邱 偉，黃文龍，張顯羽，楊振亞

（1.福建廈門(mén)抽水蓄能有限公司，福建 廈門(mén) 361107；2.北京國(guó)電通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，北京 100070）

1 邊緣計(jì)算定義及參考架構(gòu)

邊緣計(jì)算起源于ETSI，具體指的是在距離用戶(hù)移動(dòng)終端最近的RAN中給用戶(hù)提供TI服務(wù)環(huán)境和云計(jì)算服務(wù)的能力，通過(guò)這一技術(shù)的應(yīng)用，可以實(shí)現(xiàn)低延時(shí)、高網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)效率和業(yè)務(wù)分發(fā)傳送能力的目標(biāo)，為終端用戶(hù)提供優(yōu)質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)?；ヂ?lián)網(wǎng)技術(shù)在快速發(fā)展的過(guò)程中，邊緣計(jì)算的概念有了進(jìn)一步的提升與擴(kuò)充，藍(lán)牙、WiFi等非3GPP場(chǎng)景逐步屬于其范疇。從宏觀性角度來(lái)看，邊緣計(jì)算技術(shù)下包含了網(wǎng)絡(luò)層、邊緣計(jì)算業(yè)務(wù)平臺(tái)及邊緣網(wǎng)管系統(tǒng)。

邊緣計(jì)算技術(shù)在不斷的發(fā)展過(guò)程中，除了其基本定義和標(biāo)準(zhǔn)架構(gòu)在繼續(xù)完善，還逐步出臺(tái)了一系列的相關(guān)規(guī)范和技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如邊緣計(jì)算應(yīng)用的編排、管理、業(yè)務(wù)等。這一系列內(nèi)容的出臺(tái)，使得在邊緣計(jì)算技術(shù)下的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、傳輸和使用都更為便捷和高效。通用硬件平臺(tái)的邊緣計(jì)算參考架構(gòu)，使得在這一技術(shù)應(yīng)用中，能夠完全滿(mǎn)足多個(gè)第三方應(yīng)用與功能的同步部署，再加上軟件功能存在差異性，如果以軟件功能能力作為基礎(chǔ)，完全可以實(shí)現(xiàn)不同屬性分層解耦的部署，在有限的資源條件下，邊緣計(jì)算技術(shù)的各方面性能都大大提升[1]。邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用時(shí)，專(zhuān)有的邊緣計(jì)算平臺(tái)非常重要，平臺(tái)為邊緣應(yīng)用提供服務(wù)的同時(shí)，中間件是重要的中間要素，如通信服務(wù)、注冊(cè)服務(wù)、流量卸載。

2 邊緣計(jì)算技術(shù)的原理

邊緣計(jì)算技術(shù)的最終目的是要對(duì)潛在的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行開(kāi)發(fā)和利用，而這些最終目的在實(shí)現(xiàn)的過(guò)程中，需借助于通信低延時(shí)、應(yīng)用平臺(tái)和交互的開(kāi)放。現(xiàn)階段，隨著5G網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，用戶(hù)的上網(wǎng)速度大大提升。隨著網(wǎng)絡(luò)運(yùn)轉(zhuǎn)的高速率，對(duì)于邊緣計(jì)算技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用將越來(lái)越重要。傳統(tǒng)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)下，需通過(guò)無(wú)線基站和核心網(wǎng)的建設(shè)，經(jīng)由業(yè)務(wù)平臺(tái)、用戶(hù)向無(wú)線網(wǎng)的接入、傳輸網(wǎng)等實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳輸和通信。在這一傳輸方式下的網(wǎng)絡(luò)傳輸和運(yùn)營(yíng)效率低下，用戶(hù)往往需要經(jīng)過(guò)多個(gè)環(huán)節(jié)和步驟方可有效利用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，存在傳輸速度慢、業(yè)務(wù)量龐大等多種技術(shù)難題。為了解決這些問(wèn)題，需利用邊緣計(jì)算技術(shù)。邊緣計(jì)算技術(shù)的原理就是在傳統(tǒng)的無(wú)線網(wǎng)基站和核心網(wǎng)中間建設(shè)和接入邊緣計(jì)算機(jī)技術(shù)設(shè)備，通過(guò)這些設(shè)備的接入，使得無(wú)線網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)平臺(tái)的傳輸中轉(zhuǎn)得以減少，大大提升無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的整體傳輸速率，為用戶(hù)提供更為便捷、高效的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸服務(wù)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 本地緩存

