第1章邊緣計算概述

1.1邊緣計算產生的背景

1.2邊緣計算的概念

1.3邊緣計算的發展歷程

1.4邊緣計算的相關網絡形態

1.4.1內容分發網絡

1.4.2雲計算

1.4.3微雲

1.4.4霧計算

1.4.5多接入邊緣計算

1.5邊緣計算的關鍵技術

1.5.1計算卸載

1.5.2邊緣緩存

1.5.3邊緣安全

1.5.4邊緣智能

1.6賦能邊緣計算的相關技術

1.6.1軟件定義網絡

1.6.2網絡功能虛擬化

1.6.3信息中心網絡

1.6.4網絡人工智能

1.6.5雲計算與數據中心網絡

1.6.6大數據

1.6.7區塊鏈

1.7邊緣計算未來的發展趨勢

1.8邊緣計算的機遇與挑戰

本章小結

習題

參考文獻

第2章邊緣計算繫統架構與部署方案

2.1邊緣計算繫統的組成結構

2.1.1邊緣計算繫統的扁平結構

2.1.2邊緣計算繫統的分層結構

2.1.3邊緣計算繫統的組成部分

2.2邊緣計算繫統的參考架構

2.2.1ETSI邊緣計算參考架構

2.2.2中國邊緣計算產業聯盟的邊緣計算參考架構

2.3邊緣計算的部署

2.3.1移動通信網絡中的邊緣計算部署方案

2.3.2智能電網中的邊緣計算部署方案

2.3.3工業物聯網中的邊緣計算部署方案

本章小結

習題

參考文獻

第3章邊緣計算中的計算卸載

3.1什麼是計算卸載

3.2計算卸載的分類

3.2.1根據卸載對像分類

3.2.2根據卸載環境分類

3.2.3根據卸載方法分類

3.2.4根據任務粒度分類

3.2.5其他分類標準

3.3計算卸載的步驟

3.4影響卸載決策的因素

3.5基於能量約束的計算卸載

3.5.1能量約束的必要性

3.5.2能量約束計算卸載問題的挑戰和目標

3.5.3給定能量約束下最小化繫統長期延遲的計算

卸載決策

3.6基於邊緣雲選擇的計算卸載

3.6.1邊緣雲選擇的必要性及待解決問題

3.6.2環境約束下的多小區機制中的邊緣雲選擇

3.7可分負載應用的計算遷移和卸載

3.7.1數據劃分型可分負載計算遷移

3.7.2應用劃分型可分負載計算卸載

3.8可充電環境下的計算卸載

3.8.1可充電環境下的計算卸載場景

3.8.2針對雙遠近問題的可充電協作卸載

本章小結

習題

參考文獻

第4章邊緣內容緩存

4.1內容分發技術與邊緣計算

4.1.1內容分發網絡

4.1.2基於雲的內容分發

4.1.3邊緣計算下的內容分發

4.2邊緣緩存技術

4.2.1網絡緩存技術概述

4.2.2邊緣緩存基本原理

4.2.3邊緣緩存中的內容流行度

4.2.4邊緣緩存策略

4.2.5協作邊緣緩存

4.2.6邊緣緩存發展趨勢

本章小結

習題

參考文獻

第5章邊緣計算中的商業實踐

5.1邊緣計算的部署模型

5.1.1邊緣托管模型

5.1.2邊緣IaaS/PaaS/NaaS模型

5.1.3邊緣繫統集成模型

5.1.4邊緣B2B2X模型

5.1.5端到端的邊緣計算

5.2邊緣計算場景下的動態資源定價機制

5.2.1邊緣場景下動態資源定價機制的意義

5.2.2邊緣場景下動態資源定價的挑戰和目標

5.2.3實例： 移動邊緣計算繫統的動態定價策略

5.3邊緣計算場景下的資源拍賣

5.3.1邊緣計算中拍賣機制的意義

5.3.2邊緣計算中拍賣機制的挑戰

5.3.3實例： 邊緣計算中拍賣機制的設計

5.4服務供應商之間的協作激勵機制

5.4.1協作激勵機制設計的意義和目標

5.4.2協作激勵機制設計的挑戰

5.4.3實例： 協作激勵機制設計

本章小結

習題

參考文獻

第6章邊緣計算場景下的移動性管理

6.1移動性問題描述

6.1.1問題背景

6.1.2對邊緣計算繫統的影響

6.1.3移動性的參考模型

6.2邊緣計算遷移中的切換管理

6.2.1跟隨雲模型

6.2.2移動感知位置管理

6.3邊緣計算中的移動性預測

6.3.1基於概率統計模型的移動預測

6.3.2基於判別模型的移動預測

6.3.3基於頻繁模式挖掘的移動預測

本章小結

習題

參考文獻

