧的信息交流效率低下，無法滿足移動信息交流者的需求。而邊云協(xié)同理念的產生對提高信息交流的效率有著重要作用。邊云協(xié)同是為了緩解云平臺處理海量數(shù)據(jù)的壓力而提出的，其在靠近或者邊緣端上分擔數(shù)據(jù)的計算與存儲問題，能夠滿足移動信息交流信息棧發(fā)展所需的高效率、低時延、豐富的計算資源等要求，以此改善為用戶服務的質量。

1 移動信息交流信息棧相關研究

信息棧這一概念是嚴怡民教授提出的，是指信源到信宿所需要經過的環(huán)節(jié)（信息交流），具有對數(shù)據(jù)進行計算與存儲的能力。而信息交流按照有無棧的參與，分為零棧交流與棧交流，棧交流中又分為時間棧和空間棧[1]。隨著新技術的不斷進步，加快了移動網絡及移動信息交流[2]（移動網絡支持下進行的信息交流） 的發(fā)展進程。而對于移動信息交流信息棧是否存在棧模式的兩種交流（一種是以棧交流作為信息傳遞的模式，如圖書館、出版社等時間棧，互聯(lián)網、廣播電視等空間棧，另一種是以零棧交流即直接交流作為信息傳遞的模式） 都未給予明確的界定。針對這種情況，筆者擬通過對相關文獻的整理分析，得出移動信息交流信息棧并不存在零棧交流方式。

針對移動網絡下的信息棧研究，主要集中在以網絡（空間棧）為基礎實現(xiàn)不同平臺的移動信息交流。丁敬達、李輝通過理論與實踐結合的研究方式，證實了利用微信作為主要信息交流平臺可有效改善移動信息服務的現(xiàn)狀[3]。屈文建、李琳倩等提出建立高校圖書館社區(qū)學術信息交流模式，可用于滿足用戶的新需求[4]。劉娟分析了網絡如何影響傳統(tǒng)信息交流模式，并從信息棧的角度出發(fā)探討網絡環(huán)境下的圖書館信息交流新模式[5]。王衛(wèi)軍概括總結了移動信息服務中的現(xiàn)有服務，從提升移動信息服務質量角度，提出了融合社會網絡、融合情景感知的移動信息服務新模式[6]。茆意宏從用戶需求的角度探討了圖書館的移動信息服務，從服務方面論證了移動網絡、移動設備在信息交流過程中的重要性[7]。

在針對移動信息交流信息棧的研究上，相關學者運用最新技術或是前沿理念來提升移動信息交流信息棧對數(shù)據(jù)的操作能力，如圖書館、出版社等時間棧。馮蕾提出了基于云計算的高校圖書館網絡信息交流模式，以此提升圖書館這一時間棧對數(shù)據(jù)所進行的一系列操作能力[8]。段績偉根據(jù)數(shù)字圖書館這一前沿理念，提出了數(shù)字圖書館的信息交流模式，以此說明圖書館這一信息交流信息棧是如何在數(shù)字化、智慧化的背景下實現(xiàn)信息交流效率的提升[9]。

通過對上述文獻的分析可知，移動信息交流過程中并不存在零棧交流的方式，主要是通過利用中間環(huán)節(jié)的獲取、計算、轉換、存儲能力實現(xiàn)信息交流。但信息棧在信息傳輸過程中可能受到內部因素與外部環(huán)境的制約，降低了信息交流的效率，而利用邊云協(xié)同將會大大削減不利因素制約，提升移動信息交流信息棧的效率。

