提要
隨著萬物互聯趨勢的不斷加深，數據的增長速度遠遠超過了網路頻寬的增速。同時，智慧型製造、無人駕駛等眾多新型套用的出現，對延遲提出了更高的要求。通過將從數據源到雲計算中心數據路徑之間的任意計算、存儲和網路資源，組成統一的平台為用戶提供服務，邊緣計算 作為一種新的計算模式，使數據在源頭附近就能得到及時有效的處理。這種模式不同於雲計算要將所有數據傳輸到數據中心，繞過了網路頻寬與延遲的瓶頸。在產業界和學術界的合力推動下，邊緣計算正在成為新興萬物互聯套用的支撐平台。
《邊緣計算》 （科學出版社出版，ISBN 978-7-03-056144-2，各大網店有售）分別從邊緣計算的需求與意義、邊緣計算基礎、邊緣計算典型套用、邊緣計算系統平台、邊緣計算的挑戰、邊緣計算系統實例以及邊緣計算安全與隱私保護等多個方面對邊緣計算進行了闡述。
本書非常適合作為高等院校計算機、通信、物聯網、信息安全、電子機械相關專業的教學參考書，也可以作為從事邊緣計算的開發人員和科研人員的參考資料。
作者介紹
施巍松，IEEE Fellow，ACM傑出科學家，美國韋恩州立大學Charles H Gershenson傑出教授、移動與網際網路系統結構實驗室主任、校級數據科學和智慧型健康計畫主任，美國國家科學基金會傑出青年教授獎獲得者（NSF CAREER Award），全國百篇優秀博士論文獲得者（2002）。2013～2015年間任美國國家科學基金會(NSF)項目主任，2012～2016年間擔任 IEEE 計算機協會Internet 專業技術委員會主席。 現任 Elsevier Smart Health雜誌主編， IEEE Internet Computing雜誌副主編，中國科學院海外評審專家，中國自動化學會邊緣計算專業委員會副主任委員。施巍松教授的研究興趣包括計算機系統、邊緣計算和可持續計算，其本人也是邊緣計算這一研究領域的早期提出者之一和主要倡導者，並長期致力於邊緣計算在工業界的推廣。2016年10月他聯合主持了美國NSF Workshop on Grand Challenges in Edge Computing，也是 ACM/IEEE 國際邊緣計算研討會（SEC）的創始人。
劉芳，博士，國防科技大學計算機學院副教授，中國計算機學會高級會員、信息存儲技術專業委員會委員、女計算機工作者委員會委員。研究興趣包括計算機體系結構、新型存儲和邊緣計算，在基於邊緣計算的災難搜救與防控上開展了深入研究。主持國家自然科學基金2項、科技部課題3項，參與10餘項國家/軍隊重大科研任務。在 TPDS、 TC、 VEE、 MSST、 Middleware、 DAC等重要期刊和會議上發表論文80餘篇，授權國家發明專利10餘項，獲得軍隊科技進步二等獎。獲得國家級教學比賽一等獎和湖南省教學比賽一等獎，省部級教學成果一等獎，軍隊院校育才銀獎，榮立三等功。
孫輝，博士，安徽大學計算機科學與技術學院講師。主要從事新型計算機系統結構、新型存儲系統、邊緣計算等領域的研究，現主要從事面向公共安全領域內視頻監控系統的邊緣計算、存儲等框架及關鍵技術的研究工作。主持國家級及省部級項目4項。在 IEEE TC、 MASCOTS、 SEC、 IGSC等重要期刊和會議上發表學術論文近10篇，申請發明專利9項，登記軟體著作權1項。
裴慶祺 ，博士，西安電子科技大學教授、博士生導師，IEEE 高級會員，ACM會員，中國電子學會高級會員、中國計算機學會高級會員，中國自動化學會邊緣計算專業委員會委員，全國音視頻及多媒體系統與設備標準化技術委員會委員。主要從事認知網路與數據安全、信息系統安全防護、邊緣計算等領域的研究。在 IEEE TDSC、 TIFS、 TWC、 TVT、 ACM CCS、 IEEE INFOCOM等重要期刊和會議上發表學術論文80餘篇，其中SCI檢索40餘篇；授權國家發明專利60餘項；申請國際PCT專利5項；登記軟體著作權40餘項。參與制定多項標準，已獲頒布的包括中國國家標準2項、中國電子行業標準2項。研究成果榮獲國家技術發明二等獎1項、省部級一等獎3項。
前言和目錄
前言
數據的爆發式增長是大數據時代下的主旋律，隨著萬物互聯趨勢不斷加深，數據的增長速度遠遠超過了網路頻寬的增速。同時，智慧型製造、無人駕駛等眾多新型套用的出現對延遲提出了更高的要求。通過將從數據源到雲計算中心數據路徑之間的任意計算、存儲和網路資源，組成統一的平台為用戶提供服務，邊緣計算（edge computing）作為一種新的計算模式，使數據在源頭附近就能得到及時有效的處理。這種模式不同於雲計算要將所有數據傳輸到數據中心，繞過了網路頻寬與延遲的瓶頸。在產業界和學術界的合力推動下，邊緣計算正在成為新興萬物互聯套用的支撐平台。
