随着云计算和移动通信技术的发展,云管端架构逐步形成。其中,云拥有海量资源,负责大规模信息集中处理;端的外形、资源和能量均受限制,负责信息采集、结果呈现和决策执行;管,即通信网络,负责连接云和端,提供数据传输服务。云管端架构深刻影响了整个信息技术体系和相关产业,大量的信息应用均基于该架构开发、部署和运行。
然而,云管端架构越来越难以满足各类计算、数据、通信等资源密集型应用愈发严苛的性能需求,其基于云的远距离集中处理模式易导致高数据传输时延、高网络传输负载和高云端计算负载等诸多问题。边缘计算将计算、存储和服务能力放置于网络中的边缘节点,为终端提供物理和场景近距离服务,可以有效解决以上问题。边缘计算将算力融入网络内部,形成了通算(通信和算力)一体共生的新型信息网络架构,是对传统云管端架构的部分颠覆和有效补充。
边缘计算从正式提出距今已有数年时间,正在经历高速发展,受到了工业界和学术界的广泛关注。同时,边缘计算也是算力网络的重要组成部分,其地位被相应提升至以先进信息技术支撑新质生产力的战略层面,具有重大意义。
保障边缘计算系统高效运行、资源高效利用的核心之一在于资源管理技术,涉及云-边缘-终端(云边端)中通信、计算、存储等多种资源的联合分配,并涉及各类任务和服务在云边端间的协同调度和编排等诸多方面。边缘计算是通信与信息系统、计算机科学与技术两大学科的交叉领域,其资源管理技术有别于单纯通信网络和单纯云计算中的相关技术,兼具复杂性和独特性。
本书深入介绍和分析边缘计算及其资源管理技术,分别从边缘计算的基本概念、网络架构、服务模式以及边缘计算资源管理的使能技术、基本问题、优化方法、典型场景等多个层面展开系统性论述。书中内容对边缘计算及其资源管理领域的知识获取、科学研究、技术研发等工作具有重要的参考价值。
本书共分为9章,章节安排如下:第1章概述边缘计算,介绍边缘计算的基本概念、演进历程、工作模式、行业与应用及边缘计算与算力网络之间的关系;第2章介绍边缘计算的网络架构、基础技术与服务模式,分析边缘计算信息基础设施涉及的网络部署和协同模式、所需的边缘节点的软硬件基础技术和通信网络基础技术及各类边缘服务模式;第3章介绍边缘计算资源管理使能技术与平台,阐述边缘计算资源管理的重要性,分析无线接入管理、网络资源管理、云边端服务管理中所涉及的各类使能技术和平台;第4章分析边缘计算资源管理在不同应用场景下的基本问题与优化方法,包括基本问题、系统模型、优化目标及优化算法;第5~9章分别讨论边缘计算在典型应用场景下的资源管理技术,介绍场景特征、需求、关键问题、建模方法和已有研究工作等,包括边缘智能、多无线接入网络中的边缘计算、车辆边缘计算、工业物联网中的边缘计算和卫星边缘计算共5 个典型场景。
本书的成功撰写离不开北京邮电大学团队成员李学伟、乔磊、原浩、陈鹏辉、王冠、淳雄飞、于洋、孟庆铖的努力付出。他们投入了很多时间和精力,开展调研工作,准备了大量原始材料,起到了重要的支撑作用,在此深表感谢。
另外,感谢人民邮电出版社的李瑾编辑,感谢她的大力支持,以及为本书成功出版所付出的辛勤工作。
边缘计算及其资源管理技术仍处于高速发展阶段,架构、技术和应用领域更新迭代迅速,加之作者水平有限和准备仓促,书中难免出现纰漏和错误,也难以做到全面覆盖,还望读者批评指正。
范文浩
2024年1月于北京邮电大学
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通信技术和计算技术长期以一种相互分离的方式各自独立发展,但在4G/5G和云计算时代,两种技术日趋发展成熟并开始走向交互,通算一体化是未来通信技术和计算技术的重要融合发展方向,边缘计算作用于网络边缘,是两种技术在通信网络中的重要汇聚点之一。
边缘计算是一种新型消息服务模式,目前已形成行业生态和行业应用,它可充当传统端计算和云计算服务的外延,也可作为位于网络边缘侧的服务加速器和优化器,其目标为有效支撑未来泛在网络、泛在计算、泛在智能环境中的资源密集型应用需求。另外,边缘计算也是算力网络的重要组成部分,对我国新型信息基础设施建设具有重大意义,对电信运营商、消息服务提供商等具有重要的商业价值。
本章讨论边缘计算的基本概念、演进历程、工作模式、行业现状与应用,以及边缘计算与算力网络之间的关系,目的是使读者形成对边缘计算及其相关知识的基础认知,为后续章节内容的阅读和理解奠定基础。