云計(jì)算與邊緣計(jì)算協(xié)同發(fā)展的相關(guān)探討

付強(qiáng)

（大慶油田信息技術(shù)公司，黑龍江 大慶 163000）

1 云計(jì)算和邊緣計(jì)算有關(guān)概念

1.1 云計(jì)算

1.2 邊緣計(jì)算

邊緣計(jì)算指的是在與數(shù)據(jù)或者物的源頭十分靠近的網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)，對(duì)計(jì)算、應(yīng)用、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)核心能力進(jìn)行融合的開(kāi)放平臺(tái)，依據(jù)距離遠(yuǎn)近提供智能服務(wù)，滿(mǎn)足數(shù)字化在動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)、智能應(yīng)用、敏捷聯(lián)結(jié)、安全保護(hù)等需求。邊緣計(jì)算能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字世界跟物理世界的連接，賦能智能化的服務(wù)、網(wǎng)關(guān)、資產(chǎn)和系統(tǒng)。在智能分布式結(jié)構(gòu)跟平臺(tái)上，邊緣計(jì)算利用模型對(duì)智能化能力進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，完成了物的自主化以及互相的協(xié)作。邊緣計(jì)算的特點(diǎn)主要包括五個(gè)方面。

（1）聯(lián)結(jié)性。這一特點(diǎn)是邊緣計(jì)算的基礎(chǔ)，邊緣計(jì)算聯(lián)結(jié)的對(duì)象以及應(yīng)用場(chǎng)景存在多樣性，因此其自身需要具備各種聯(lián)結(jié)功能。

（2）數(shù)據(jù)第一入口。邊緣計(jì)算能夠?qū)崿F(xiàn)物理跟數(shù)字世界之間的連接，包括動(dòng)態(tài)、完整和大量的數(shù)據(jù)，能夠以數(shù)據(jù)的全生命周期為基礎(chǔ)開(kāi)展管理以及創(chuàng)造價(jià)值，能夠?yàn)轭A(yù)測(cè)性維護(hù)、效率提高、資產(chǎn)管理等應(yīng)用的創(chuàng)新奠定基礎(chǔ)，同時(shí)有效的應(yīng)對(duì)數(shù)據(jù)各種特點(diǎn)提出的挑戰(zhàn)。

（3）約束性。邊緣計(jì)算的產(chǎn)品需要應(yīng)對(duì)各種環(huán)境和條件，比如振動(dòng)、爆炸、電流、塵土等，這些都對(duì)設(shè)備的空間、成本等提出了很高的要求，因此邊緣計(jì)算產(chǎn)品需要對(duì)各種軟硬件進(jìn)行優(yōu)化與融合，從而適應(yīng)各類(lèi)條件存在的約束。

（4）分布性。邊緣計(jì)算需要為分布式計(jì)算、存儲(chǔ)、資源調(diào)動(dòng)、分布式安全、分布式智能等提供支持。

（5）融合性。數(shù)字化行業(yè)的轉(zhuǎn)型要以信息通信技術(shù)和操作技術(shù)的融合作為基礎(chǔ)，邊緣計(jì)算是重要的承載手段，需要為安全、應(yīng)用、控制、管理、聯(lián)結(jié)等提供支持。

1.3 邊緣計(jì)算與云計(jì)算的差異與協(xié)同

云計(jì)算和邊緣計(jì)算是行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型的主要支撐技術(shù)，然而兩種技術(shù)之間存在著許多的差別，比如，云計(jì)算主要的使用場(chǎng)景是非實(shí)時(shí)、業(yè)務(wù)決策的制定、時(shí)間較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)；邊緣計(jì)算主要的應(yīng)用場(chǎng)景是動(dòng)態(tài)的、時(shí)間較短的數(shù)據(jù)以及本地的決策等。同時(shí)，邊緣計(jì)算主要實(shí)現(xiàn)工業(yè)與物流之間的連接位置，或者位于物理實(shí)體的頂端，但是云計(jì)算可以對(duì)邊緣計(jì)算獲取到的歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行訪問(wèn)，邊緣計(jì)算能夠滿(mǎn)足各種接口、協(xié)議以及拓?fù)?、?shù)據(jù)分析、分布式安全、業(yè)務(wù)處理等的需求，而與計(jì)算無(wú)法提供支持，需要云計(jì)算跟邊緣計(jì)算在應(yīng)用、智能、網(wǎng)絡(luò)等方面進(jìn)行協(xié)同。在網(wǎng)絡(luò)方面，邊緣計(jì)算主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的聚合，而云計(jì)算負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的分析；在業(yè)務(wù)方面，邊緣計(jì)算主要針對(duì)無(wú)服務(wù)器的Agent函數(shù)，而云計(jì)算主要負(fù)責(zé)業(yè)務(wù)邏輯代碼的編寫(xiě)和排列；在應(yīng)用方面，邊緣計(jì)算主要為智能服務(wù)提供支持，而云計(jì)算主要針對(duì)應(yīng)用的全周期進(jìn)行管理。在智能化方面，邊緣計(jì)算主要進(jìn)行的是分布式推理，而云計(jì)算主要是進(jìn)行集中式訓(xùn)練。