邊緣計算與同樣備受關注的萬物互聯和雲計算是什麼關係呢？邊緣計算模型是隨著萬物互聯的飛速發展及廣泛套用，不斷擴大的數據規模以及數據處理的計算需求而產生的，邊緣計算將讓萬物更智慧型，支持構建健碩的邊緣套用生態。邊緣計算並不是為了取代雲計算，而是對雲計算的補充和延伸，為移動計算、物聯網等提供更好的計算平台。邊緣計算模型需要雲計算中心的強大計算能力和大量存儲的支持，而雲計算也同樣需要邊緣計算中邊緣設備對於大量數據及隱私數據的處理，從而滿足實時性、隱私保護和降低能耗等需求。
當談起“邊緣計算”時，我們到底在說什麼？邊緣計算的概念比較抽象，人們總是在談“邊緣”，但卻往往覺得“不落地”。邊緣計算如此重要，還未見對邊緣計算技術進行全面、深入剖析的出版物。本書第一作者施巍松教授是邊緣計算這一研究領域的早期提出者之一和主要倡導者，也是ACM/IEEE國際邊緣計算研討會（SEC）的創始人，其他三位作者也都是國內比較早開始從事邊緣計算研究的科研人員。了解到廣大讀者渴望弄清邊緣計算本質和細節的迫切心情，我們集中力量編寫了這本書，希望能幫助有興趣了解和研究邊緣計算的讀者縮短學習的過程，共同推進該領域的發展。
本書共分8章。第1章介紹邊緣計算的概念、起源及發展歷史；第2章對邊緣計算的基本概念、模型、關鍵技術進行剖析，分析邊緣計算與雲計算、邊緣計算與大數據之間的關聯，探討邊緣計算的優勢與面臨的挑戰；第3章給出基於邊緣計算模型的幾種實際套用案例，通過這些案例可以展望邊緣計算在萬物互聯背景下的研究機遇和套用前景；第4章從智慧城市、智慧型汽車、智慧型家居、個人計算服務、協同平台等方面，介紹邊緣計算的系統平台；第5章從可程式性、程式自動劃分、命名規則、數據抽象、服務管理、數據隱私保護及安全、最佳化指標、理論基礎以及商業模式等方面，進一步探討邊緣計算的挑戰性關鍵問題；第6章簡述當今新興的多個邊緣計算系統實例，並重點介紹Cloudlet、ParaDrop和Firework三個有代表性的邊緣計算系統；第7章從安全目標、安全威脅與挑戰、主要安全技術等方面探討邊緣計算的安全，並從隱私保護、態勢感知、設備更新、安全協定等角度，分析邊緣計算為物聯網安全帶來的新機遇；第8章為結束語。
本書非常適合作為高等院校計算機、通信、物聯網、信息安全、電子機械相關專業的教學參考書，也可以作為從事邊緣計算的開發人員和科研人員的參考資料。對於不同需求的讀者，可以直奔感興趣的內容而去。希望了解邊緣計算的概念、本質和發展趨勢的讀者，可以重點閱讀第1、2章；希望學習邊緣計算技術原理的讀者，可以將重點放在第2、3、4、6章；希望從事邊緣計算研發的同仁，可重點閱讀第4、5、6章；關心邊緣計算安全和隱私問題的讀者，可重點閱讀第1、7章。
目錄
第1章 邊緣計算的需求與意義··· 001
1.1 什麼是邊緣計算··· 001
1.2 邊緣計算的產生背景··· 003
1.3 邊緣計算的發展歷史··· 006
1.3.1分散式資料庫模型·· 006
1.3.2 對等網路·· 007
1.3.3 內容分發網路·· 007
1.3.4 移動邊緣計算·· 008
1.3.5 霧計算·· 008
1.3.6 海雲計算·· 009
1.3.7 邊緣計算的發展現狀·· 009
本章小結··· 010
參考文獻··· 010
第2章 邊緣計算基礎··· 013
2.1 分散式計算··· 013
2.2 邊緣計算的基本概念··· 015
2.3 邊緣計算的關鍵技術··· 017
2.3.1 計算遷移·· 017
2.3.25G通信技術·· 018
2.3.3 新型存儲系統·· 018
2.3.4 輕量級函式館和核心·· 019
2.3.5 邊緣計算編程模型·· 020
2.4 邊緣計算與雲計算··· 020
2.4.1 雲計算的概念·· 020
2.4.2 雲計算特點·· 021
2.4.3 邊緣計算與雲計算·· 021
2.5 邊緣計算與大數據··· 023
2.6 邊緣計算的優勢與挑戰··· 024
本章小結··· 026
參考文獻··· 027
第3章 邊緣計算典型套用··· 029
3.1 智慧城市··· 029
3.2 智慧型製造··· 030
3.3 智慧型交通··· 032
3.4 智慧型家居··· 034
3.5 協同邊緣··· 036
3.6 雲計算任務前置··· 038
3.7 邊緣計算視頻監控系統··· 040
3.8 基於邊緣計算的災難救援··· 044
本章小結··· 048