第7章邊緣計算安全與隱私保護

7.1邊緣計算安全威脅與挑戰

7.1.1邊緣計算安全威脅

7.1.2邊緣計算安全挑戰

7.2邊緣安全的需求特征

7.3邊緣計算的數據安全與隱私保護

7.3.1數據安全

7.3.2身份認證

7.3.3訪問控制

7.3.4隱私保護

7.4數據安全與隱私保護相關技術

7.4.1安全多方計算技術

7.4.2完全同態加密

7.4.3差分隱私技術

7.4.4聯邦學習技術

7.5邊緣計算安全與隱私保護研究方向

本章小結

習題

參考文獻

第8章邊緣計算應用場景與實例

8.1視頻傳輸與服務

8.1.1視頻傳輸的發展

8.1.2關鍵技術

8.1.3應用場景

8.2增強現實/虛擬現實

8.2.1增強現實/虛擬現實發展現狀

8.2.2增強現實/虛擬現實關鍵技術

8.2.3增強現實/虛擬現實應用場景

8.3物聯網

8.3.1物聯網發展現狀

8.3.2物聯網的架構

8.3.3物聯網關鍵技術

8.3.4物聯網應用場景

8.4車聯網

8.4.1車聯網發展現狀

8.4.2車聯網關鍵技術

8.4.3車聯網應用場景

8.5智慧城市

8.5.1智慧城市發展現狀

8.5.2智慧城市關鍵技術

8.5.3智慧城市應用場景

本章小結

習題

參考文獻

第9章邊緣計算與新興技術的融合

9.15G移動邊緣計算

9.1.15G網絡及關鍵技術

9.1.25G技術與移動邊緣計算的結合

9.1.35G移動邊緣計算的應用

9.2邊緣智能

9.2.1人工智能技術

9.2.2邊緣計算與人工智能技術結合

9.2.3邊緣智能模型訓練

9.2.4邊緣智能模型推理

9.3邊緣計算與區塊鏈的融合

9.3.1區塊鏈技術

9.3.2邊緣計算與區塊鏈技術

9.3.3區塊鏈賦能的移動邊緣計算

本章小結

習題

參考文獻

近年來，視頻傳輸與服務、增強現實/虛擬現實、物聯網、工業互聯網、車聯網以及智慧城市新型業務應用場景的湧現，對數據的傳輸容量、數據的存儲容量、數據的分發能力、數據的計算能力以及傳輸資源的調度能力等都提出了前所未有的挑戰。迅猛增長的用戶終端數據流量也給日益提高的用戶體驗需求帶來了巨大壓力。

隨著邊緣設備的數量呈指數級增長，網絡形態由以雲計算為中心轉換為雲邊端協同的範式，即計算、緩存和資源都逐步下沉到邊緣，更靠近用戶端。這種新的網絡範式也將在實際的智能制造、無線駕駛等場景應用中落地。邊緣計算作為一種新的計算範式，也是雲計算的一種補充，使數據在用戶產生端就能得到有效的處理。在萬物互聯的時代，邊緣計算為移動計算、物聯網的發展提供了更好的發展平臺。

邊緣計算作為一種開放的、彈性的、協作的新型計算模式，極大地促進了5G通信網絡、互聯網、物聯網、區塊鏈、人工智能等技術的融合以及數據之間的相互交流。隨著軟件定義網絡、網絡功能虛擬化技術的發展，邊緣網絡逐漸與人工智能、大數據以及區塊鏈相融合，未來的發展趨勢必將是智能邊緣網絡。

為了幫助這一領域的碩士、博士研究生以及相關從業者快速入門和從事相關研究，我們專門編寫這本書。希望通過閱讀本書，讀者能夠對邊緣計算的相關研究產生興趣，從而為推動該領域的發展貢獻力量。

本書對智能邊緣計算的背景起源、發展歷程以及邊緣計算的網絡形態進行了介紹，闡述了邊緣計算的繫統架構和部署方案，並對關鍵的卸載技術、邊緣緩存技術、商業模式、激勵機制、移動性管理技術以及安全技術進行了詳細分析，針對智能邊緣計算的實際應用場景以及其與新興技術的融合進行了闡述。每章開頭都有一個簡單的導讀，闡述本章的研究背景和問題，章末有小結和習題，每章單獨列出相應的參考文獻。

非常感謝參與本書撰寫與審校的我在西南大學指導的博士生： 餘紅宴、王瑛、董一藩、王曲苑、劉佳迪、馮浩、何靜。在此對大家表示衷心感謝！最後，感謝清華大學出版社的大力支持與高效的工作，使本書能很快與讀者見面。

本書的內容主要來源於本團隊在從事邊緣計算科研過程中的總結，希望能對從事邊緣計算以及相關研究的碩士、博士研究生有所幫助。由於編者水平有限，同時邊緣計算相關研究還在迅猛發展中，書中難免存在不足和疏漏，希望讀者批評指正。

郭松濤
 2023年8月於重慶大學