劉俊奇，范明翔，李瀟

（國際關系學院，北京100091)

大數據時代下的新型計算模型
——邊緣計算

劉俊奇，范明翔，李瀟

（國際關系學院，北京100091)

2017年注定還是一個信息大爆發(fā)的時期，物聯(lián)網在以驚人的速度快速發(fā)展，4G與5G也終覆蓋整個無線網絡，我們可以很認真地說，萬物互聯(lián)地時代離我們越來越近。與之而來的將會是網絡邊緣的設備不斷增加，這些設備所產生的數據也會達到另一個峰值。傳統(tǒng)的以云計算為核心的大數據處理，已經不能滿足不斷增加的數據量，這樣以邊緣計算模型為核心的主要用于應對邊緣設備產生大量數據計算的大數據處理方式應運而生，與現在的集中式大數據處理集合在一起，兩者有機地結合在一起，一個用于數據云中心的數據處理，一個應用于物聯(lián)網邊緣設備所產生海量數據的處理。

大數據；邊緣計算；邊緣設備；云中心

1 概述

邊緣計算作為一種小型數據中心，盡量靠近終端，便于提升訪問速度和性能。而物聯(lián)網應用不斷地增長刺激著邊緣計算更多的需求，越來越多的物聯(lián)網設備需要邊緣計算。小到一個安防攝像頭，大到工業(yè)設備網關都需要邊緣計算來實現設備間的信息溝通與協(xié)同運作。

邊緣計算類似于人類的神經末梢，對于簡單的信息可以直接處理；對于復雜的信息則傳輸給云端(即大腦)。類似于人類對于簡單處理的記憶，邊緣計算可以通過提取到的特征數據的上傳進行追溯。正如所有人類都需要神經末梢式的應對一樣，所有物聯(lián)網設備未來都需要配備邊緣計算，這樣才能實現真正的萬物相連。

無論是有實時數據需求的車載終端，還是高帶寬的海量數據傳輸，抑或者是聯(lián)網電梯以及高速運轉的波音飛機、高生產速率的流水線都需要邊緣計算的助力。從安全、預測維護、個性化服務等方面提高用戶體驗，完成設備智能化升級。

2 邊緣計算的興起

我們傳統(tǒng)的云計算[1]模式是一種集中式的大數據處理。這種方式是基于數據中心有強大的計算和存儲能力，于是所有的數據計算和存儲過程均在數據的云中心實現，此種的方法主要特點是不需要占用其他的計算資源和存儲資源。但是隨著網絡的不斷發(fā)展，邊緣設備的數量也在逐年的增加，隨之而來的是海量數據的產生，在這種背景下，傳統(tǒng)的云計算模式的缺點開始暴露。針對此種問題，更多的企業(yè)和研發(fā)中心開始尋求一種新的計算模型，來輔助云中心處理海量的數據。

萬物互聯(lián)催生了邊緣計算模型，將原本屬于云中心的計算任務，分擔給具備計算能力和數據分析能力的網絡邊緣設備上，大大地降低了云中心的計算負載，同時通過減少數據的傳輸過程來降低網絡帶寬的壓力。

2.1 邊緣計算定義

邊緣計算是一種新型的大數據處理模型。云中心通過兩種方式獲取數據，第一種是通過數據庫的方式來獲取數據，第二種是通過從一些終端設備（傳感器；攝像頭；智能手機等）上獲得數據。而邊緣計算模型則是通過對第二種獲取數據的方法進行改進的，傳統(tǒng)的云計算模型中，邊緣設備不具備任何處理數據的能力，而在邊緣計算模型中，網絡邊緣設備不僅可以從云中心請求內容和服務，而且還可以進行數據存儲，緩存，以及隱私保護等。我們可以看得出來再邊緣計算模型中，邊緣設備發(fā)揮了不可忽視的作用，當然對于邊緣設備的要求也在不斷增加，要不斷提升邊緣設備硬件平臺以及邊緣設備中的軟件技術，才能為邊緣計算的數據處理提供可靠性和安全性。

2.2 邊緣計算優(yōu)勢

說到邊緣計算模型的優(yōu)勢，我們要從大數據的數據量，時效性，多樣性三個方面來進行討論。首先數據量問題，邊緣計算模型較傳統(tǒng)的計算模型相比，對于數據量的承受能力要遠遠大于傳統(tǒng)的云計算模型，時效性方面，因為邊緣設備分擔了一些數據處理過程，所以處理數據的速度也會提升，多樣性方面，由于邊緣設備的數量和種類參差不齊，所以對數據處理過程也表現出了不同的處理方式。

邊緣計算模型將原本屬于云中心的計算工作部分分給了邊緣設備進行執(zhí)行，這樣不僅提高了數據傳輸的性能，還降低了云中心的計算負載?，F在提出的邊緣計算模型和云計算模型不是兩種相對立的數據處理方式，而是通過兩者有機地結合起來，完美的配合，使得數據處理能力能承受住下一輪海量數據的到來。

3 邊緣計算的應用發(fā)展

目前，諸多行業(yè)應用對實時性，可靠性和安全性等都有嚴格的要求，隨著數據量的不斷增加，許多行業(yè)需要對上傳數據中心的流量進行聚合和預處理，因此在網絡邊緣就需要具備一定數據處理能力的平臺，也就是邊緣計算平臺。