1.4 云邊協(xié)同參考框架

云協(xié)同參考框架主要是云計(jì)算和邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)在三個(gè)層面的協(xié)同，分別是基礎(chǔ)設(shè)施、應(yīng)用和平臺(tái)?；A(chǔ)設(shè)施指的是IAAS和ECIAAS間完成存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)以及計(jì)算等各類(lèi)資源的協(xié)同。平臺(tái)指的是兩者之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、智能化、服務(wù)編排以及部署的有效協(xié)同；應(yīng)用層面指的是兩者需要完成應(yīng)用服務(wù)的協(xié)同。同時(shí)，云邊協(xié)同再次技術(shù)上還要全面考量安全、運(yùn)行維護(hù)以及費(fèi)用等的協(xié)同。

然后，抽出另一組數(shù)據(jù)做測(cè)試數(shù)據(jù)，重復(fù)上一步做法。直到找到每組數(shù)據(jù)作為測(cè)試數(shù)據(jù)時(shí)候的最佳擴(kuò)展常數(shù)值，最后取這15個(gè)擴(kuò)展常數(shù)值的平均值做為實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的擴(kuò)展常數(shù)值。其流程圖如圖2所示。

2 云邊協(xié)同需要解決的問(wèn)題

云邊協(xié)同需要解決的問(wèn)題較多，主要包括以下六個(gè)方面。

（1）連接協(xié)同。隨著與系統(tǒng)進(jìn)行連接的設(shè)備不斷增多，對(duì)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)和管理、網(wǎng)絡(luò)的可靠性以及拓展的靈活性都提出了更高的要求，并且，工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間以來(lái)都具有許多結(jié)構(gòu)存在差異的總線連接，各種制式的以太網(wǎng)同時(shí)存在，怎樣實(shí)現(xiàn)各種連接的兼容以及保證連接的可靠性和實(shí)時(shí)性是云邊協(xié)同面臨的重要問(wèn)題。

（2）數(shù)據(jù)協(xié)同。數(shù)據(jù)連接的統(tǒng)一和數(shù)據(jù)的有效聚合是實(shí)現(xiàn)智能化業(yè)務(wù)的重要基礎(chǔ)，為了完成工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)面臨的各種不同環(huán)境以及結(jié)構(gòu)存在差異的標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題的有效解決，需要對(duì)不同廠商和領(lǐng)域的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的集成。

（3）任務(wù)協(xié)同。任務(wù)的發(fā)布和完成是促進(jìn)各種場(chǎng)景功能實(shí)現(xiàn)的重要內(nèi)容，云計(jì)算需要應(yīng)用于不同邊緣側(cè)設(shè)備以及各類(lèi)環(huán)境，怎樣保證數(shù)據(jù)有效的發(fā)布至邊緣側(cè)，邊緣側(cè)經(jīng)過(guò)有效計(jì)算以后，怎樣將信息與任務(wù)進(jìn)行整合并提出反饋是對(duì)云邊協(xié)同的能力提出的重要考驗(yàn)。

（4）管理協(xié)同。一方面云端需要考慮怎樣對(duì)各種結(jié)構(gòu)不同的邊緣設(shè)備進(jìn)行有效的管理和接入，另一方面，需要對(duì)設(shè)備和云端應(yīng)用的開(kāi)發(fā)、業(yè)務(wù)、生命周期管理開(kāi)展協(xié)同，使邊緣側(cè)設(shè)備可以在各類(lèi)場(chǎng)景中完成管理工作。

