边缘计算方法与工程实践

书籍作者：张骏	ISBN：9787121366727
书籍语言：简体中文	连载状态：全集
电子书格式：pdf,txt,epub,mobi,azw3	下载次数：9245
创建日期：2021-02-14	发布日期：2021-02-14
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内容简介

《边缘计算方法与工程实践》以工程实践为导向，详细阐述和分析了边缘计算的整体技术细节。本书对边缘计算的概念、原理、基础架构、软件架构、安全管理等方面都进行了深入剖析，并对业界的发展现状进行了全面介绍。通过大量的工程应用实例，将边缘计算从抽象的概念联系到实际应用，加深读者对边缘计算的理解，并使读者进一步掌握边缘计算架构设计的方法和理念。同时，本书对边缘计算的前景、发展趋势以及面临的挑战也进行了阐述和探讨，通过抛砖引玉，希望触发业界深入思考如何推进边缘计算大规模商用开发部署。

《边缘计算方法与工程实践》适合有一定理论基础的从业者、研究者或高校师生阅读，尤其适合在行业内进行边缘计算应用的开发工程师学习，也适合相关领域的开发人员和科研人员参考。

作者简介

张骏

英特尔平台系统架构师，从事通信系统、数据中心云架构系统设计15余年。近年来主导推动边缘计算系统创新架构在国内互联网厂商的开发和部署，解决新型业务需求挑战。

祝鲲业

英特尔数据中心部门云计算中国区总监，拥有多年服务器研发经验。

陆科进

英特尔系统软件架构师，目前致力于机器人操作系统生态和边缘计算云原生开源软件栈及操作系统研发。

问治国

英特尔数据中心部门硬件架构师，长期从事物联网与云边缘计算产品开发和设计工作。

周超

英特尔数据中心网络部门平台构架师，长期从事x86服务器和网络系统设计和开发，专注uCPE、边缘计算和云等新技术领域。

刘敬

英特尔数据中心部门服务器系统集成研发经理，拥有多年商用服务器系统研发经验。

吴敏

从事英特尔x86服务器主板及系统设计，目前致力于物联网服务器应用。

编辑推荐

适读人群：从事云计算、边缘计算的专业人员，以及相关专业的高校师生。

基于云、边、端协同的边缘计算将引发混合云基础设施革命。

5G已来，物联网时代，我们如何满足高稳定、高效能、大带宽、低时延的基本需求，边缘计算给我们指引了方向。

这是一部边缘计算工程师们不可不读，想进入边缘计算行业的开发和科研人员值得拥有的著作。

到底什么是边缘计算？它与云计算、大数据、AI、5G等前沿技术是什么关系，又是怎样融合的？

边缘计算产业有哪几大阵营？他们是如何拓展自己的阵地的？

边缘计算架构有哪些核心理论？目前成熟的工程落地场景有哪些？各厂商又是如何运作的？

边缘计算面临的安全问题有哪些？有何管理架构、理论技术？又有哪些案例可寻？

边缘计算未来发展趋势如何？风口在哪里？

翻看本书，以上问题都将找到答案。

前言

在过去的两年中，边缘计算在学术界和产业界受到广泛热议，成为占据业界各大技术峰会、媒体、技术博客、论坛热搜的关键词。这也可能正是你会关注到本书的原因之一。边缘计算概念最早可以追溯到2003年，AKAMAI与IBM公司合作，在WebSphere服务器上提供基于边缘的服务。历经10余年的迭代演进，产业界逐渐形成以互联网云服务企业、工业互联网企业、通信运营商和设备商的三大阵营，并领跑边缘计算规范制定和商业开发部署。互联网云服务企业以消费物联网为主要阵地，将公有云服务能力延伸到网络边缘侧，用于满足低时延、大带宽、多连接的新型业务需求；工业互联网企业发挥自身工业网络连接及其平台服务领域的优势，在网络边缘侧加强算力、储存、安全管理体系建设，实现IT技术与OT技术的深度融合；通信运营商和设备商以边缘计算为突破口，发力于网络架构和通信设备设计变革，开放接入侧网络能力，为万物互联数据提供新生产模式和消费模式的服务能力。

