年前施巍松教授和其團隊(張星洲、王一帆、張慶陽)應《計算機研究與發(fā)展》編輯部之邀，慶刊60周年發(fā)表論文，邊緣計算社區(qū)經(jīng)過和施巍松教授溝通，將論文整理成幾篇，方便大家閱讀。字字珠璣，愿大家多多轉(zhuǎn)發(fā)分享。

本文為第一篇《邊緣計算的發(fā)展歷程》。

邊緣計算的發(fā)展歷程

本文在谷歌學術上以“edge computing”為關鍵詞進行搜索每年的文章數(shù)量，結(jié)果如圖1所示.可以看到，2015年以前，邊緣計算處于原始技術積累階段;2015—2017年，邊緣計算開始被業(yè)內(nèi)熟知，與之相關的論文增長了10余倍，得到了飛速發(fā)展;2018 年邊緣計算開始穩(wěn)健發(fā)展(其中2018年的論文數(shù)量根據(jù)2018年前9個月的數(shù)據(jù)推算而來，實際數(shù)據(jù)有出入)。本文依據(jù)這一分析結(jié)果和對行業(yè)發(fā)展趨勢的觀察將邊緣計算的發(fā)展分為3個階段:技術儲備期、快速增長期和穩(wěn)定發(fā)展期。 圖2列舉了邊緣計算發(fā)展中的典型事件(粗體字為中國對邊緣計算發(fā)展的貢獻)。

1.技術儲備期

在此階段，邊緣計算歷經(jīng)“蟄伏一提出一定義一推廣”等發(fā)展過程.邊緣計算最早可以追溯至1998年Akamai公司提出的內(nèi)容分發(fā)網(wǎng)絡( content delivery network，CDN)，CDN 是一種基于互聯(lián)網(wǎng)的緩存網(wǎng)絡，依靠部署在各地的緩存服務器，通過中心平臺的負載均衡 、內(nèi)容分發(fā)、調(diào)度等功能模塊，將用戶的訪問指向最近的緩存服務器上，以此降低網(wǎng)絡擁塞，提高用戶訪問響應速度和命中率。CDN強調(diào)內(nèi)容的備份和緩存，而邊緣計算的基本思想則是功能緩存(function cache). 2005年美國韋恩州立大學施巍松教授的團隊就已提出功能緩存的概念 ，并將其用在個性化的郵箱管理服務中，以節(jié)省延遲和帶寬。 2009年Satyanarayanan等人提出了Cloudlet的概念，Cloudlet 是一個可信且資源豐富的主機，部署在網(wǎng)絡邊緣，與互聯(lián)網(wǎng)連接，可以被移動設備訪問，為其提供服務，Cloudlet可以像云一樣為用戶提供服務，又被稱為“小朵云”.此時的邊緣計算強調(diào)下行，即將云服務器上的功能下行至邊緣服務器，以減少帶寬和時延。

隨后，在萬物互聯(lián)的背景下，邊緣數(shù)據(jù)迎來了爆發(fā)性增長，為了解決面向數(shù)據(jù)傳輸 、計算和存儲過程中的計算負載和數(shù)據(jù)傳輸帶寬的問題，研究者開始探索在靠近數(shù)據(jù)生產(chǎn)者的邊緣增加數(shù)據(jù)處理的功能，即萬物互聯(lián)服務功能的上行。具有代表性的是移動邊緣計算(mobile edge computing，MEC)、霧計算(fog computing)和海云計算(cloud-sea computing)。