3.1 邊緣計算在物聯(lián)網中應用

物聯(lián)網是一個技術體系，與我們傳統(tǒng)的網絡是不同的，它通常被分為4層[2]：傳感控制層，網絡層，平臺層和應用層。其中平臺層和應用層均處在數據中心，傳統(tǒng)的云計算模型是將數據管理，數據分析，以及數據處理等功能全部寄于數據中心來實施，而網絡層作為數據傳輸的通道，負責數據的來回傳輸過程，但隨著物聯(lián)網的不斷發(fā)展，更多的企業(yè)希望能夠用更高效的方法代替現在的傳統(tǒng)算法。

物聯(lián)網中隨著連接的物在不斷增加，物與物之間的聯(lián)系變得更加的密切，在大量的信息面前，數據中心處理數據的方式會降低很多效率，更多的需要是物與物之間的聯(lián)系，邊緣計算模型恰恰能夠滿足這樣的作用方式，既能降低了數據轉移過程中的時間，也能減少數據傳送過程中的資源消耗問題。

3.2 邊緣計算在城市中的應用

現在的都市很多基礎設備已經實現了自動化，那么自動化的基礎模型又何嘗不是邊緣計算模型呢。拿我們經常在城市中看到綠化帶滴灌方式來說，由于不同區(qū)位的空氣濕度，天氣變化，土壤濕度變化等不同，所以綠化帶中的花草對于水量的要求也不同。如果我們仍采用中心控制方法來進行灌溉，那么必然會存在部分地區(qū)受灌溉嚴重，部分地區(qū)受灌溉不足的現象。邊緣計算為綠化灌溉提供了解決辦法，不同的區(qū)域均存在自己的控制中心，通過對本地區(qū)的各項因素來計算植被的需水量，大大提高了灌溉的可靠性。

智能交通，也成為我們當今生活的一部分。智能交通系統(tǒng)通過在交通中部署的監(jiān)控攝像頭和傳感器來收集大量的交通情況，并通過對數據的處理過程，自動做出決策，利用智能交通信號燈來減輕此時的交通擁堵情況或者通過其他指示燈來改變車的行駛路線。如果將這些數據信息傳輸給智能交通數據處理中心處理，首先由于數據的來回傳輸耽誤了最佳的交通控制時間，使得交通擁堵等情況變得更加嚴重，其次，由于數據中心處理的數據具有一定的時延性，等到數據處理后在傳給各個終端時，得到的處理方案可能已經不再實用于此時的交通狀況。

4 邊緣計算的未來發(fā)展情況

從一些商業(yè)應用程序，到及時在社交網站上發(fā)布更新，隨著商業(yè)用戶和消費者對效率和速度的要求不斷提升，大家越來越注重的是時延問題，生產者希望在較短的時間內獲取更多的商業(yè)信息，來為自己提供市場先機。而作為消費者，也想在第一時間內了解產品的信息。為了滿足這兩者的需要，不少企業(yè)和部門開始采用了邊緣計算方式。邊緣計算能夠更好地利用計算資源，能在最短的時間內將數據處理的信息發(fā)送給需求者，并支持快速和安全的訪問。

近期的微軟Build 2017開發(fā)者大會，微軟的首席執(zhí)行官（CEO）Sataya Nadella確定了就是以“邊緣計算”為主題。說明了邊緣計算就是云的邊緣，它不是云計算的替代品。相反，它通過為網絡邊緣提供數據處理能力，大大地提高整個數據處理效率。

邊緣計算的概念已經普遍存在于各行各業(yè)，物聯(lián)網的應用，制造業(yè)，智能手機等等領域，這一概念的核心就是在處理數據時，在網絡的邊緣設分擔起數據處理的任務，來輔助完成一些數據分析和計算，而并非將所有數據均傳送給數據中心。算法和模型可以事先在云端建立好，然后通過轉移的方式，將其應用在邊緣設備上。

人類的科技發(fā)展，基本就是以計算為中心的發(fā)展歷史[3]。從原始時代的結繩計數和通過在石壁在刻畫計數方式，人們在不斷地追求更加實用更加高效的計算方法。在工業(yè)時代到來之前，東方人采用算盤的方式進行計算，西方則采用計算尺機型計算。兩次工業(yè)革命過后，開始出現了第一臺計算機，雖然它的體積很大，成本很高，卻沒有阻止到它發(fā)展的腳步，正是因為它具備了當時最高效的計算方式。到了現在，我們的計算機體型在不斷縮小的同時，計算能力卻在以指數的形式在提升，云計算中心成為了我們21世紀開端的寶貴產物，為高效地數據處理提供了可靠地保證。

基于歷史和人類技術的發(fā)展史，我們沒有理由不看好邊緣計算的未來。在邊緣式大數據處理時代下，傳統(tǒng)的云計算模型已經不能夠有效地解決云中心的計算負載問題，邊緣計算模型的推廣和應用還會在未來的計算發(fā)展中提供更好的數據處理模式。

[1]洪沙,楊深遠.云計算關鍵技術及基于Hadoop的云計算模型研究[J].軟件導刊,2010(09).

[2]邊緣計算大咖說[N].通信產業(yè)報,2016-12-05(015).

[3]從邊緣計算看未來企業(yè)辦公場景[N].中國信息化周報,2017-03-06(023).

TP311

A

1009-3044(2017)19-0182-02

2017-06-10

劉俊奇(1994—)，男，吉林長春人，國際關系學院信息科技學院，碩士研究生，主要研究方向為信息安全、計算機軟件研究。