2018年7月，现任英特尔数据中心集团中国区总经理周翔，在百度 AI 开发者大会上与电子工业出版社宋亚东编辑就边缘计算发展机遇与挑战进行了交流，同时了解到当前系统介绍边缘计算设计方法和工程开发案例的书籍非常匮乏，国内中文资源的书籍或详细材料较为少见。为给边缘计算在国内加速发展添砖加瓦，在周翔总经理的引荐下，本书主编从此开启了撰写工作。为使内容尽可能达到学术理论全而广、工程案例精而深的目标，还成立了编写本书的专案小组。专案小组成员来自英特尔公司技术带头人和技术一线的软、硬件开发设计师，他们多年工作在工业互联网、通信网络和设备以及数据中心云服务架构设计领域，拥有丰富的理论和实践经验。小组成员利用工作之余熬夜编写，确保了本书顺利面世。

在本书编写过程中，部分国内学术界和产业界联盟在各自领域陆续发布了边缘计算框架规范或白皮书。专案小组对其进行了深入研究和探讨，将这些分散于工业互联网、通信网络、通信设备、互联网和物联网的技术内容进行系统梳理，帮助读者从全局的视角理解边缘计算架构。同时，本书中多数工程开发案例来自工作伙伴和客户的联合工程开发项目或客户开源工程项目的产出。案例内容按理论架构、设计方法以及业务测试验证三大部分进行描述，利于读者从理论学习迈向工程实践。在本书编写中后期，业界三大阵营的合作伙伴技术代表加入本书的编委会，对本书内容进行了精心的审校和修改。本书集边缘计算各阵营所成，以编委会提出的“云-边-端”完整方案思想为指导，内容融会贯通，希望为业界加速边缘计算商业化步伐有所启发和帮助。

考虑到有关边缘计算方面的中文书籍较少，编者希望能从理论和运用相结合的角度，对边缘计算相关知识进行较为全面的梳理。本书既可以作为初级读者的入门书籍，也适合中级读者加深理论知识的系统理解，对于从理论走向实践的边缘计算工程开发者也有较高的参考价值。本书共6章。第1章对边缘计算进行综述，涉及边缘计算的发展历史、契机、现状、定义和架构原理。第2章详细介绍边缘计算网络、存储、计算基础资源架构技术以及架构设计准则。总结了边缘计算与云、大数据、人工智能、5G等前沿技术的融合。第3章系统介绍边缘计算软件架构设计，内容涵盖云原生、微服务、容器化、虚拟化、管理编排技术、边缘操作系统和平台服务系统等。第4章介绍边缘计算安全管理架构、理论技术，并列举了基于区块链的边缘计算安全案例分析。同时，对边缘计算资源受限环境下的微处理器安全架构设计也作了重点介绍。第5章分享了9个典型的边缘计算工程案例，包括智慧城市、无人零售和自动驾驶案例，智能家居和智慧医疗案例，工业互联网领域的智能工厂和智能电网案例，边缘CDN和Kata Container边缘安全案例以及通信领域uCPE通用客户端边缘设备案例。工程案例横跨边缘计算三大阵营，从理论架构深入工程设计、开发部署。第6章是边缘计算展望，对边缘计算大规模商业部署面临的挑战和机遇进行了分析，讨论了未来关键技术和运用场景的趋势和特点，并以百度边缘计算“OTE”平台为典型例子，探讨了未来边缘计算“云-边-端”整体方案架构的演进方向。

边缘计算在未来几年将进入高速发展阶段，很多更先进的理论技术和架构设计方法势必会不断涌现，本书无法包罗当前边缘计算的方方面面。由于编者水平和精力所限，书中难免有错漏之处，承蒙各位读者不吝告知，若对本书有任何疑问或建议，烦请通过邮箱[email protected]进行反馈。

