邊緣計(jì)算：原理 技術(shù)與實(shí)踐
定 價(jià)：99 元
叢書名：物聯(lián)網(wǎng)工程專業(yè)系列教材
- 作者：趙志為，閔革勇
- 出版時(shí)間：2021/10/1
- ISBN：9787111690894
- 出 版 社：機(jī)械工業(yè)出版社
- 中圖法分類：TN929.5
- 頁(yè)碼：
- 紙張：膠版紙
- 版次：
- 開本：16開
隨著通信和計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展、計(jì)算成本的不斷降低，物理世界與信息世界正在發(fā)生加速融合。不僅僅是物理世界的信息被映射到網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，通信和計(jì)算的能力也隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展融入到了世間萬物。隨著物聯(lián)網(wǎng)和5G通信產(chǎn)業(yè)的快速興起，越來越多的人和物開始持續(xù)產(chǎn)生大量、多樣的計(jì)算任務(wù)，“無處不在的計(jì)算”成為了各類應(yīng)用共性而迫切的需求，邊緣計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生。
相比于云計(jì)算，邊緣計(jì)算將計(jì)算資源下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備、甚至嵌入到各類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中，為大至自動(dòng)駕駛車聯(lián)網(wǎng)、小到可穿戴設(shè)備提供快速、穩(wěn)定、無處不在的計(jì)算服務(wù)。如果說物聯(lián)網(wǎng)讓物理世界具備了“感知”和“溝通”的能力，那么邊緣計(jì)算的使命則是讓世間萬物具備“思考”的能力。網(wǎng)絡(luò)邊緣在形態(tài)上可以千變?nèi)f化，既可以是部署在移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心、亦可以是隨車而載的小型服務(wù)器，甚至可以是隨身攜帶的迷你節(jié)點(diǎn)，以完成各類場(chǎng)景的計(jì)算服務(wù)，這些場(chǎng)景包括移動(dòng)計(jì)算、自動(dòng)駕駛車聯(lián)網(wǎng)、智慧工業(yè)、智能家居、可穿戴計(jì)算等。
隨著通信技術(shù)和計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)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(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，網(wǎng)絡(luò)通信和計(jì)算的能力也隨著嵌入式技術(shù)的發(fā)展融入了世間萬物。隨著物聯(lián)網(wǎng)和5G通信產(chǎn)業(yè)的快速興起，越來越多的人和物開始持續(xù)產(chǎn)生大量、多樣、復(fù)雜的計(jì)算任務(wù)，“無處不在的計(jì)算”成為各類應(yīng)用共性而迫切的需求，“邊緣計(jì)算”應(yīng)運(yùn)而生。
相比于云計(jì)算，邊緣計(jì)算將計(jì)算資源下沉到網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備，嵌入到各類網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)當(dāng)中，為大到自動(dòng)駕駛車聯(lián)網(wǎng)，小到可穿戴設(shè)備提供快速、穩(wěn)定、無處不在的計(jì)算服務(wù)。如果說物聯(lián)網(wǎng)讓物理世界具備了“感知”和“溝通”的能力，那么邊緣計(jì)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(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備在形態(tài)上千變?nèi)f化，既可以是部署在移動(dòng)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)中心，也可以是隨車而載的小型服務(wù)器，甚至可以是隨身攜帶的智能手機(jī)。正是形式多樣、無處不在的邊緣設(shè)備，支撐完成了各類泛在場(chǎng)景的計(jì)算服務(wù)，包括移動(dòng)計(jì)算、衛(wèi)星計(jì)算、自動(dòng)駕駛車聯(lián)網(wǎng)、智慧工業(yè)、智能家居、可穿戴設(shè)備等。