2 邊云協(xié)同及其技術

2005年，針對第四范式的提出，即數(shù)據(jù)密集型范式，云計算被提出并得以廣泛應用。在云計算模型中，源數(shù)據(jù)被傳輸?shù)皆浦行?，并在云端進行計算。但是，由于數(shù)據(jù)源傳輸前可能會涉及到隱私問題，傳輸中會受到網絡延遲影響，到達云端時增加云計算壓力，源數(shù)據(jù)發(fā)送端不愿將數(shù)據(jù)共享的問題，在一定程度上降低了數(shù)據(jù)的效用。而邊緣往往是數(shù)據(jù)的主要來源端，在靠近或者在邊緣端增加數(shù)據(jù)計算與存儲的能力，可緩解云端數(shù)據(jù)處理量，同時也能加快邊緣用戶獲取所需信息的速度。不同數(shù)據(jù)源的不同邊緣端，類似于點到點的連接方式，通過這一方式可提供不同邊緣數(shù)據(jù)源協(xié)同共享的可能。Gartner公司發(fā)布2019年值得探索的十大可持續(xù)戰(zhàn)略性技術，邊緣計算位列其中。Gartner在報告中認為，邊緣端靠近數(shù)據(jù)源，可有目的性的實現(xiàn)計算本地化，降低數(shù)據(jù)鏈路流量，提高實時處理能力[10]。可見，云計算適用在非實時、長周期性數(shù)據(jù)、業(yè)務管理與決策等方面，而邊緣計算適用于實時、短周期性數(shù)據(jù)、本地化及決策等情境 [11]。邊云協(xié)同模型如圖1所示。

由于邊云協(xié)同具有明顯優(yōu)勢，邊云協(xié)同已然成為商業(yè)界、學術界的熱點問題。目前，邊云協(xié)同理念已經被證實具有實現(xiàn)的可能性，部分企業(yè)提出了相關技術模式，如華為、IBM、英特爾發(fā)起的移動邊緣計算（MEC）計劃，美國卡耐基梅隆大學、英特爾提出的微云（現(xiàn)已與騰訊合作），思科提出的霧計算。

MEC、微云、霧計算的位置都位于終端和數(shù)據(jù)中心之間，可以和接入點、基站、流量匯聚點、網關等組件共址。MEC在移動網絡的支持下，在邊緣端實現(xiàn)IT應用與云計算的服務，降低了云端的數(shù)據(jù)處理壓力，提高了邊緣端數(shù)據(jù)計算與存儲的能力，從而為用戶提供一個高效率、低時延的持續(xù)服務體驗。目前只提供終端從一個邊緣節(jié)點到另一個邊緣節(jié)點的移動性管理。微云是騰訊為提升用戶服務質量而開發(fā)出的一款智能云產品，結合了移動計算與云計算，其位于移動終端、云端的中間層[12]，也可提供豐富的計算資源，研究重點已轉移到邊緣端的分析應用上，能提取邊緣端源數(shù)據(jù)的標簽和元數(shù)據(jù)，并將其傳輸?shù)皆贫?，以實現(xiàn)高效的全局搜索[12]。霧計算是由思科提出的一種云計算的延伸概念，是一種分布式計算模式，可將對數(shù)據(jù)的計算與存儲能力應用在網絡邊緣端，使得用戶能夠在本地對數(shù)據(jù)進行一系列的操作，進而獲取即時信息。

3 移動信息交流信息棧PKS模型分析

矛盾是推動事物發(fā)展的根本動力，而所謂的矛盾就是待解決的問題，而解決問題可以讓自我（個人、組織等）發(fā)展，即以問題為導向。許多人都知道提出問題、解決問題，但是一個問題的解決又會引發(fā)更多的新問題產生。針對這個悖論，學者易仁永澄在其博客中討論其成因、危害和預防方案，并以患者掛專家號為例，針對醫(yī)生的接診、診斷、開處方等行為模式，對醫(yī)生接待病人全過程中出現(xiàn)的問題進行分析，提出問題解決模型[13]，即PKS模型，該模型是為澄清問題（Problem），探索本質（Key），切入方案（Solution）而提出分析方法，以此有效解決實際問題。本文以PKS模型為出發(fā)點，對移動信息交流信息棧進行分析，提出其存在的問題，并深入分析導致問題出現(xiàn)的原因，最終給予有效的解決方案。

3.1 移動信息交流信息棧存在的問題

通過對移動信息交流信息棧相關文獻的分析，得出在棧模式交流下，信息并不像零棧模式那樣通過直接交流即可避免不必要的問題，必定會因以下因素制約而導致問題的出現(xiàn)。