致谢

在此谨代表本书撰写专案小组感谢为本书做出贡献的每一个人。

在本书的编写过程中，得到了编委会中各位行业专家的点拨与指导，感谢每一位编委对本书的大力支持。借此，特别感谢编委会四位技术顾问：英特尔数据中心集团中国区总经理周翔先生，金山云CDN及视频云产品中心总经理宗劼先生，富士康科技集团服务器事业群总经理兼海纳智联科技有限公司董事长、IPC董事傅富明先生，开放数据中心委员会副主席李洁博士，感谢他们在百忙之中抽时间提出了很多宝贵意见，并为本书写序或推荐语。同时，特别感谢百度系统部总监刘宁先生为本书写序，以及对英特尔和百度边缘计算合作项目的大力支持；特别感谢英特尔全球大客户销售总经理张哲源先生、英特尔数据中心云计算事业部中国区总经理李尔成先生、英特尔云平台技术部门英特尔Fellow Mohan Kumar先生和英特尔资深Principal Engineer Nishi Ahuja女士为本书写推荐语。

在本书的编写过程中，还从以下合作伙伴获得了极大帮助，在此表示衷心的感谢：电子工业出版社的宋亚东编辑，英特尔云边缘计算开发小组成员杜连昌、夏宇阳，英特尔公司的杨锦文、宋仲儒、贾培、吕荟晶、岳圆、应蓓蓓、张杰、彭翔宇，九州云的张敏、蒋暕青，百度的王均、符气康、范晓晋，富士康的郭利文，康佳特科技的林忠义、储圣杰。

在此，我再次感谢本书撰写专案小组成员：祝鲲业、陆科进、问治国、周超、刘敬、吴敏，感谢大家在本书编写过程中齐心协力、相互支持。

最后，非常感谢我的家人对我工作的理解和支持，他们在我写作的过程中给予了很大的照顾和鼓励，也是激励我完成本书写作的最大动力。

张骏

2019年7月于上海

推荐序

图灵奖得主David Patterson与John Hennessy认为，未来十年将是计算机体系结构新的黄金时代。确实如此，互联网和云计算从业人员是幸运的，经历了搜索引擎、电子商务、社交网络等互联网应用带来的超大规模计算架构的快速发展，当前正处在云计算大行其道的洪流之中，并期待着AI产业跨越核心技术的鸿沟。我们深感计算架构的迭代如此之快，新想法和新技术层出不穷、百花齐放，我们可以痛快地在工作和学习中汲取营养，快速提升认知。而当下，边缘计算正是其中热度最高的技术领域之一，学术界和产业界看到“云－边－端”协同将带来更广阔的想象空间，边缘计算的时代即将到来，未来计算将无处不在。

该书作者所在的团队专门从事边缘计算研究和实践，并且重点关注边缘计算软、硬件协同设计，根据边缘计算的特定应用场景已设计了一系列的硬件产品。也正是因为在实际项目中的合作，有幸结识作者及其团队的技术专家。作者不仅对计算架构有深刻理解，也通过和互联网企业的长期合作，积累了大量的实践经验，并将这个领域相关的知识和实践编纂成书。

边缘计算正处于快速发展和不断进化的过程中，因此，学术界、产业界等不同领域的同仁对边缘计算的理解会略有不同，往往容易造成困惑，但本质都是在靠近数据源的网络边缘某处就近提供服务。作者通过广泛接触行业应用，获得一手的信息和资料，从云计算、产业互联网的角度给读者全新的呈现。该书涵盖边缘计算的原理、计算架构、软件架构和应用场景，对于希望全面了解边缘计算相关技术的互联网从业人员，无疑是比较好的参阅资料。相信读者即便不是从业人员，通过本书也可以理解互联网、云计算的相关技术。

伴随着5G和AI的脚步临近，相信5G会给边缘计算带来更广阔的外延，AI会给边缘计算带来更丰富的场景。我邀请大家跟我们一起来探讨边缘计算的无限可能，并且在实践中解决具体问题，共同推动产业的进步。最后，衷心祝贺此书的出版！

刘宁

百度系统部总监

当2006年亚马逊正式推出EC2服务时，全世界第一次真实感受到了云计算服务，也把我们带入了“云”的时代。从那时起，我们开始尝试和体验各种类型的云服务，也开始接受云服务对我们生活的改变。经过十多年的发展，我们已经完全接受云服务，正如当初我们接受互联网一样。