邊緣計(jì)算技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中，本地緩存技術(shù)是一種關(guān)鍵性的技術(shù)。如果要達(dá)到本地緩存目的，就要求在邊緣計(jì)算技術(shù)的應(yīng)用中，兼具緩存調(diào)度和內(nèi)容存儲(chǔ)的功能。用戶(hù)首先發(fā)送業(yè)務(wù)請(qǐng)求，隨后，邊緣計(jì)算技術(shù)要經(jīng)由后臺(tái)數(shù)據(jù)查找來(lái)進(jìn)一步判斷緩存是否已經(jīng)完成，如果發(fā)現(xiàn)已經(jīng)存在了緩存，則直接路由到本地服務(wù)存儲(chǔ)器；如果緩存尚未實(shí)現(xiàn)，則需要轉(zhuǎn)發(fā)到核心網(wǎng)來(lái)開(kāi)展緩存，與此同時(shí)，也將會(huì)伴隨計(jì)費(fèi)功能的實(shí)現(xiàn)[2]。在本地緩存技術(shù)下，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將具有更為完善的功能，用戶(hù)在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的使用過(guò)程中也更為靈活，整體的業(yè)務(wù)速率都大大提升。

3.2 本地轉(zhuǎn)發(fā)

本地轉(zhuǎn)發(fā)同樣是邊緣計(jì)算技術(shù)下的核心技術(shù)，在這一技術(shù)的支持下，要求路由器解析、地址轉(zhuǎn)換功能得以實(shí)現(xiàn)。在本地轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)下，本地緩存有著明顯的不同，必須要對(duì)原有的IP地址加以轉(zhuǎn)換，才能夠進(jìn)一步直接接入到本地的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)。在此過(guò)程中，對(duì)安全性的要求非常高，只有在保障了運(yùn)營(yíng)商網(wǎng)絡(luò)與本地?zé)o線網(wǎng)絡(luò)都達(dá)到了安全標(biāo)準(zhǔn)以后，方可用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)來(lái)為用戶(hù)提供服務(wù)。在安全管理方面，主要包含了如下方式：物理端口的隔離，具體實(shí)現(xiàn)是要在無(wú)線網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置多個(gè)物理端口，使得本地網(wǎng)絡(luò)可以與其他端口有效隔離開(kāi)來(lái)，以創(chuàng)造更為安全的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境；邏輯端口的隔離，通過(guò)本地網(wǎng)絡(luò)與外網(wǎng)的數(shù)據(jù)隔離來(lái)實(shí)現(xiàn)；防火墻設(shè)計(jì)，通過(guò)防火墻設(shè)置來(lái)有效阻止惡意攻擊與入侵[3]。

4 邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵性問(wèn)題研究

4.1 針對(duì)不同設(shè)備的模型壓縮和優(yōu)化

邊緣計(jì)算技術(shù)是在云計(jì)算的概念上進(jìn)一步發(fā)展的新技術(shù)，這一技術(shù)下，云計(jì)算中的學(xué)習(xí)模型難以符合當(dāng)下的發(fā)展條件，需在原有學(xué)習(xí)算法的基礎(chǔ)上，集中大量更為復(fù)雜的算法，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算全過(guò)程的模擬與訓(xùn)練。但是，復(fù)雜算法下所形成的學(xué)習(xí)模型，整體結(jié)構(gòu)龐大，在其中包含的要素非常多，在運(yùn)行時(shí)會(huì)消耗非常多的內(nèi)存資源。雖然邊緣計(jì)算的計(jì)算能力和存儲(chǔ)能力都非常突出，但是，依舊難以與云計(jì)算服務(wù)器相配合。因此，邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用中的關(guān)鍵，就是要克服學(xué)習(xí)模型中的資源有限性難題。傳統(tǒng)的學(xué)習(xí)模型中，在壓縮與優(yōu)化處理的過(guò)程中，更為關(guān)注的是模型規(guī)模量的減少和模型精度的控制。而邊緣計(jì)算設(shè)備下，由于設(shè)備種類(lèi)非常多，且不同設(shè)備之間存在非常明顯的差別，再加上處理器、內(nèi)存等的巨大差異，使得在學(xué)習(xí)模型的設(shè)計(jì)過(guò)程中，需綜合考慮的因素非常多，不僅要考慮規(guī)模體量與精度損失，更需要考慮延遲和能耗問(wèn)題。

