梁家越 劉斌 劉芳

摘要：給出了邊緣計算平臺的一般性功能框架，并基于平臺的設(shè)計目標和部署方式，對當前典型的邊緣計算開源平臺進行了分類。從設(shè)計目標、目標用戶、可擴展性、系統(tǒng)特點和應(yīng)用領(lǐng)域等方面，對EdgeX Foundry、Apache Edgent、Azure 物聯(lián)網(wǎng)（IoT）Edge、CORD和Akraino Edge Stack等典型開源平臺進行了對比和分析。最后介紹了可用于構(gòu)建邊緣計算平臺的一些開源軟件，并討論了邊緣計算平臺的未來發(fā)展方向和研究熱點。

關(guān)鍵詞：邊緣計算;開源平臺;物聯(lián)網(wǎng);開源軟件

Abstract： In this paper， the general functional framework of edge computing platforms is analyzed， and the category of these platforms based on their design target and deployment characteristic is discussed. The existing typical open source edge computing platforms such as EdgeX Foundry， Apache Edgent， Azure Internet of Things （IoT） Edge， CORD and Akraino Edge Stack are introduced with comparison from the perspectives of design target， target user， scalability， system characteristic and application area. Finally， some open source software that can be used to build edge computing platform is introduced， and the future trends and research topics of edge computing platform are discussed.

Key words： edge computing; open source platform; IoT; open source software

隨著萬物聯(lián)網(wǎng)的趨勢不斷加深，網(wǎng)絡(luò)邊緣產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在急劇增長。受限于網(wǎng)絡(luò)帶寬增長速度遠遠跟不上數(shù)據(jù)的增長數(shù)據(jù)，傳統(tǒng)云計算模式需要解決帶寬和延遲這兩大瓶頸，邊緣計算[1]應(yīng)運而生。邊緣計算中的邊緣（edge）指的是網(wǎng)絡(luò)邊緣上的計算和存儲資源，這里的網(wǎng)絡(luò)邊緣與數(shù)據(jù)中心相對，無論是從地理距離還是網(wǎng)絡(luò)距離上來看都更貼近用戶[2]。作為一種新的計算范式，邊緣計算將計算任務(wù)部署于接近數(shù)據(jù)產(chǎn)生源的網(wǎng)絡(luò)邊緣，利用邊緣資源為用戶提供大量服務(wù)或功能接口，大大減少上傳至云數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量，緩解網(wǎng)絡(luò)帶寬壓力，同時可以更好地解決數(shù)據(jù)安全和隱私問題。邊緣計算平臺對邊緣計算領(lǐng)域的推廣和發(fā)展有著重要的意義和影響[3]。

1 邊緣計算開源平臺概述

邊緣計算系統(tǒng)是一個分布式系統(tǒng)范例，在具體實現(xiàn)過程中需要將其落地到一個計算平臺上，各個邊緣平臺之間如何相互協(xié)作提高效率，如何實現(xiàn)資源的最大利用率，對設(shè)計邊緣計算平臺、系統(tǒng)和接口帶來挑戰(zhàn)。例如，網(wǎng)絡(luò)邊緣的計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源數(shù)量眾多但在空間上分散，如何組織和統(tǒng)一管理這些資源，是一個需要解決的問題。在邊緣計算的場景下，尤其是物聯(lián)網(wǎng)，諸如傳感器之類的數(shù)據(jù)源，其軟件和硬件以及傳輸協(xié)議等具有多樣性，如何方便有效地從數(shù)據(jù)源中采集數(shù)據(jù)也是一個需要考慮的問題。此外，在網(wǎng)絡(luò)邊緣的計算資源并不豐富的條件下，如何高效地完成數(shù)據(jù)處理任務(wù)也是需要解決的問題。

目前，邊緣計算平臺的發(fā)展方興未艾。由于針對的問題不同，各邊緣計算平臺的設(shè)計多種多樣，但也不失一般性。邊緣計算平臺的一般性功能框架如圖1所示。在該框架中，資源管理功能用于管理網(wǎng)絡(luò)邊緣的計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲資源。設(shè)備接入和數(shù)據(jù)采集分別用于接入設(shè)備和從設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)。安全管理用于保障來自設(shè)備的數(shù)據(jù)的安全。平臺管理功能用于管理設(shè)備和監(jiān)測控制邊緣計算應(yīng)用的運行情況。

各邊緣計算平臺的差異可從以下方面進行對比和分析：

（1）設(shè)計目標。邊緣計算平臺的設(shè)計目標反映了其所針對解決的問題領(lǐng)域，并對平臺的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能設(shè)計有關(guān)鍵性的影響。

（2）目標用戶。在現(xiàn)有的各種邊緣計算平臺中，有部分平臺是提供給網(wǎng)絡(luò)運營商以部署邊緣云服務(wù);有的平臺則沒有限制，普通用戶可以自行在邊緣設(shè)備上部署使用。

（3）可擴展性。為滿足用戶應(yīng)用動態(tài)增加和刪除的需求，邊緣計算平臺需要具有良好的可擴展性。

（4）系統(tǒng)特點。面向不同應(yīng)用領(lǐng)域的邊緣計算開源平臺具有不同的特點，而這些特點能為邊緣計算應(yīng)用的開發(fā)或部署帶來方便。