首先，來自于信息棧自身技術的制約。移動信息在進行交流的過程中，會依靠信息棧對信息進行更有效操作，從而得出最佳的服務交流體驗，但是在這一過程中，由于信息棧受到自身技術的制約，其所提供的并不一定是最佳網絡、信息等技術。信息棧已有網絡并未及時檢測、信息棧數(shù)據(jù)庫由于未及時進行維護與必要的更新、只存在單一的檢索方式、前沿的、成熟的、完備的技術未及時引入，都將影響移動信息交流的效率與服務質量。

其次，采用陳舊的信息棧服務模式?，F(xiàn)有的大多數(shù)信息棧依然采用被動的服務模式，如出版社單一的、封閉的服務模式，會影響用戶獲取所需信息。又如廣播電視所傳遞的信息，對于用戶來說依然是被動的、單向的方式。這些陳舊的服務模式已不適應移動信息交流模式的發(fā)展，需要有更加高效便利、主動為主、被動為輔的服務模式。

再者，數(shù)字信息資源整合與共享問題。移動信息交流信息棧是面向社會的、開放的模式，信息共享一直是其主要問題。隨著移動網絡技術的發(fā)展，信息棧對數(shù)據(jù)進行有效處理、傳輸?shù)那疤崾菙?shù)字資源的整合與共享。即在移動信息交流模式中，信息棧如何將已有的數(shù)字資源以更加有效的方式進行提取，或如何對已有的數(shù)字資源進行分類，以便用統(tǒng)一的格式進行整合與序化。

最后，如何適應用戶需求變化問題。在信息社會，隨著新技術的加入，尤其是在移動網絡技術的支持下，一方面隨著用戶獲取信息渠道的多樣化，使得更多用戶愿意通過信息棧去獲取信息，如圖書館的文獻資源庫、出版社的微信平臺、雜志社的在線投稿系統(tǒng)、廣播電視的網絡平臺等，另一方面隨著用戶需求的不斷加強，對信息棧的要求也越來越高，面對多樣性、專業(yè)性、主動性的用戶需求，信息棧如何更加有效地提供豐富的信息資源有待探討。

3.2 利用邊云協(xié)同解決移動信息交流信息棧問題

首先，可解決低時延問題。邊云協(xié)同將計算與存儲的能力賦予給邊緣端后，當用戶發(fā)出請求后，通過靠近邊緣端的MEC服務器對請求進行部分處理，可降低云網傳輸延時造成的影響。相關文獻中提出利用MEC促進5G網絡的發(fā)展，提升其高帶寬，低時延的能力[14]，改善移動信息交流的效率。

其次，可提供豐富的邊緣計算資源。移動網絡的接入不僅使資源獲取更加便利，而且通過邊云協(xié)同還能夠優(yōu)化整合資源。通過在信息棧邊緣端對資源進行有效處理，使得邊緣設備具備更有價值的計算資源數(shù)據(jù)，為用戶提供了全局搜索與管理的可能性。如利用微云可自動匯集用戶所上傳的照片，并根據(jù)照片的時間與來源設備（邊緣數(shù)據(jù)的標簽與元數(shù)據(jù)）進行分類存儲。微云可利用文件同步功能，實現(xiàn)數(shù)據(jù)手持終端到PC的數(shù)據(jù)同步，從而備份計算資源。

第三，可通過分布式開放架構，實現(xiàn)資源的有效利用。數(shù)字資源共享問題是移動信息交流信息棧關注的重點?；谶呍茀f(xié)同的開放式架構，可用分布式思想解決共享問題。若將計算、存儲的能力賦予到靠近用戶的邊緣端，如通過霧計算，即可在多個霧節(jié)點（智能互聯(lián)設備，靠近邊緣端）對數(shù)據(jù)進行處理，以實現(xiàn)彼此的信息交流共享。而終端可利用微云進行數(shù)據(jù)的互傳[15]。共享傳輸數(shù)據(jù)不僅有利于信息交流模式的實現(xiàn)，而且還可促使資源的多次有效利用，節(jié)省更多的計算成本，挖掘資源潛在的價值。