4.2 基于異構(gòu)硬件資源的系統(tǒng)優(yōu)化

假定在邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用過(guò)程中，學(xué)習(xí)模型能夠滿(mǎn)足邊緣計(jì)算技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用需求，但在模型構(gòu)建時(shí)，還需要進(jìn)一步進(jìn)行相應(yīng)的結(jié)構(gòu)優(yōu)化和資源利用，以最大程度地提升學(xué)習(xí)模型的整體運(yùn)行效率。要實(shí)現(xiàn)模型優(yōu)化，需通過(guò)模型推理引擎，來(lái)使得邊緣計(jì)算系統(tǒng)具有良好的運(yùn)行效率。具體地，不僅需從軟件層面上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的優(yōu)化，更要兼顧軟件和硬件的協(xié)同性設(shè)計(jì)，加強(qiáng)對(duì)底層硬件的科學(xué)應(yīng)用。例如，在當(dāng)前的技術(shù)條件下，邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用的一個(gè)最為突出表現(xiàn)就是智能手機(jī)，在智能手機(jī)中存在很多的異構(gòu)化硬件資源，具體表現(xiàn)為規(guī)模體量不一的CPU核、運(yùn)行能力存在差異的DSP和GPU?，F(xiàn)階段的技術(shù)發(fā)展中，邊緣計(jì)算系統(tǒng)內(nèi)一般只能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)某一種計(jì)算資源的利用。

4.3 數(shù)據(jù)和隱私安全保護(hù)

邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，同樣需要注重?cái)?shù)據(jù)和隱私安全保護(hù)，如果這一技術(shù)在具體的應(yīng)用過(guò)程中難以達(dá)到要求，將會(huì)使得邊緣計(jì)算技術(shù)難以發(fā)揮其技術(shù)優(yōu)勢(shì)。一般條件下，當(dāng)邊緣計(jì)算設(shè)備中無(wú)法實(shí)現(xiàn)高精度模型的運(yùn)行時(shí)，就需要利用云服務(wù)器來(lái)進(jìn)行深度學(xué)習(xí)模型的運(yùn)行。此時(shí)，遠(yuǎn)程計(jì)算資源將是最為關(guān)鍵的要素，但在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，需注重對(duì)用戶(hù)隱私的保護(hù)。當(dāng)然，模型安全方面需要考慮的因素更多，如果要使得學(xué)習(xí)模型能夠達(dá)到相應(yīng)的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，往往就需要投入較多的人力、物力等資源。學(xué)習(xí)模型屬于一種數(shù)字化資產(chǎn)，只有處于云計(jì)算環(huán)境下，學(xué)習(xí)模型才可以正常運(yùn)行，普通用戶(hù)無(wú)法直接使用模型數(shù)據(jù)。邊緣計(jì)算環(huán)境下，學(xué)習(xí)模型一般布置在本地設(shè)備上，這一特殊的布置位置使得不法分子可能會(huì)通過(guò)終端系統(tǒng)的破譯來(lái)侵入系統(tǒng)，也就難以保障學(xué)習(xí)模型的安全性。因此，數(shù)據(jù)與隱私安全保護(hù)是邊緣計(jì)算應(yīng)用中的關(guān)鍵。

5 邊緣計(jì)算在抽水蓄能電站的典型應(yīng)用

以國(guó)網(wǎng)新源控股有限公司（簡(jiǎn)稱(chēng)新源公司）為例，該公司的主要業(yè)務(wù)是進(jìn)行抽水蓄能電站和常規(guī)水電站的建設(shè)和經(jīng)營(yíng)。隨著內(nèi)外部環(huán)境的變化，新源公司積極引入了互聯(lián)網(wǎng)思維，轉(zhuǎn)變了其發(fā)展理念和模式，在廠側(cè)抽水蓄能電站的邊緣計(jì)算物聯(lián)代理方面取得了一定的發(fā)展成就。

