邊緣計算涉及終端層、邊緣層和云層，其業(yè)務平臺部署于用戶邊緣，可提供實時的存儲、計算能力，能夠為物聯(lián)網(wǎng)、云計算等技術提供了前所未有的連接性、集中化以及智能化，滿足了敏捷連接、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需求，能夠在多個行業(yè)進行應用，將是推動產業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深入發(fā)展的重要支撐。
一、背景
隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的深入發(fā)展，接入互聯(lián)網(wǎng)的設備數(shù)量將快速增加，各類設備產生的數(shù)據(jù)量將呈現(xiàn)幾何級增長，同時各類智能化應用、敏捷操作等對數(shù)據(jù)處理的實時性、安全性等提出了要求，不斷增加的數(shù)據(jù)要求采用更為敏捷且可靠的計算方式，傳統(tǒng)的云計算盡管可以利用超強的計算能力來集中解決各類復雜應用的計算需求問題，但在萬物互聯(lián)實時性、用戶隱私數(shù)據(jù)保護、數(shù)據(jù)中心能耗等方面仍顯不足。這就需要業(yè)界對數(shù)據(jù)采集、處理、計算等過程深入研究，將原有云計算模型執(zhí)行的部分或全部計算任務進行分解，降低云服務器的計算負載，減緩網(wǎng)絡帶寬的壓力，提高萬物互聯(lián)數(shù)據(jù)的處理效率。
二、邊緣計算架構
邊緣計算提供了一種新型的計算模式，它通過在終端設備和云之間引入邊緣設備，將云服務擴展到網(wǎng)絡邊緣，在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的網(wǎng)絡邊緣側，為應用提供融合計算、存儲和網(wǎng)絡等資源，同時在網(wǎng)絡邊緣側提供這些計算資源，滿足行業(yè)在敏捷聯(lián)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。
（1）終端層：由各種物聯(lián)網(wǎng)設備組成，如傳感器、智能手機、智能車輛、智能卡、智能裝備、機器人等。為延長終端設備提供服務的時間，應避免在終端設備上運行復雜計算任務。終端設備僅負責收集原始數(shù)據(jù)，并上傳至邊緣層進行計算和存儲。
（2）邊緣層：位于網(wǎng)絡的邊緣，由大量的邊緣節(jié)點組成，包括路由器、網(wǎng)關、交換機、接入點、基站、特定邊緣服務器等。廣泛分布在終端設備和云層之間，能夠對終端設備上傳的數(shù)據(jù)進行計算和存儲。邊緣節(jié)點可以對收集的數(shù)據(jù)進行預處理，再把預處理的數(shù)據(jù)上傳至云端，從而減少核心網(wǎng)絡的傳輸流量。
（3）云層：由多個高性能服務器和存儲設備組成，具有強大的計算和存儲功能，可以執(zhí)行復雜的計算任務。云模塊通過控制策略可以有效地管理和調度邊緣節(jié)點和云計算中心，為用戶提供更好的服務。
三、邊緣計算應用
邊緣計算將原有云計算的部分或全部計算任務遷移到數(shù)據(jù)源附近，具有實時數(shù)據(jù)處理和分析、安全性高、隱私保護、可擴展性強、位置感知及低流量的優(yōu)勢。邊緣計算在產業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中具有十分廣泛的應用。
（1）智慧醫(yī)療。借助智能設備傳感器實時感應運動檢測。邊緣計算還可以幫助健康顧問協(xié)助他們的病人，而不受其地理位置的影響，使智能手機能夠從智能傳感器收集患者的生理信息，例如脈搏率、體溫等，并將其發(fā)送到云服務器以進行存儲、數(shù)據(jù)同步和共享。