移動邊緣計算是指在接近移動用戶的無線接人網(wǎng)范圍內(nèi)，提供信息技術服務和云計算能力的一種新的網(wǎng)絡結(jié)構，并已成為一種標準化、規(guī)范化的技術。由于移動邊緣計算位于無線接人網(wǎng)內(nèi)，并接近移動用戶，因此可以實現(xiàn)較低延時、較高帶寬來提高服務質(zhì)量和用戶體驗。移動邊緣計算強調(diào)在云計算中心與邊緣計算設備之間建立邊緣服務器，在邊緣 服務器上完成終端數(shù)據(jù)的計算任務，但移動邊緣終端設備基本被認為不具有計算能力，而邊緣計算模型中的終端設備具有較強的計算能力，因此移動邊緣計算類似一種邊緣計算服務器的架構和層次，作為邊緣計算模型的一部分.思科公司于2012年提出了霧計算，并將霧計算定義為遷移云計算中心任務到網(wǎng)絡邊緣設備執(zhí)行的一種高度虛擬化計算平臺. 它通過減少云計算中心和移動用戶之間的通信次數(shù)，以緩解主干鏈路的帶寬負載和能耗壓力。霧計算和邊緣計算具有很大的相似性，但是霧計算關注基礎設施之間的分布式資源共享問題，而邊緣計算除了關注基礎設施之外，也關注邊緣設備，包括計算、 網(wǎng)絡和存儲資源的管理，以及邊端、邊邊和邊云之間的合作.與此同時，2012年，中國科學院啟動了戰(zhàn)略性先導研究專項，稱之為下一代信息與通信技術倡儀，其主旨是開展“海云計算系統(tǒng)項目”的研究，其核心是通過“云計算”系統(tǒng)與“海計算”系統(tǒng)的協(xié)同與集成，增強傳統(tǒng)云計算能力，其中，“海”端指由人類本身、物理世界的設備和子系統(tǒng)組成的終端.與邊緣計算相比，海云計算關注“海”和“云”這兩端，而邊緣計算關注從“海”到“云”數(shù)據(jù)路徑之間的任意計算、存儲和網(wǎng)絡資源。

2013年，美國太平洋西北國家實驗室的Ryan LaMothe在一個2頁紙的內(nèi)部報告中提出“edge computing”一詞，這是現(xiàn)代“edge computing”的首次提出。此時，邊緣計算的涵義已經(jīng)既有云服務功能的下行，還有萬物互聯(lián)服務的上行.

2.快速增長期

2015—2017年為邊緣計算快速增長期，在這段時間內(nèi)，由于邊緣計算滿足萬物互聯(lián)的需求，引起了國內(nèi)外學術界和產(chǎn)業(yè)界的密切關注.

在政府層面上，2016年5月，美國自然科學基金委(National Science Foundation，NSF)在計算機系統(tǒng)研究中將邊緣計算替換云計算，列為突出領域 (highlight area) ;8月，NSF和英特爾專門討論針對無線邊緣網(wǎng)絡上的信息中心網(wǎng)絡;10月，NSF舉辦邊緣計算重大挑戰(zhàn)研討會(NSF Workshop on Grand Challenges in Edge Computing),會議針對3個議題展開研究：邊緣計算未來5~10年的發(fā)展目標，達成目標所帶來的挑戰(zhàn)，學術界、工業(yè)界和政府應該如何協(xié)同合作來應對挑戰(zhàn).這標志著邊緣計算的發(fā)展已經(jīng)在美國政府層面上引起了重視.

在學術界，2016年5月，美國韋恩州立大學施 巍松教授團隊給出了邊緣計算的一個正式定義邊緣計算是指在網(wǎng)絡邊緣執(zhí)行計算的一種新型計算模型，邊緣計算操作的對象包括來自于云服務的下行數(shù)據(jù)和來自于萬物互聯(lián)服務的上行數(shù)據(jù)，而邊緣計算的邊緣是指從數(shù)據(jù)源到云計算中心路徑之間的任意計算和網(wǎng)絡資源，是一個連續(xù)統(tǒng)。并發(fā)表了“Edge Computing: Vision and Challenges”一文， 第1次指出了邊緣計算所面臨的挑戰(zhàn)，該文在2018年底被他引650次.同年10月，ACM和IEEE開始聯(lián)合舉辦邊緣計算頂級會議(ACM/IEEE Symposium on Edge Computing，SEC)，這是全球首個以邊緣計算為主題的科研學術會議.自此之后，ICDCS, INFOCOM, Middleware, WWW 等重要國際會議也開始增加邊緣計算的分會(tack)或者專題研討會(workshop).