最后，可感知鏈路流量，提高用戶服務質量。信息棧資源的多樣性、豐富性會使用戶數(shù)量增加，隨之而來的是用戶需求也變得更加個性化。針對信息棧多用戶的同時接入，利用邊云協(xié)同可實現(xiàn)對網絡帶寬等資源的合理分配。在移動信息交流模式中，信息?？衫肕EC服務器獲取終端的相關信息，通過對鏈路狀況的掌握，及時進行調度，避免出現(xiàn)帶寬冗余。如用戶通過移動網絡在相關網絡電視平臺觀看視頻，當出現(xiàn)視頻卡頓的情況，MEC服務器可提醒用戶切換最佳模式進行觀看。又如圖書館中的文獻資源系統(tǒng)，在用戶較長時期未進行操作的情況下，會提醒用戶是否繼續(xù)進行操作，以便將帶寬等資源分配給別的用戶。在信息棧中，還可基于邊云協(xié)同及其他技術實現(xiàn)位置的感知，為用戶提供更好的信息交流服務。

3.3 邊云協(xié)同在移動信息交流信息棧的應用

在移動信息交流信息棧PKS模型的基礎上，通過列舉部分應用來說明邊云協(xié)同如何解決移動信息交流信息棧存在的問題，實現(xiàn)方案如圖2所示。

從圖2中可發(fā)現(xiàn)，邊云協(xié)同下移動信息交流信息棧由虛線分隔開。下面主要從信息棧的空間棧與時間棧進行說明。

首先，在空間棧中以互聯(lián)網、廣播電視等為主要對象，在邊云協(xié)同的支持下，信息棧下的每個終端均為邊緣端，利用邊緣計算技術，可獲取到邊緣端的計算源數(shù)據(jù)（檢索數(shù)據(jù)、行為數(shù)據(jù)、網絡數(shù)據(jù)等），并將源數(shù)據(jù)實時上傳到數(shù)據(jù)中心，并對其進行相關的操作（分類、標引、本體演化、關聯(lián)等），以便于獲取元數(shù)據(jù)。

其次，利用邊云協(xié)同的高帶寬、低時延、合理分配網絡資源的優(yōu)勢，使得終端可從移動信息交流信息棧的數(shù)據(jù)中心獲取到經過處理的元數(shù)據(jù)，滿足用戶檢索信息的需求。與此同時，邊云協(xié)同技術有助于需求者實時獲取移動邊緣端產生的網絡數(shù)據(jù)，如微信、博客、Facebook等社交媒介產生的數(shù)據(jù)，這對于利用Altemetrics進行科研數(shù)據(jù)評價研究具有重要的推動作用。

在時間棧中以圖書館、雜志社為主要對象，一方面，信息棧數(shù)據(jù)中心利用邊云協(xié)同技術獲取大量文獻數(shù)據(jù)，利用大數(shù)據(jù)相關技術對其進行文獻內容的分析。另一方面，當終端訪問數(shù)據(jù)中心，獲取相關文獻時，可通過邊云協(xié)同獲取該文獻的結論與創(chuàng)新觀點，節(jié)省了用戶獲取所需信息的時間，同時也滿足了當前用戶對知識的需求。如在雜志社信息棧下，雜志社已從紙質資源向數(shù)字資源演進，如利用微信平臺的公眾號實現(xiàn)當前文獻數(shù)字資源的推送，但若是能夠利用邊云協(xié)同使得用戶在實現(xiàn)終端上對文獻的批注，可幫助雜志社管理人員對數(shù)據(jù)進行全局管理。通過元數(shù)據(jù)完善信息棧知識庫，以便于利用相關技術挖掘潛力數(shù)據(jù)，提取知識元，建立知識元的描述模型（對知識元語義內容與結構進行揭示的一種抽象表示[16]）及知識需求平臺。這對于促進知識組織與知識服務的開展，滿足當下用戶對于知識的渴望具有重要的作用。