（5）安全協(xié)同。邊緣側(cè)設(shè)備形成的數(shù)據(jù)如何安全的傳送到云端、云端怎樣低于外部的攻擊、怎樣保證下放數(shù)據(jù)的安全這些都是云邊協(xié)同需要重視的問(wèn)題。

（6）多方協(xié)同。云邊協(xié)同正在逐漸的應(yīng)用于各類(lèi)場(chǎng)景當(dāng)中，怎樣在某些應(yīng)用場(chǎng)景中完成邊邊、云邊、多邊等的協(xié)同，是未來(lái)需要深入研究的課題，怎樣對(duì)各類(lèi)場(chǎng)景中的協(xié)同進(jìn)行統(tǒng)一也是需要引起關(guān)注的重要方面。

3 云邊協(xié)同的應(yīng)用場(chǎng)景

3.1 CDN

隨著互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的高速發(fā)展，CDN服務(wù)作為內(nèi)容傳送者的重要性不斷凸顯。針對(duì)CDN服務(wù)提供者來(lái)說(shuō)，CDN運(yùn)營(yíng)缺乏靈活性使得寬帶資費(fèi)不能進(jìn)行靈活設(shè)置，無(wú)法依據(jù)需求進(jìn)行費(fèi)用的索取，造成收費(fèi)居高不下。同時(shí)，由于視頻業(yè)務(wù)的持續(xù)增長(zhǎng)使得運(yùn)營(yíng)商的網(wǎng)絡(luò)承載能力受到挑戰(zhàn)，目前CDN系統(tǒng)主要分布在省級(jí)機(jī)房，與用戶(hù)之間具有較遠(yuǎn)的距離，回傳帶寬占用嚴(yán)重，服務(wù)能力無(wú)法為移動(dòng)業(yè)務(wù)場(chǎng)景提供支持。隨著5G的推出，互聯(lián)網(wǎng)計(jì)步入了一個(gè)全新的時(shí)期，CDN結(jié)構(gòu)已經(jīng)無(wú)法匹配時(shí)代提出的要求，需要推動(dòng)邊緣云和AC的穩(wěn)步發(fā)展，實(shí)現(xiàn)服務(wù)水平、狀態(tài)和質(zhì)量的提高。比如通過(guò)邊緣云平臺(tái)把VCDN進(jìn)行下沉，使其達(dá)到邊緣數(shù)據(jù)中心，有效實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)壓力的緩解，促進(jìn)用戶(hù)體驗(yàn)的提升。云邊協(xié)同能夠在熱點(diǎn)以及本地化內(nèi)容多次請(qǐng)求的場(chǎng)景中獲得應(yīng)用，適合應(yīng)用在校園、住宅區(qū)、商業(yè)區(qū)、辦公樓等，促進(jìn)用戶(hù)體驗(yàn)的提升。

3.2 工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)

作為物聯(lián)網(wǎng)向著工業(yè)領(lǐng)域的延伸，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)具有海量不同結(jié)構(gòu)的特征，但是邊緣設(shè)備技能對(duì)局部的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，不能產(chǎn)生全局性的認(rèn)知，在進(jìn)行應(yīng)用過(guò)程中，需要通過(guò)云計(jì)算平臺(tái)來(lái)完成信息的有效融合，所以，云邊協(xié)同正在成為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展的重要支撐。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)當(dāng)中的云邊計(jì)算能夠進(jìn)行智能設(shè)備的安裝與連接，可以對(duì)各種關(guān)鍵任務(wù)信息進(jìn)行處理并進(jìn)行動(dòng)態(tài)的響應(yīng)，而不需要利用網(wǎng)絡(luò)將信息傳輸?shù)皆贫说却溥M(jìn)行響應(yīng)，從而有效的減少了網(wǎng)絡(luò)流量，使數(shù)據(jù)的處理更加分散。同時(shí)，邊緣計(jì)算需要存在一定的計(jì)算能力，可以對(duì)問(wèn)題進(jìn)行自主的判斷和解決，對(duì)反常狀況進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，從而實(shí)現(xiàn)預(yù)測(cè)性的監(jiān)控，促進(jìn)工廠工作效率提升的同時(shí)有效的避免設(shè)備出現(xiàn)故障，并將數(shù)據(jù)進(jìn)行上傳，在云端進(jìn)行存儲(chǔ)、管理和分析。