參考文獻··· 048
第4章 邊緣計算系統平台··· 052
4.1 面向智慧城市的邊緣計算系統··· 052
4.1.1 面向智慧城市的邊緣計算系統框架·· 053
4.1.2 智慧城市中邊緣計算任務遷移及調度·· 055
4.2 面向智慧型汽車的邊緣計算系統··· 061
4.2.1 為什麼需要EdgeOS· 061
4.2.2 車載套用的劃分·· 064
4.2.3 OpenVDAP· 065
4.2.4 OpenVDAP結構·· 068
4.2.5 第三方服務舉例·· 068
4.2.6 相關研究·· 069
4.2.7 面臨的問題·· 071
4.3 面向智慧型家居的邊緣計算系統··· 072
4.3.1 為什麼需要EdgeOS· 072
4.3.2 EdgeOS架構·· 073
4.3.3 EdgeOS的功能性問題·· 074
4.3.4 面臨的問題·· 077
4.4 面向個人計算的邊緣計算系統··· 078
4.4.1 EdgeOS整體架構·· 079
4.4.2 EdgeOS的軟體結構·· 081
4.4.3 EdgeOS的典型套用實例·· 085
4.4.4 面臨的問題·· 086
4.5 協同平台··· 088
4.5.1 協同平台背景模型·· 089
4.5.2 協同平台的典型套用舉例·· 092
4.5.3 面臨的問題·· 094
本章小結··· 094
參考文獻··· 094
第5章 邊緣計算的挑戰··· 099
5.1 可程式性··· 099
5.2 程式自動劃分··· 101
5.3 命名規則··· 101
5.4 數據抽象··· 103
5.5 調度策略··· 103
5.6 服務管理··· 104
5.7 隱私保護及安全··· 106
5.8 最佳化指標··· 106
5.9 理論基礎··· 108
5.10 商業模式··· 108
本章小結··· 109
參考文獻··· 109
第6章 邊緣計算系統實例··· 111
6.1 邊緣計算系統概覽··· 111
6.1.1 Cloudlet 111
6.1.2 PCloud· 113
6.1.3 ParaDrop· 114
6.1.4 Cachier與Precog· 115
6.1.5 FocusStack· 118
6.1.6 SpanEdge· 119
6.1.7 AirBox· 121
6.1.8 CloudPath· 122
6.1.9 Firework· 124
6.1.10 海雲計算·· 125
6.1.11 邊緣計算開源系統·· 127
6.1.12 邊緣計算代表性商業系統·· 129
6.1.13 邊緣計算系統的比較·· 130
6.2 Cloudlet 132
6.2.1 計算遷移·· 132
6.2.2 資源發現與選擇·· 134
6.2.3 動態VM合成·· 137
6.3 ParaDrop· 138
6.3.1 整體架構·· 138
6.3.2 服務降落傘·· 139
6.3.3 ParaDrop工作流·· 141
6.3.4 系統分析·· 142
6.4 Firework· 144
6.4.1 Firework概念·· 144
6.4.2 整體架構·· 145
6.4.3 可程式性·· 146
6.4.4 範例分析·· 148
本章小結··· 149
參考文獻··· 150
第7章 邊緣計算安全與隱私保護··· 153
7.1 安全概述、基礎和目標··· 153
7.2 安全威脅及挑戰··· 155
7.2.1 物理安全·· 157
7.2.2 網路安全·· 158
7.2.3 數據安全·· 160
7.2.4 套用安全·· 163
7.3 主要安全技術··· 165
7.3.1身份認證·· 165
7.3.2訪問控制·· 167
7.3.3入侵檢測·· 169
7.3.4 隱私保護·· 170
7.3.5 可信執行·· 172
7.3.6 安全多方計算·· 173
7.4 邊緣計算為物聯網安全帶來的機遇··· 174
7.4.1 隱私保護·· 174
7.4.2 態勢感知·· 175
7.4.3 設備更新·· 175
7.4.4 安全協定·· 176
7.5 邊緣計算安全實例··· 177
7.5.1 邊緣計算的數據保護模型·· 177
7.5.2 海豚攻擊：聽不見的聲音命令·· 178
7.5.3 ContexIoT：基於邊緣計算的許可權訪問系統·· 179
7.5.4 Octopus：基於邊緣計算的物聯網安全認證·· 180
本章小結··· 181
參考文獻··· 182
第8章 結束語··· 184