另外，在圖2中可以看出，在移動網絡（WIFI、5G）下，利用邊云協(xié)同技術可實現(xiàn)各信息棧之間的協(xié)同發(fā)展，如資源協(xié)同、數(shù)據(jù)協(xié)同、智能協(xié)同及服務協(xié)同。資源協(xié)同在于各信息棧執(zhí)行云端資源調度管理策略，包括邊緣節(jié)點的設備管理、資源管理及網絡聯(lián)接管理，實現(xiàn)信息棧資源共享。數(shù)據(jù)協(xié)同在于各信息棧下的邊緣節(jié)點采集現(xiàn)場/終端數(shù)據(jù)，并按照規(guī)則或數(shù)據(jù)模型對數(shù)據(jù)進行初步處理與分析，經云端實現(xiàn)云數(shù)據(jù)流的交互，促進各信息棧關聯(lián)數(shù)據(jù)的制定與鏈接。智能協(xié)同在于邊緣節(jié)點按照AI模型執(zhí)行推理，實現(xiàn)分布式智能，而云端開展AI的集中式模型訓練，并將模型下發(fā)邊緣節(jié)點，促進資源與數(shù)據(jù)協(xié)同的實施[17]。服務協(xié)同在于加快資源與數(shù)據(jù)的智能協(xié)同，實現(xiàn)多終端、各信息棧之間的資源共享，提升移動信息交流信息棧下對資源的有效利用，滿足用戶需求，保障服務水平與服務質量。

4 邊云協(xié)同在移動信息交流信息棧的局限性與建議

邊云協(xié)同應用在移動信息交流信息棧中，可以優(yōu)化信息棧的整體功能，提升信息交流的效率，滿足用戶個性化的需求，為用戶提供高質量的服務。但是，由于邊云協(xié)同其內部結構、研究層面的專業(yè)性、技術的新穎性，導致基于邊云協(xié)同的移動信息交流信息棧PKS模型研究還存在一定的局限性。

一是邊緣認知問題。針對邊云協(xié)同中的邊緣一詞，其在不同的應用領域，對其所處的位置有著不同的見解。普遍認為邊緣主要有基礎設施邊緣與最終用戶視角的設備邊緣。前者指靠近邊緣端的數(shù)據(jù)中心，而后者主要是指智能聯(lián)網設備及其計算資源，兩者在計算能力、存儲能力等方面具有明顯的區(qū)別。因此，在實際應用中需要根據(jù)不同的應用層面，合理考慮邊緣的歸類，有效制定基于邊云協(xié)同的移動信息交流信息棧PKS模型，實現(xiàn)邊云協(xié)同在移動信息交流信息棧中的應用。

二是邊云協(xié)同市場價值定位的差異。邊云協(xié)同存在對邊緣認知的問題，自然導致市場對其重視程度也會有差異。如戴爾CEO邁克爾戴爾認為“邊緣比云更大”，而另一些企業(yè)卻認為云比邊緣更大。這種差異最終影響對邊云協(xié)同的研究深入程度，移動信息交流信息棧下應用邊云協(xié)同亦是如此。隨著ECC聯(lián)盟對邊緣計算的深入研究以及邊云協(xié)同（2018）白皮書的發(fā)布[17]，筆者認為移動信息交流擁有移動終端（設備邊緣）的支撐，故其在邊緣端的研究將呈上升趨勢。因而在移動信息交流信息棧中，應依托ECC聯(lián)盟，根據(jù)實際情況，合理估算成本，加大對邊緣計算的資本投入，利用邊云協(xié)同解決當前移動信息交流信息棧已存在的問題。

三是復雜環(huán)境下數(shù)據(jù)分析的統(tǒng)籌問題。邊云協(xié)同下的移動信息交流信息棧，提倡在邊緣端對數(shù)據(jù)進行分析，但是在復雜環(huán)境下（多種數(shù)據(jù)源、多種結構），需要在邊云協(xié)同的處理速度、安全性、帶寬分配等方面進行綜合考慮。如圖書館、出版社在進行紙質文獻數(shù)字化的過程中，存在結構化數(shù)據(jù)與非結構數(shù)據(jù)，可利用融合網絡、計算、存儲、應用核心能力的分布式開放平臺，如華為的智能邊緣平臺 IEF（Intelligent EdgeFabric），將任務分散到多個設備中進行處理，其處理速度、實時性都將得到提升，再通過云端進行集中管理與歸化。

隨著對邊緣計算關注程度的提高，邊云協(xié)同應用在移動信息交流信息棧中，將進一步提高信息棧對信息的處理能力、滿足用戶的個性化需求、改善信息棧服務的質量，體現(xiàn)出移動信息交流信息棧存在的價值。

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