5.1 抽水蓄能電站邊緣廠站側(cè)現(xiàn)狀分析

抽水蓄能電站邊緣廠站現(xiàn)狀如下：（1）通信接口標(biāo)準(zhǔn)的不統(tǒng)一。抽水蓄能電站在不斷的應(yīng)用和發(fā)展過(guò)程中，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量逐步增加，而這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的增加使得在整個(gè)抽水蓄能電站的運(yùn)營(yíng)中，存在硬件設(shè)備的異構(gòu)性問(wèn)題，且這一問(wèn)題非常突出，再加上各類(lèi)終端的通信方式、接口標(biāo)準(zhǔn)等存在非常大的差異性，導(dǎo)致廠站測(cè)感知網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)、數(shù)據(jù)融合共享都存在一定的限制。（2）邊端智能處理能力有限。在物聯(lián)設(shè)備不斷增加的過(guò)程中，現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)量也在呈現(xiàn)出指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)的趨勢(shì)。數(shù)據(jù)數(shù)量的海量性對(duì)于數(shù)據(jù)計(jì)算能力的要求大大提高，如果將海量的數(shù)據(jù)資源直接放到云端來(lái)加以處理，將會(huì)造成大量頻譜資源的占用，甚至對(duì)于云端的數(shù)據(jù)帶寬、數(shù)據(jù)處理能力都有著相對(duì)較高的標(biāo)準(zhǔn)，而邊端智能處理能力十分有限。這是當(dāng)前邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用中需要切實(shí)解決的問(wèn)題。（3）安全防護(hù)能力不足。在終端種類(lèi)和數(shù)量不斷增加的過(guò)程中，邊緣環(huán)境的日漸復(fù)雜，使得系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中極易受到入侵、攻擊。

5.2 抽水蓄能電站的邊緣計(jì)算物聯(lián)代理的應(yīng)用意義

如果將邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用于抽水蓄能電站中，可以改善其原有的問(wèn)題。（1）提升了邊緣計(jì)算能力。通過(guò)抽水蓄能電站中邊緣計(jì)算物理代理裝置的使用，再加上一體化開(kāi)放平臺(tái)的構(gòu)建，使得在平臺(tái)內(nèi)能夠兼具計(jì)算、存儲(chǔ)等多方面的功能，也就可以有效解決傳統(tǒng)技術(shù)條件下存在的資源占據(jù)過(guò)大等問(wèn)題，為用戶(hù)提供各種服務(wù)。（2）統(tǒng)一接口標(biāo)準(zhǔn)，大大提升了系統(tǒng)的接入能力。將邊緣物理代理裝置應(yīng)用于其中，使得電站現(xiàn)有的本地通信協(xié)議達(dá)到全覆蓋的目的，且這些通信協(xié)議的類(lèi)型非常多，各種物聯(lián)設(shè)備之間可以保持高效、穩(wěn)定的連接。（3）安全防護(hù)能力得以提升，內(nèi)網(wǎng)接入能力有所提升。通過(guò)統(tǒng)一、專(zhuān)用安全協(xié)議的使用，可以使得邊緣設(shè)備的安全性大大提升。例如，終端接入之前的密鑰協(xié)商、接入后的硬件加密卡的使用，都使得系統(tǒng)的防護(hù)能力得以提升，有效保障了邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用中的數(shù)據(jù)與用戶(hù)隱私安全。

6 結(jié) 論

在計(jì)算機(jī)技術(shù)快速發(fā)展的過(guò)程中，邊緣計(jì)算技術(shù)已然成為了一種新技術(shù)。實(shí)際上，這一技術(shù)的應(yīng)用難度相對(duì)較大，需要解決的技術(shù)難題非常多。需結(jié)合當(dāng)前的技術(shù)難題，來(lái)加強(qiáng)新技術(shù)的應(yīng)用，最大程度上提升邊緣計(jì)算技術(shù)應(yīng)用的效果。