作者序
物联网从诞生以来,已经晃晃悠悠地走过了20个年头,期间有高峰、有低谷,但已时至今日了,物联网的发展似乎总还是让人不那么满意——说了这么久,物联网到底在哪呢?什么时候我的茶壶能够自己协调好开水、茶叶、茶具,然后像一位贴心的管家一样帮我泡好一杯茶呢?
可见,物联网虽然名称叫“网”,但却远远不只是一个“网”,它的实现涉及到对物理世界的全方位改造:即除了给万物增加“感知”(传感)和“交流”(通信组网)能力之外,还要增加“思考”(复杂运算)的能力。只有具备了这三方面基础,我们上面关于茶壶的畅想才可能变为现实。考虑到集成电路的发展历史,如果能够一直沿着摩尔定律的轨迹将芯片体积持续缩小,那么总有一天,我们能够具备“体积无限小、能力无限大”的嵌入式芯片,从而让各类微小的物联网设备具备复杂运算的能力。然而,现状却事与愿违,摩尔定律已经失效,各类计算需求的复杂度却仍在高速增加。
为解决这个问题,另一个思路则是为物联网设备提供无处不在的额外计算资源,让物联网设备在自身能力受限的情况下,可以将复杂的计算任务交给这些额外资源来应对,这一思路就是边缘计算。可以说,边缘计算是让世间万物具备“思考”能力的关键手段。试想,当边缘算力与网络相伴相生,我们相当于随时随地具有一台高性能计算机可供使用,只要有边缘网络,那么我们可以在手机上玩“3A”游戏大作,小小茶壶也可以识别复杂环境,查找并协调泡茶必备的各个材料,各种各样体积微小的物联网设备能够应对复杂的计算和逻辑推理。让计算需求随时随地得到及时的处理,是边缘计算的重要使命。
当前的边缘计算正处于思想碰撞、快速演进的重要时期,不同机构从不同角度对其进行了定义和产业化的探索。例如电信运营商关注的重点在于算力的铺设,软件厂商关注的重点在服务的管理,硬件厂商关注的重点在专用的边缘设备,科研界则关注新型架构及优化算法等。正因为如此,边缘计算对于一般读者而言可能显得有些“云里雾里”——边缘计算概念似乎无处不在,云计算、人工智能、物联网等等,似乎所有这些领域都多出了一个边缘计算的课题,但这些领域的课题却都无法充分刻画边缘计算的全貌。
这本书的目的正在于此:对边缘计算的底层逻辑和思想概念进行梳理,让一般读者对边缘计算具备准确、全面的认识,了解边缘计算的发展历程、原理技术、前沿进展以及实践方法。本书从用户视角对边缘计算的原理技术展开介绍(如图所示),从前端设备向边缘计算设备发起请求开始,伴随着一次完整的边缘计算过程来介绍各项关键技术原理,以及相关理论和技术方法。最后,本书针对两类典型的边缘计算场景,讨论了如何实现一个初步的边缘计算原型系统,帮助读者快速体会边缘计算理论方法的系统落地。本书配备全套的教学讲义、课后习题及答案、系统源码,可供读者使用。
本书的逻辑架构
同时,要着重感谢机械工业出版社李永泉编辑,正是他的热情邀请才促使我们下定决心来完成这本书。不仅如此,在出版过程当中李编辑不断地与我讨论诸多细节和琐碎的问题,对这本书的顺利出版和质量保障起到了至关重要的作用。
边缘计算仍处在快速发展的过程当中,知识翻新速度很快,本书难免存在纰漏,恳请读者批评指正。
赵志为
2021年7月 于清水河畔