1.2.1 雏形阶段
将任务从本地设备卸载至网络边缘节点,或者将云能力下发至网络边缘节点,是边缘计算的主要功能之一,而这种计算模式在边缘计算概念形成之前便已被提出。这个时期称为边缘计算的雏形阶段,工业界(包括云服务提供商、通信设备商)和学术界均提出了类似的技术和概念。
1.2.1.1 工业界:云服务提供商
云计算的出现和发展是信息技术领域的一次重大革新。云计算的概念最早可以追溯到20世纪60年代,当时的“时间共享”模式是云计算的雏形。真正的云计算技术直到21世纪初才逐渐成熟。2006年,亚马逊推出了EC2(Elastic Compute Cloud),这是第一个商用的云服务平台,标志着云计算时代的到来。随后,谷歌、微软等科技巨头也纷纷推出了自己的云服务平台,如Google App Engine、Microsoft Azure等。这些平台提供了弹性、可扩展的计算资源,使得企业和个人可以按需使用,并且无须投入大量资金购买和维护硬件设备。云计算极大地降低了IT成本,提高了运算效率,在各行各业的数字化转型中发挥了重要作用。
将云计算能力下沉、分散,形成分布式云计算体系架构,是解决由云计算资源过度集中而导致的云计算负载过大和网络传输负载过大问题的重要手段。CDN和Cloudlet是执行数据密集型任务和计算密集型任务的代表性分布式云计算技术。
(1)CDN
内容分发网络(Content Delivery Network,CDN)是1998年由Akamai公司推出的一种构建在互联网上的分布式数据缓存系统,旨在有效地向用户提供Web内容和其他服务。CDN的主要目标是通过将内容发布到离用户更近的服务器上,来加快内容传输速率、减少网络拥塞,并提高网站的可用性和安全性。
当用户请求访问某个网站时,CDN会根据用户的位置和服务器的负载情况,将内容从原始服务器缓存或复制到离用户最近的CDN服务器上,这样用户可以就近获取所需的内容,而不需要完全依赖原始服务器。这种分发方式可以大大提高网站的访问速度,降低时延,并在一定程度上减轻原始服务器的负载压力。总之,CDN通过就近提供内容、优化网络流量以及增强网站安全性等方式,为用户和网站提供了更快速、更可靠的网络体验。
(2)Cloudlet
2009 年,卡内基梅隆大学的教授 Mahadev Satyanarayanan发表了学术界首篇关于Cloudlet的论文,明确提出了Cloudlet的概念。Cloudlet是一个移动增强的小型云数据中心,部署于互联网的边缘。Cloudlet更加接近用户和设备,可以在离用户更近的位置处理和存储数据。这意味着数据传输时延更低,响应时间更短,适用于对实时性要求较高的应用场景。Cloudlet还可以与云中心进行协同工作,将计算任务根据需求分配到云端或边缘进行处理,实现资源的灵活利用。从这个角度来看,Cloudlet可以被视为如今边缘计算的原型。
今天的边缘计算早已超出CDN和Cloudlet的范畴。与CDN相比,边缘计算涵盖计算、存储等多种功能,而非仅仅包含CDN中的静态内容分发;与Cloudlet相比,边缘计算中的“边缘”不局限于边缘节点,而是包括从数据生成源到云中心路径之间任意计算、存储的通信资源。
1.2.1.2 工业界:通信设备商
通信设备商提供用于通信传输、接收和处理的各种设备和技术,其产品涵盖网络设备、无线通信设备、传输设备、通信终端设备、通信测试设备等多种类型的设备。将计算、存储等能力与传统通信设备相融合,对通信设备商而言,是开拓新领域、创造新利润的重要机会,具有重要的商业价值。
2012年,思科正式提出雾计算(Fog Computing)的概念,其名称源于“雾是更贴近地面的云”。雾计算通过在网络边缘部署雾节点(Fog Node)来处理和存储数据,减少数据传输的时延和带宽消耗。雾节点可以是传统网络设备(如早已部署在网络中的路由器、交换机、网关等),也可以是专门部署的本地服务器。这些雾节点可以执行部分计算任务,并提供实时的数据分析、决策和响应,减轻对云中心的依赖。
雾计算的思想与边缘计算具有相似性,二者大部分内容是重叠的,而区别在于,一般而言,雾计算更强调网络的层次架构和雾节点在网络层中的分布式协同,而边缘计算不仅包含网络架构和边缘节点间的协同模式,还考虑边缘侧的业务运行,以及与云和端的配合。
1.2.1.3 学术界:技术和需求推动研究工作
边缘计算的基本思想在学术界早已存在,其核心之一——“计算卸载”,在数十年前便有学者提出。然而,受制于当时无线通信技术有限的数据传输速率,边缘计算在当时的通信环境中难以发挥作用,另外,当时终端载体的信息业务种类相对单一,对就近计算的需求并不强烈,因此,那时边缘计算并未受到学术界的广泛关注。
移动通信系统演进至4G阶段后,随着移动互联网、物联网业务的兴起,在通信技术进步和用户需求激增的背景下,边缘计算成为重要的使能技术。2009年,Mahadev Satyanarayanan发表了题为“The Case for VM-based Cloudlets in Mobile Computing”的论文,后续在全球移动计算和云计算交叉领域激发了许多技术努力,促成了边缘计算概念的出现。自此,边缘计算开始逐步发展,演进成为计算机、通信、电子等多个领域的热点研究方向。