技术永远都在不断进步。当互联网已经成为我们生活的一部分，当云服务已经如同我们使用的水和电一样方便的时候，未来还有什么新的技术方向在等待着我们？随着5G和IPv6的建设、发展和普及，互联网会进入下一个发展阶段——IoT（Internet of Things）。因为我们将依赖互联网和5G高速接入网络实现万物互联，让互联网从计算机、平板、智能手机延伸到我们身边的每一个智能终端设备，更加深入生活的方方面面。云计算作为基础设施服务，如何适应万物互联，如何适应AI全面发展，如何适应人们对美好生活向往的要求，成为我们要面对的挑战。让云服务更加靠近边缘，让计算、存储、网络延展到互联网的边缘甚至每个家庭的互联网网关上，就是云计算发展的未来。CDN服务将网站的集中式访问拓展到边缘，将互联服务从中心化服务延展到网络边缘，实现网站的存储、网络边缘化，进而推动和支撑了互联网的快速发展。边缘计算将现在的计算能力边缘化,将成为云计算发展的一个必然趋势。

虽然边缘计算是未来云计算发展的方向，但目前它还是一个新的概念，正如本书所说，对于边缘计算的定义，目前业界还没有一个统一的严格定义。边缘计算正处在百家争鸣的发展时期，我才更觉得本书的出版对这个领域的发展具有深远意义。

本书从边缘计算的演变和概念切入，让读者充分理解边缘计算并不是云计算简化版的边缘化部署，也不是为了颠覆云计算而横空出世的杀手级服务，它是为了让云计算能更加广泛地满足未来5G的发展和AI市场的需求而诞生的。书中围绕边缘计算的基础技术架构、软件架构、网络架构、存储架构等各个方面，进行了深入浅出的阐述，详细说明边缘计算的各种类型，让读者从理论上对边缘计算能有一个清晰的认识和理解。在云计算当中，安全服务已经越来越受到关注，所以我们在研究边缘计算的时候，从一开始就要考虑如何在广泛分布的边缘计算节点上规划好安全管理工作，做到未雨绸缪。正是从这一点出发，书中用了大量篇幅对边缘计算的相关安全管理进行了系统化的分析。本书还有一个非常大的特点，就是不仅仅从理论上对边缘计算进行研究和分析，还从众多行业领先企业的视角出发，通过大量的最新应用实践展现出缤纷灿烂的行业画卷，让读者感受到更加真实的技术应用场景，从而激发出更大的创造力。

在20年前，当我们开始研究边缘计算的第一种业务形态——CDN的时候，没有任何关于 CDN方面的专业书籍；在10年前，当我们开始研究云计算的时候，也没有太多的专业书籍可供学习和参考，更不要说行业实践案例,一切都是边做边学，摸着石头过河。在边缘计算刚刚出现的今天，就有这样一本能从理论和实践两个方面对边缘计算进行全面介绍的书籍，相信一定会对这个行业的技术发展起到巨大的推动作用。

宗劼

金山云CDN及视频云产品中心总经理

1946年，第一代电子管计算机——ENIAC（The Electronic Numerical Integrator And Computer）在费城公诸于世，标志着现代计算机的诞生。从此以后在不到一个世纪的人类发展史上，以数据为基础、以网络为媒介、以计算为核心的科技发展以迅雷不及掩耳的速度极速发展，日新月异。特别是进入新世纪的近二十年以来，全球进入了移动互联网时代，人与人、人与物之间的数据井喷，产生的数据量相当于过去数世纪的数据量的总和，并持续以指数级的数量增加。以大数据处理为核心的云计算服务取代过去以终端计算为核心的服务，并迅速为全世界所接受。特别是2006年亚马逊正式推出了EC2的服务，标志着人类进入了“云”的时代。以计算、软件、网络、终端等为核心业务的各类企业开始纷纷转型，并为不同行业和个人提供各类云服务，诞生了亚马逊、微软、阿里巴巴等云服务全球领导者。经过十多年的发展，云服务已经影响到企业和个人生活的方方面面。