當(dāng)前的邊緣計(jì)算正處于科研界與工業(yè)界進(jìn)行思想碰撞、共同發(fā)力的關(guān)鍵時(shí)期，有望為移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能等新興技術(shù)提供強(qiáng)大的賦能潛力和顛覆性的計(jì)算范式，但在關(guān)鍵基礎(chǔ)理論、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)架構(gòu)、協(xié)同運(yùn)算模式、關(guān)鍵技術(shù)方法等方面仍存在重要的研究挑戰(zhàn)。本書將介紹邊緣計(jì)算的基礎(chǔ)理論、概念模型、系統(tǒng)架構(gòu)、設(shè)計(jì)原理、關(guān)鍵技術(shù)、原型系統(tǒng)、應(yīng)用案例等，為計(jì)算機(jī)科學(xué)、物聯(lián)網(wǎng)工程、互聯(lián)網(wǎng)+、電子信息、通信工程、人工智能、智慧城市等專業(yè)的學(xué)生、研究人員和從業(yè)者提供全面、系統(tǒng)的參考。本書配備完整的PPT、習(xí)題和實(shí)驗(yàn)（包括教程與實(shí)驗(yàn)源碼），可作為高年級(jí)本科生及研究生的相關(guān)課程教材。
推薦序一
推薦序二
自序
前言
第1章 邊緣計(jì)算概述 1
1.1 邊緣計(jì)算的背景與概念 1
1.1.1 邊緣計(jì)算的歷史背景 1
1.1.2 邊緣計(jì)算的概念 3
1.1.3 邊緣計(jì)算帶來的改變 4
1.2 邊緣計(jì)算發(fā)展的歷史必然性 7
1.2.1 催生邊緣計(jì)算的技術(shù) 7
1.2.2 計(jì)算形態(tài)變革的內(nèi)在邏輯 12
1.2.3 邊緣計(jì)算將深刻改變計(jì)算方式 16
1.3 邊緣計(jì)算的重要意義 20
1.4 邊緣計(jì)算中的關(guān)鍵問題 21
1.4.1 關(guān)鍵詞 22
1.4.2 關(guān)鍵研究問題概述 23
1.4.3 邊緣計(jì)算架構(gòu) 27
1.4.4 操作系統(tǒng)與編程模型 27
1.4.5 計(jì)算卸載與資源分配 28
1.4.6 虛擬化與服務(wù)管理 28
1.4.7 服務(wù)集群管理 29
1.4.8 人工智能與大數(shù)據(jù) 29
1.4.9 移動(dòng)性管理 30
1.4.10 系統(tǒng)與應(yīng)用 30
1.5 發(fā)展趨勢(shì)與技術(shù)挑戰(zhàn) 31
1.5.1 發(fā)展趨勢(shì) 31
1.5.2 關(guān)鍵機(jī)構(gòu)與成果 32
1.6 本書的寫作邏輯 33
習(xí)題 34
參考文獻(xiàn) 34
第2章 邊緣計(jì)算架構(gòu)原理 35
2.1 邊緣計(jì)算架構(gòu)概述 35
2.1.1 系統(tǒng)評(píng)價(jià)及設(shè)計(jì)要求 35
2.1.2 邊緣計(jì)算架構(gòu)設(shè)計(jì)面臨的獨(dú)特挑戰(zhàn) 37
2.2 總體系統(tǒng)架構(gòu) 39
2.2.1 兩類邊緣：主干網(wǎng)邊緣和
泛在邊緣 39
2.2.2 云-邊-端架構(gòu) 40
2.2.3 邊-端架構(gòu) 42
2.2.4 多接入邊緣計(jì)算 43
2.2.5 分布式D2D/D4D架構(gòu)（泛在邊緣架構(gòu)） 43
2.2.6 AIoT架構(gòu) 43
2.3 軟件計(jì)算架構(gòu) 44
2.3.1 一般邊緣計(jì)算軟件架構(gòu) 45
2.3.2 多接入邊緣計(jì)算架構(gòu) 47
2.3.3 AIoT軟件架構(gòu) 48
2.3.4 衛(wèi)星邊緣計(jì)算架構(gòu) 49
2.3.5 編程模型 53
2.4 邊緣計(jì)算操作系統(tǒng)與開源框架 55
2.4.1 EdgeX Foundry 56
2.4.2 StarlingX 58
2.4.3 其他開源框架 58
2.4.4 融合邊緣的前端物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng) 59
習(xí)題 59
參考文獻(xiàn) 59
第3章 邊緣接入技術(shù) 60
3.1 無線傳輸機(jī)制 61
3.1.1 無線局域網(wǎng)傳輸機(jī)制 61
3.1.2 無線個(gè)域網(wǎng)傳輸機(jī)制 62
3.1.3 無線廣域網(wǎng)傳輸機(jī)制 68