3.3 智能家庭

隨著家庭智能化信息服務(wù)得到普及，怎樣將不同的異構(gòu)設(shè)備于家庭網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行連接，使用戶(hù)能夠有效的利用各種功能是當(dāng)前從業(yè)者重點(diǎn)關(guān)注的問(wèn)題。邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)存在許多的異構(gòu)接口，包括無(wú)線網(wǎng)絡(luò)、電力線、電纜等，還能夠處理各種處理，并將結(jié)果傳送到云平臺(tái)，用戶(hù)不但能夠利用網(wǎng)絡(luò)與邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)進(jìn)行連接實(shí)現(xiàn)對(duì)終端的管理，還能夠利用云端實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)數(shù)據(jù)的訪問(wèn)。同時(shí)，云邊協(xié)同以虛擬化技術(shù)作為基礎(chǔ)的各類(lèi)服務(wù)設(shè)施，以各類(lèi)終端作為載體，實(shí)現(xiàn)對(duì)業(yè)務(wù)系統(tǒng)的有效整合，通過(guò)計(jì)算節(jié)點(diǎn)把各類(lèi)家庭終端并入局域網(wǎng)當(dāng)中。邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)利用互聯(lián)網(wǎng)完成與廣域網(wǎng)的連接，從而跟云端進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換，實(shí)現(xiàn)包括電器管理、視頻監(jiān)控、定時(shí)設(shè)置、場(chǎng)景管理等各類(lèi)功能。

3.4 智能交通

過(guò)去人們都將智能交通的關(guān)注點(diǎn)放在車(chē)輛的管理上，將大量的資金投入到自動(dòng)駕駛等車(chē)輛的智能化上，然而智能汽車(chē)的研發(fā)成本較高，且在道路環(huán)境中的表現(xiàn)不夠理想，因此越來(lái)越多的廠家將智能交通的方向轉(zhuǎn)移到道路上。邊緣計(jì)算能夠有效的與云計(jì)算進(jìn)行配合，使多數(shù)的計(jì)算負(fù)載整合到道路上，通過(guò)各種通信手段實(shí)現(xiàn)跟車(chē)輛動(dòng)態(tài)有效的信息交互。將來(lái)的道路邊緣節(jié)點(diǎn)能夠?qū)⒌貓D系統(tǒng)、信號(hào)系統(tǒng)、移動(dòng)目標(biāo)數(shù)據(jù)等進(jìn)行集成，從而為車(chē)輛提供事故警示、駕駛輔助、協(xié)同決策等服務(wù)。并且車(chē)輛自身也可以作為邊緣計(jì)算的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，通過(guò)云邊協(xié)同實(shí)現(xiàn)對(duì)車(chē)輛的控制以及提供各類(lèi)增值服務(wù)。車(chē)輛可以通過(guò)各類(lèi)感應(yīng)裝置將收集到的信息傳送到道路邊緣節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)車(chē)輛之間、車(chē)輛跟道路之間的有效協(xié)同。云計(jì)算中心將從邊緣節(jié)點(diǎn)收集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，對(duì)交通狀況進(jìn)行感知，利用人工智能以及大數(shù)據(jù)等計(jì)算方法，為交通信號(hào)以及車(chē)輛等發(fā)布科學(xué)的指令，促進(jìn)交通效率的提高，有效的避免出現(xiàn)擁堵。

3.5 安防監(jiān)控

云邊協(xié)同為安防智能化提供了新的技術(shù)支持，能夠把監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)傳輸?shù)竭吘売?jì)算的節(jié)點(diǎn)或者平臺(tái)上，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸壓力以及時(shí)延的降低。同時(shí)，視頻監(jiān)控能夠跟人工智能有效結(jié)合，在邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)上配備人工智能分析模塊，應(yīng)用于視頻監(jiān)控、人臉識(shí)別、安全防護(hù)等場(chǎng)景當(dāng)中，有效的解決了以AI為基礎(chǔ)的視頻分析所存在的時(shí)延較大的問(wèn)題，促進(jìn)了用戶(hù)體驗(yàn)的提升。云端可以完成AI發(fā)布的訓(xùn)練任務(wù)，邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)能夠落實(shí)AI的推論，云邊協(xié)同能夠完成本地決策以及動(dòng)態(tài)響應(yīng)，可以為表情監(jiān)測(cè)、行為分析、軌跡追蹤等各種AI應(yīng)用提供支持。

