了得網計算機/網絡_邊緣計算：原理技術與實踐

內容簡介

隨著通信和計算技術的快速發展、計算成本的不斷降低，物理世界與信息世界正在發生加速融合。不僅僅是物理世界的信息被映射到網絡當中，通信和計算的能力也隨著嵌入式技術的發展融入到了世間萬物。隨著物聯網和5G通信產業的快速興起，越來越多的人和物開始持續產生大量、多樣的計算任務，“無處不在的計算”成為了各類應用共性而迫切的需求，邊緣計算應運而生。
相比於雲計算，邊緣計算將計算資源下沉到網絡邊緣設備、甚至嵌入到各類網絡繫統當中，為大至自動駕駛車聯網、小到可穿戴設備提供快速、穩定、無處不在的計算服務。如果說物聯網讓物理世界具備了“感知”和“溝通”的能力，那麼邊緣計算的使命則是讓世間萬物具備“思考”的能力。網絡邊緣在形態上可以千變萬化，既可以是部署在移動蜂窩網絡的數據中心、亦可以是隨車而載的小型服務器，甚至可以是隨身攜帶的迷你節點，以完成各類場景的計算服務，這些場景包括移動計算、自動駕駛車聯網、智慧工業、智能家居、可穿戴計算等。

推薦序一
推薦序二
自序
前言
第1章邊緣計算概述 1
1.1邊緣計算的背景與概念 1
1.1.1邊緣計算的歷史背景 1
1.1.2邊緣計算的概念 3
1.1.3邊緣計算帶來的改變 4
1.2邊緣計算發展的歷史必然性 7
1.2.1催生邊緣計算的技術 7
1.2.2計算形態變革的內在邏輯 12
1.2.3邊緣計算將深刻改變計算方式 16
1.3邊緣計算的重要意義 20推薦序一
推薦序二
自序
前言
第1章邊緣計算概述 1
1.1邊緣計算的背景與概念 1
1.1.1邊緣計算的歷史背景 1
1.1.2邊緣計算的概念 3
1.1.3邊緣計算帶來的改變 4
1.2邊緣計算發展的歷史必然性 7
1.2.1催生邊緣計算的技術 7
1.2.2計算形態變革的內在邏輯 12
1.2.3邊緣計算將深刻改變計算方式 16
1.3邊緣計算的重要意義 20
1.4邊緣計算中的關鍵問題 21
1.4.1關鍵詞 22
1.4.2關鍵研究問題概述 23
1.4.3邊緣計算架構 27
1.4.4操作繫統與編程模型 27
1.4.5計算卸載與資源分配 28
1.4.6虛擬化與服務管理 28
1.4.7服務集群管理 29
1.4.8人工智能與大數據 29
1.4.9移動性管理 30
1.4.10繫統與應用 30
1.5發展趨勢與技術挑戰 31
1.5.1發展趨勢 31
1.5.2關鍵機構與成果 32
1.6本書的寫作邏輯 33
習題 34
參考文獻 34
第2章邊緣計算架構原理 35
2.1邊緣計算架構概述 35
2.1.1繫統評價及設計要求 35
2.1.2邊緣計算架構設計面臨的獨特挑戰 37
2.2總體繫統架構 39
2.2.1兩類邊緣：主干網邊緣和
泛在邊緣 39
2.2.2雲-邊-端架構 40
2.2.3邊-端架構 42
2.2.4多接入邊緣計算 43
2.2.5分布式D2D/D4D架構（泛在邊緣架構） 43
2.2.6AIoT架構 43
2.3軟件計算架構 44
2.3.1一般邊緣計算軟件架構 45
2.3.2多接入邊緣計算架構 47
2.3.3AIoT軟件架構 48
2.3.4衛星邊緣計算架構 49
2.3.5編程模型 53
2.4邊緣計算操作繫統與開源框架 55
2.4.1EdgeX Foundry 56
2.4.2StarlingX 58
2.4.3其他開源框架 58
2.4.4融合邊緣的前端物聯網操作繫統 59
習題 59
參考文獻 59
第3章邊緣接入技術 60
3.1無線傳輸機制 61
3.1.1無線局域網傳輸機制 61
3.1.2無線個域網傳輸機制 62
3.1.3無線廣域網傳輸機制 68
3.1.4低功耗廣域網傳輸機制 74
3.1.5新型無線傳輸機制 81
3.1.6總結 84
3.2無線接入的通信服務協議 84
3.2.1MQTT 85
3.2.2AMQP 85
3.2.3Kaf?ka 87
3.2.4STOMP 87
3.3可靠的數據傳輸 88
3.3.1考慮移動性的可靠數據傳輸 88
3.3.2基於博弈的數據接入 91
3.4多接入邊緣網絡與超密集網絡 92
習題 94
參考文獻 94
第4章計算任務卸載 95
4.1任務卸載概述 96
4.1.1任務卸載概念與步驟 96
4.1.2計算卸載的時延模型 97
4.1.3邊緣計算任務卸載評價指標 101
4.2任務卸載方式 103
4.2.10-1卸載 103
4.2.2部分卸載 104
4.2.3任務切分技術及實例分析 106
4.2.4子任務卸載策略 109
4.3不同場景下任務卸載策略研究 110
4.3.1單用戶邊緣網絡場景 110
4.3.2多用戶邊緣網絡場景 112
4.3.3異構服務器邊緣網絡場景 115
4.4不同架構下任務卸載策略研究 117
4.4.1雲-邊-端架構中的卸載策略 117
4.4.2邊-邊架構中的卸載策略 118
4.4.3多接入邊緣架構中的計算卸載 120
4.4.4定制化邊緣架構中的計算卸載 121
4.4.5用戶高移動性網絡場景中的計算卸載 123
4.4.6分布式D2D網絡中的計算卸載 129
4.5開源工具概述 133
4.5.1Slacker 133
4.5.2EdgeCloudSim 134
4.5.3EdgeX Foundry 136
4.5.4Apache Edgent 136
4.5.5KubeEdge 137
4.6邊緣卸載策略展望與挑戰 139
4.6.1資源協同調度的挑戰與展望 139
4.6.2用戶移動性管理的挑戰與展望 140
習題 141
參考文獻 141
第5章虛擬化技術 142
5.1虛擬化技術概述 143
5.2虛擬化技術發展歷史 143
5.3虛擬化技術分類 145
5.3.1指令架構級虛擬化 146
5.3.2硬件抽像級虛擬化 147
5.3.3操作繫統級虛擬化 153
5.3.4庫函數級虛擬化 156
5.3.5編程語言級虛擬化 157
5.4輕量級虛擬化 158
5.4.1虛擬機與容器 159
5.4.2Docker 160
5.4.3Unikernel 162
5.4.4Firecraker 164
5.4.5總結 165
5.5微服務 165
5.5.1服務架構的發展歷程 166
5.5.2微服務架構特點 166
5.5.3微服務架構面臨的挑戰 169
5.6服務網格 169
5.6.1服務網格的發展歷程 169
5.6.2服務網格工具: Istio 173
5.6.3服務網格工具對比 181
5.7無服務架構 185
5.7.1發展歷史 185
5.7.2Serverless開源工具 188
習題 192
參考文獻 192
第6章邊緣服務管理支撐技術 193
6.1NFV架構 194
6.1.1NFV概述 19