随着5G技术的不断成熟和即将商业落地，过去主要以人与人、人与物之间进行互联的互联网技术开始朝向万物互联的方向发展，特别是在物与物之间进行互联，人类开始进入工业互联网时代。2018年，富士康工业互联网公司成功在A股上市，吹响了传统企业向工业互联网全面转型的号角。在工业互联网时代，每个设备都将成为整个运算架构的一份子，不仅是数据的生产者，也是数据的消费者。但每个设备、每个过程产生数据的方式可能不同，大小可能相异，格式更是五花八门，如何处理这些大量异构的数据将是工业互联网时代亟需解决的难题。同时每个设备联网方式不一，无线网络和有线网络并存，甚至还有各种孤岛设备，如何确保不同的联网设备和孤岛设备能够实现实时数据交换，是工业互联网时代另外一个需要解决的难题。更为关键的是，工业互联网时代的每个设备的数据或因安全问题，或因数据的实时性问题，需要在本地进行即时处理，否则将导致数据处理的滞后或生产数据的丢失。因此，在工业互联网时代，如何对“六流”（人流、物流、过程流、金流、讯流、技术流）过程中所产生的异构数据同构化，并且进行实时安全的处理，如何通过DT（Data Technology）、AT（Analytical Technology）、PT（Platform Technology）、OT（Operation Technology）等四类不同数据分析手段对数据进行分析处理，并且进行深度学习，是我们需要面对的挑战，解决之道就是边缘计算。

边缘计算的雏形其实早在20年前就已经以CDN的方式出现，其主要业务形态是内容存储和网络分发，并没有对计算有特别的要求。随着大数据的爆发和物联网的广泛应用，边缘的内涵和外延开始不断拓展，场景也不断扩大，特别是工业互联网的到来，网络边缘已经延伸到人们的衣食住行各个方面，诞生了智慧出行、智慧城市、智慧家居、智慧工厂等各种不同的边缘应用场景。过往“云-端”架构在网络类型和带宽、数据实时、安全可控等方面已经不能满足要求，高稳定、高效能、大带宽和低时延将会是整个边缘计算的基本需求。以计算为核心内涵的边缘计算作为一个独立的概念在最近几年被正式提出并得到广泛响应与应用，“云-端”架构被“云-边-端”架构正式取代。通过边缘计算，把云和端联系起来，把云计算服务延伸至边缘，实现计算的本地化、边缘化，数据的同构化，同时减少云与端之间数据的海量传输，实现安全可控的数据处理，快速推动和支撑工业互联网时代的快速发展。

边缘计算是一个比较广泛的概念，每家都有各自对边缘计算定义的理解，该书作者充分研究了边缘计算的发展和现状，并且对各种边缘计算的模型和定义分别进行了分析和阐述，同时提炼了边缘计算的本质和共性，即：在靠近数据源的网络边缘某处就近提供服务。该书紧密围绕边缘计算这个核心主题，深度阐明了边缘计算的原理和基本特征，并深入分析了“云-边-端”模型中的云计算与边缘计算服务的区别和联系。同时分别就边缘计算的基础技术架构、网络架构、存储架构、软件架构以及信息安全等方面进行重点分析和阐述，并对边缘计算所适用的各类场景进行深入研究、分析和探讨，力图让读者可以对边缘计算有一个清晰的认识和理解。此外，边缘计算不只会带来硬件层面的升级，同时也会提高存取性、效率、性价比与数据用量，推动整个产业生态链的演化。该书作者通过充分调研走访，图文并茂、深入浅出地对各个行业领先企业在边缘计算的最新具体实践进行介绍，如专注于SMT智能制造和工业互联网业务的富士康旗下子公司海纳智联科技有限公司在SMT工业互联网方面的最新实践等，力图让读者能够感受到最新的技术实践以及行业生态，为行业中不同的企业和客户提供参考，让读者知道边缘计算不只是高科技产业的专利，也是未来中小企业与传统产业向数字化和智能化转型升级的关键要素，从而激发更大的灵感和创新。

如今，以计算为核心内涵的边缘计算在蓬勃发展，该书不仅仅从边缘计算的理论和架构方面进行了系统阐述，还从行业实践角度进行了全面介绍。衷心祝贺此著作的出版！相信该书的出版对边缘计算领域有着深刻的指导意义，同时也会对边缘计算领域的技术发展和行业指导起到巨大的推动作用。在此祝福所有行业的朋友，能为边缘运算的发展做出更大的贡献！

傅富明

富士康科技集团服务器事业群总经理

兼海纳智联科技有限公司董事长，IPC董事

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