3.6 農(nóng)業(yè)生產(chǎn)

作為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的高級(jí)階段，智能農(nóng)業(yè)加強(qiáng)了對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、云計(jì)算和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用，以現(xiàn)場(chǎng)的各類(lèi)傳感節(jié)點(diǎn)和通信網(wǎng)絡(luò)作為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)了對(duì)生產(chǎn)環(huán)境的智能化感知、警示、決策、分析以及指導(dǎo)，從而實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)化的種植、決策和管理。選擇智能大棚作為例子，對(duì)于具有較好條件的大棚，可以進(jìn)行各類(lèi)機(jī)電設(shè)備的安裝，包括排風(fēng)機(jī)、灌溉系統(tǒng)、卷簾等，利用云端完成遠(yuǎn)程控制。農(nóng)戶(hù)可以通過(guò)電腦或者手機(jī)進(jìn)行云端平臺(tái)的登錄，實(shí)現(xiàn)對(duì)各種設(shè)備的控制，也可以通過(guò)云端進(jìn)行控制邏輯的設(shè)置，將控制邏輯發(fā)送到邊緣設(shè)備，邊緣設(shè)備利用傳感器對(duì)棚內(nèi)的溫度、濕度等數(shù)據(jù)進(jìn)行收集，依據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行機(jī)電設(shè)備開(kāi)關(guān)的管理。

4 云邊協(xié)同發(fā)展的建議

4.1 將應(yīng)用作為導(dǎo)向，實(shí)現(xiàn)計(jì)算能力向著邊緣側(cè)的下沉

目前邊緣計(jì)算這一概念十分火熱，許多與用戶(hù)側(cè)較為接近的業(yè)務(wù)和產(chǎn)品都被列入邊緣計(jì)算的范圍，這對(duì)于邊緣計(jì)算的發(fā)展并非利好，也會(huì)對(duì)云邊協(xié)同的穩(wěn)步推進(jìn)產(chǎn)生負(fù)面影響。希望有關(guān)從業(yè)者保持理性，對(duì)各類(lèi)場(chǎng)景業(yè)務(wù)的實(shí)際需求進(jìn)行全面的梳理，在企業(yè)加入云端的大環(huán)境當(dāng)中，對(duì)各種應(yīng)用效果和運(yùn)營(yíng)成本進(jìn)行分析，穩(wěn)步推進(jìn)計(jì)算能力向著邊緣側(cè)的下沉，不可太過(guò)著急將計(jì)算能力進(jìn)行邊緣化的部署。

4.2 加快標(biāo)準(zhǔn)體系的構(gòu)建，注重協(xié)同能力規(guī)范

當(dāng)前已經(jīng)開(kāi)始進(jìn)行邊緣云等邊緣側(cè)標(biāo)準(zhǔn)的構(gòu)建，但是尚未針對(duì)云邊協(xié)同進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)體系的建設(shè)。有關(guān)研究人員要從整體布局出發(fā)，對(duì)中心云和邊緣側(cè)協(xié)同所需要的框架開(kāi)展標(biāo)準(zhǔn)化的設(shè)計(jì)?？梢葬槍?duì)各種應(yīng)用場(chǎng)景，對(duì)云邊協(xié)同的標(biāo)準(zhǔn)體系進(jìn)行完善，加快進(jìn)行各類(lèi)協(xié)同技術(shù)、應(yīng)用和服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)的制定，促進(jìn)企業(yè)云邊協(xié)同服務(wù)能力的提高，為云邊協(xié)同的穩(wěn)定發(fā)展提供保障。只有實(shí)現(xiàn)邊緣計(jì)算和云計(jì)算的有效協(xié)同，才能夠?yàn)樵S多場(chǎng)景在動(dòng)態(tài)業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)完善、隱私保護(hù)、安全防護(hù)、敏捷連接等方面提供計(jì)算支持。