前言

隨著通信技術和計算技術的快速發展，計算成本不斷降低，物理世界與信息世界正在加速融合。不僅物理世界的信息被映射到網絡當中，網絡通信和計算的能力也隨著嵌入式技術的發展融入了世間萬物。隨著物聯網和5G通信產業的快速興起，越來越多的人和物開始持續產生大量、多樣、復雜的計算任務，“無處不在的計算”成為各類應用共性而迫切的需求，“邊緣計算”應運而生。
相比於雲計算，邊緣計算將計算資源下沉到網絡邊緣設備，嵌入到各類網絡繫統當中，為大到自動駕駛車聯網，小到可穿戴設備提供快速、穩定、無處不在的計算服務。如果說物聯網讓物理世界具備了“感知”和“溝通”的能力，那麼邊緣計算的使命則是在“摩爾定律”失靈的背景下，讓世間萬物具備“思考”的能力。網絡邊緣設備在形態上千變萬化，既可以是部署在移動蜂窩網絡的數據中心，也可以是隨車而載的小型服務器，甚至可以是隨身攜帶的智能手機。正是形式多樣、無處不在的邊緣設備，支撐完成了各類泛在場景的計算服務，包括移動計算、衛星計算、自動駕駛車聯網、智慧工業、智能家居、可穿戴設備等。隨著通信技術和計算技術的快速發展，計算成本不斷降低，物理世界與信息世界正在加速融合。不僅物理世界的信息被映射到網絡當中，網絡通信和計算的能力也隨著嵌入式技術的發展融入了世間萬物。隨著物聯網和5G通信產業的快速興起，越來越多的人和物開始持續產生大量、多樣、復雜的計算任務，“無處不在的計算”成為各類應用共性而迫切的需求，“邊緣計算”應運而生。
相比於雲計算，邊緣計算將計算資源下沉到網絡邊緣設備，嵌入到各類網絡繫統當中，為大到自動駕駛車聯網，小到可穿戴設備提供快速、穩定、無處不在的計算服務。如果說物聯網讓物理世界具備了“感知”和“溝通”的能力，那麼邊緣計算的使命則是在“摩爾定律”失靈的背景下，讓世間萬物具備“思考”的能力。網絡邊緣設備在形態上千變萬化，既可以是部署在移動蜂窩網絡的數據中心，也可以是隨車而載的小型服務器，甚至可以是隨身攜帶的智能手機。正是形式多樣、無處不在的邊緣設備，支撐完成了各類泛在場景的計算服務，包括移動計算、衛星計算、自動駕駛車聯網、智慧工業、智能家居、可穿戴設備等。
當前的邊緣計算正處於科研界與工業界進行思想踫撞、共同發力的關鍵時期，有望為移動互聯網、物聯網、人工智能等新興技術提供強大的賦能潛力和顛覆性的計算範式，但在關鍵基礎理論、網絡繫統架構、協同運算模式、關鍵技術方法等方面仍存在重要的研究挑戰。本書將介紹邊緣計算的基礎理論、概念模型、繫統架構、設計原理、關鍵技術、原型繫統、應用案例等，為計算機科學、物聯網工程、互聯網+、電子信息、通信工程、人工智能、智慧城市等專業的學生、研究人員和從業者提供全面、繫統的參考。本書配備完整的PPT、習題和實驗（包括教程與實驗源碼），可作為高年級本科生及研究生的相關課程教材。

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