工業(yè)界也在努力推動邊緣計算的發(fā)展，2015年 9月，歐洲電信標準化協(xié)會(ETSI)發(fā)表關于移動邊緣計算的白皮書，并在2017年3月將移動邊緣計算行業(yè)規(guī)范工作組正式更名為多接人邊緣計算 (multi-access edge computing，MEC)，致力于更好地滿足邊緣計算的應用需求和相關標準制定. 2015年11月，思科、ARM、戴爾、英特爾、微軟和普林斯頓大學聯(lián)合成立了 OpenFog聯(lián)盟，主要致力于 Fog Reference Architecture 的編寫.為了推進和應用場景在邊緣的結(jié)合，該組織于2018年12月 并入了工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟.

國內(nèi)邊緣計算的發(fā)展速度和世界幾乎同步，特別是從智能制造的角度.2016年11月，華為技術有限公司、中國科學院沈陽自動化研究所、中國信息通信研究院、英特爾、ARM等在北京成立了邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟(edge computingconsortium)，致力于推動“政產(chǎn)學研用”各方產(chǎn)業(yè)資源合作，引領邊緣計算產(chǎn)業(yè)的健康可持續(xù)發(fā)展.2017年5月首屆中國邊緣計算技術研討會在合肥開幕，同年8月中國自動化學會邊緣計算專委會成立，標志著邊緣計算的發(fā)展已經(jīng)得到了專業(yè)學會的認可和推動.

3.穩(wěn)健發(fā)展期

2018年是邊緣計算發(fā)展過程中的重要節(jié)點，盡管此前業(yè)內(nèi)已經(jīng)對邊緣計算報以了很大期望，而 2018年邊緣計算被推向前臺，開始被大眾熟知。這一階段，邊緣計算的參與者范圍擴大很快，如表1所示，參與者已經(jīng)基本涵蓋了計算機領域的方方面面，本文將它們分為6類：云計算公司、硬件廠商、CDN 公司、通信運營商、科研機構和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟/開源社區(qū)，并在表1中列舉它們近2年在邊緣計算領域的事件。

邊緣計算在穩(wěn)健發(fā)展期有4個重要事件，2018 年1月全球首部邊緣計算專業(yè)書籍《邊緣計算》出版，它從邊緣計算的需求與意義、系統(tǒng)、應用、平臺等多個角度對邊緣計算進行了闡述.2018年9月17日在上海召開的世界人工智能大會，以“邊緣計算，智能未來”為主題舉辦了邊緣智能主題論壇，這是中國從政府層面上對邊緣計算的發(fā)展進行了支持和探討.2018年8月兩年一度的全國計算機體系 結(jié)構學術年會以“由云到端的智能架構”為主題，由此可見，學術界的研究焦點已經(jīng)由云計算開始逐漸轉(zhuǎn)向邊緣計算.同時，邊緣計算也得到了技術社區(qū)的大力支持，具有代表性的是2018年10月CNCF基金會和Eclipse基金會展開合作，將把在超大規(guī)模云計算環(huán)境中已被普遍使用的Kubernetes,帶人到物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算場景中.新成立的Kubernetes物聯(lián)網(wǎng)邊緣工作組將采用運行容器的理念并擴展到邊緣，促進Kubernetes在邊緣環(huán)境中的適用。

本文相信，經(jīng)過前期的技術儲備和最近幾年的快速增長，邊緣計算將成為學術界和產(chǎn)業(yè)界的熱門話題，實現(xiàn)學術界與工業(yè)界的融合，加快產(chǎn)品落地，便利大眾生活，步人穩(wěn)健發(fā)展時期。