3.1.4 低功耗廣域網(wǎng)傳輸機(jī)制 74
3.1.5 新型無線傳輸機(jī)制 81
3.1.6 總結(jié) 84
3.2 無線接入的通信服務(wù)協(xié)議 84
3.2.1 MQTT 85
3.2.2 AMQP 85
3.2.3 Kaf?ka 87
3.2.4 STOMP 87
3.3 可靠的數(shù)據(jù)傳輸 88
3.3.1 考慮移動(dòng)性的可靠數(shù)據(jù)傳輸 88
3.3.2 基于博弈的數(shù)據(jù)接入 91
3.4 多接入邊緣網(wǎng)絡(luò)與超密集網(wǎng)絡(luò) 92
習(xí)題 94
參考文獻(xiàn) 94
第4章 計(jì)算任務(wù)卸載 95
4.1 任務(wù)卸載概述 96
4.1.1 任務(wù)卸載概念與步驟 96
4.1.2 計(jì)算卸載的時(shí)延模型 97
4.1.3 邊緣計(jì)算任務(wù)卸載評(píng)價(jià)指標(biāo) 101
4.2 任務(wù)卸載方式 103
4.2.1 0-1卸載 103
4.2.2 部分卸載 104
4.2.3 任務(wù)切分技術(shù)及實(shí)例分析 106
4.2.4 子任務(wù)卸載策略 109
4.3 不同場(chǎng)景下任務(wù)卸載策略研究 110
4.3.1 單用戶邊緣網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景 110
4.3.2 多用戶邊緣網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景 112
4.3.3 異構(gòu)服務(wù)器邊緣網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景 115
4.4 不同架構(gòu)下任務(wù)卸載策略研究 117
4.4.1 云-邊-端架構(gòu)中的卸載策略 117
4.4.2 邊-邊架構(gòu)中的卸載策略 118
4.4.3 多接入邊緣架構(gòu)中的計(jì)算卸載 120
4.4.4 定制化邊緣架構(gòu)中的計(jì)算卸載 121
4.4.5 用戶高移動(dòng)性網(wǎng)絡(luò)場(chǎng)景中的計(jì)算卸載 123
4.4.6 分布式D2D網(wǎng)絡(luò)中的計(jì)算卸載 129
4.5 開源工具概述 133
4.5.1 Slacker 133
4.5.2 EdgeCloudSim 134
4.5.3 EdgeX Foundry 136
4.5.4 Apache Edgent 136
4.5.5 KubeEdge 137
4.6 邊緣卸載策略展望與挑戰(zhàn) 139
4.6.1 資源協(xié)同調(diào)度的挑戰(zhàn)與展望 139
4.6.2 用戶移動(dòng)性管理的挑戰(zhàn)與展望 140
習(xí)題 141
參考文獻(xiàn) 141
第5章 虛擬化技術(shù) 142
5.1 虛擬化技術(shù)概述 143
5.2 虛擬化技術(shù)發(fā)展歷史 143
5.3 虛擬化技術(shù)分類 145
5.3.1 指令架構(gòu)級(jí)虛擬化 146
5.3.2 硬件抽象級(jí)虛擬化 147
5.3.3 操作系統(tǒng)級(jí)虛擬化 153
5.3.4 庫(kù)函數(shù)級(jí)虛擬化 156
5.3.5 編程語言級(jí)虛擬化 157
5.4 輕量級(jí)虛擬化 158
5.4.1 虛擬機(jī)與容器 159
5.4.2 Docker 160
5.4.3 Unikernel 162
5.4.4 Firecraker 164
5.4.5 總結(jié) 165
5.5 微服務(wù) 165
5.5.1 服務(wù)架構(gòu)的發(fā)展歷程 166
5.5.2 微服務(wù)架構(gòu)特點(diǎn) 166
5.5.3 微服務(wù)架構(gòu)面臨的挑戰(zhàn) 169
5.6 服務(wù)網(wǎng)格 169
5.6.1 服務(wù)網(wǎng)格的發(fā)展歷程 169
5.6.2 服務(wù)網(wǎng)格工具: Istio 173
5.6.3 服務(wù)網(wǎng)格工具對(duì)比 181
5.7 無服務(wù)架構(gòu) 185
5.7.1 發(fā)展歷史 185
5.7.2 Serverless開源工具 188
習(xí)題 192
參考文獻(xiàn) 192
第6章 邊緣服務(wù)管理支撐技術(shù) 193
6.1 NFV架構(gòu) 194
6.1.1 NFV概述 19
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