（2）智慧交通。在車輛上安裝邊緣計算設備，可以把車輛采集到的音頻、視頻、信號等數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭吘売嬎氵M行處理，縮短端到端延遲，避免信號處理不及時而造成車禍等事故，為車輛行駛提供便利，使其能夠與道路上的其他車輛連接和通信，并告知他們任何預期的風險或交通擁堵信息。
（3）智能制造。在車間不同位置安裝邊緣計算節(jié)點，可在短時間內對產品設計、材料采購、生產制造、銷售和物流等多個來源的數(shù)據(jù)進行計算、處理和分析，獲取各個場所的生產作業(yè)情況，對存在問題的工序或環(huán)節(jié)進行預警，而無需傳輸?shù)皆贫诉M行處理分析，可支持后續(xù)作業(yè)優(yōu)化方案及改進。
（4）智能建筑。在建筑物不同部分部署邊緣計算環(huán)境，負責將傳感器采集到的溫度、氣體、濕度等數(shù)據(jù)進行處理和分析，減少了傳感器數(shù)據(jù)上傳到云端造成的延遲、安全性等問題，可以對建筑物內可能出現(xiàn)的任何異常情況作出反應，傳感器可以根據(jù)其他無線節(jié)點接收的集體信息來維持建筑物的氛圍。
（5）智能家居。在家庭的某些位置安裝部署邊緣計算設備，可以將家庭數(shù)據(jù)進行處理，推送至家庭內部網(wǎng)關，利用大量的物聯(lián)網(wǎng)設備實時監(jiān)測控制家庭內部狀態(tài)，接收外部控制命令并最終完成對家居環(huán)境的調控，可以減少家庭數(shù)據(jù)的外流，從而降低數(shù)據(jù)外泄的可能性，提升系統(tǒng)的隱私性。
（6）智慧城市。在城市路面檢測中，在路面附近部分區(qū)域安裝邊緣計算設備，在道路兩側路燈上安裝傳感器收集城市路面信息，檢測空氣質量、光照強度、噪聲水平等環(huán)境數(shù)據(jù)，通過邊緣計算快速計算、處理收集到的數(shù)據(jù)，當路燈發(fā)生故障時能夠即時反饋給維護人員，同時輔助健康急救和公共安全領域。
四、應用建議
（1）開展技術融合，做好標準設計
邊緣技術是云計算伴生技術，與大數(shù)據(jù)、5G、區(qū)塊鏈、人工智能等技術高端關聯(lián)，應將各類技術融合起來共同研究。同時，各類終端設備往往存在異構性，來自于不同的生產廠商、不同的數(shù)據(jù)接口、不同的數(shù)據(jù)結構、不同的傳輸協(xié)議、不同的底層平臺等，進行邊緣計算應用時，應統(tǒng)一標準，做好接口。
（2）不斷深化應用，著力優(yōu)化性能
在邊緣計算架構中，不同層次的邊緣服務器所擁有的計算能力有所不同，用戶需求、延時、帶寬、能耗及成本是決定負載分配策略的關鍵指標。應結合需求梳理應用場景，加強邊緣計算在產業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的應用，針對不同工作負載，設置指標的權重和優(yōu)先級，以便系統(tǒng)選擇最優(yōu)分配策略。
（3）加強安全管理，保護隱私數(shù)據(jù)
邊緣計算的分布式架構增加了攻擊向量的維度，邊緣計算客戶端越智能，越容易受到惡意軟件感染和安全漏洞攻擊。因此，應進一步加強對關鍵數(shù)據(jù)的安全防護，在有限的邊緣計算設備資源前提下，著力在數(shù)據(jù)源附近計算的同時考慮動態(tài)、協(xié)同、綜合的防御環(huán)境建設，增強抗攻擊、抗病毒等能力。
五、結語
邊緣計算的出現(xiàn)，大大提高了數(shù)據(jù)處理和計算能力，提高了實時性和安全性，降低了數(shù)據(jù)中心能耗，有效地彌補了云計算的不足。邊緣計算在建筑、制造、醫(yī)療等諸多行業(yè)的智能應用，有利于加速各類數(shù)據(jù)的處理效率，有利于提高行業(yè)信息化發(fā)展水平，促進產業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展。