（5）應(yīng)用場景。常見的應(yīng)用領(lǐng)域包括智能交通、智能工廠和智能家居等多種場景，還有增強現(xiàn)實（AR）/虛擬現(xiàn)實（VR）應(yīng)用、邊緣視頻處理和無人車等對響應(yīng)時延敏感的應(yīng)用場景。

根據(jù)邊緣計算平臺的設(shè)計目標和部署方式，可將目前的邊緣計算開源平臺分為3類：面向物聯(lián)網(wǎng)端的邊緣計算開源平臺、面向邊緣云服務(wù)的邊緣計算開源平臺、面向云邊融合的邊緣計算開源平臺。

2 面向物聯(lián)網(wǎng)端的邊緣計算開源平臺

面向物聯(lián)網(wǎng)端的邊緣計算開源平臺，致力于解決在開發(fā)和部署物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的過程中存在的問題，例如設(shè)備接入方式多樣性問題等。這些平臺部署于網(wǎng)關(guān)、路由器和交換機等邊緣設(shè)備，為物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算應(yīng)用提供支持。代表性的2個平臺是Linux基金會發(fā)布的EdgeX Foundry[4]和Apache軟件基金會的Apache Edgent[5]。

2.1 EdgeX Foundry

EdgeX Foundry是一個面向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算開發(fā)的標準化互操作性框架[4]，部署于路由器和交換機等邊緣設(shè)備上，為各種傳感器、設(shè)備或其他物聯(lián)網(wǎng)器件提供即插即用功能并做管理，進而收集和分析它們的數(shù)據(jù)，或?qū)С鲋吝吘売嬎銘?yīng)用或云計算中心做處理。EdgeX Foundry針對的問題是物聯(lián)網(wǎng)器件的互操作性。目前，具有大量設(shè)備的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，迫切需要結(jié)合邊緣計算的應(yīng)用;但物聯(lián)網(wǎng)的軟硬件和接入方式的多樣性給數(shù)據(jù)接入功能帶來困難，影響了邊緣計算應(yīng)用的部署。EdgeX Foundry的主旨是簡化和標準化工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算的架構(gòu)，創(chuàng)建一個圍繞互操作性組件的生態(tài)系統(tǒng)[4]。

圖2展示了EdgeX Foundry的架構(gòu)[4]。在圖中的最下方是“南側(cè)”，指的是所有物聯(lián)網(wǎng)器件，以及與這些設(shè)備、傳感器或其他物聯(lián)網(wǎng)器件直接通信的邊緣網(wǎng)絡(luò)。在圖的最上方是“北側(cè)”，指的是云計算中心或企業(yè)系統(tǒng)，以及與云中心通信的網(wǎng)絡(luò)部分。南側(cè)是數(shù)據(jù)產(chǎn)生源，而北側(cè)收集來自南側(cè)的數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)進行存儲、聚合和分析。如圖2所示，EdgeX Foundry位于南側(cè)和北側(cè)兩者之間，由一系列微服務(wù)組成，而這些微服務(wù)可以被分成4個服務(wù)層和2個底層增強系統(tǒng)服務(wù)。微服務(wù)之間通過一套通用的Restful 應(yīng)用程序編程接口（API）進行通信。

（1）設(shè)備服務(wù)層。設(shè)備服務(wù)層主要提供設(shè)備接入的功能，由多個設(shè)備服務(wù)組成。每個設(shè)備服務(wù)是用戶根據(jù)設(shè)備服務(wù)軟件開發(fā)工具包（SDK）編寫生成的一個微服務(wù)。EdgeX Foundry使用設(shè)備文件去定義一個南側(cè)設(shè)備的相關(guān)信息，包括源數(shù)據(jù)格式、存儲在EdgeX Foundry中的數(shù)據(jù)格式，以及對該設(shè)備的操作命令等信息。設(shè)備服務(wù)將來自設(shè)備的數(shù)據(jù)進行格式轉(zhuǎn)換，并發(fā)送至核心服務(wù)層。目前， EdgeX Foundry提供了消息隊列遙測傳輸協(xié)議（MQTT）、 ModBus串行通信協(xié)議和低功耗藍牙協(xié)議（BLE）等多種接入方式。

（2）核心服務(wù)層。核心服務(wù)層由核心數(shù)據(jù)、命令、元數(shù)據(jù)、注冊表和配置4個微服務(wù)組件組成。核心數(shù)據(jù)微服務(wù)存儲和管理來自南側(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)、元數(shù)據(jù)微服務(wù)存儲和管理設(shè)備的元數(shù)據(jù)。命令微服務(wù)將定義在設(shè)備文件的操作命令轉(zhuǎn)換成通用的API，提供給用戶以監(jiān)測控制該設(shè)備。注冊表和配置微服務(wù)存儲設(shè)備服務(wù)的相關(guān)信息。

（3）支持服務(wù)層。支持服務(wù)層提供邊緣分析和智能服務(wù)，以規(guī)則引擎微服務(wù)為例，允許用戶設(shè)定一些規(guī)則，當檢測到數(shù)據(jù)滿足規(guī)則要求時，將觸發(fā)一個特定的操作。例如，規(guī)則引擎可監(jiān)測控制溫度傳感器，當檢測到溫度低于25 ℃時，觸發(fā)對空調(diào)的關(guān)閉操作。

（4）導出服務(wù)層。導出服務(wù)層用于將數(shù)據(jù)傳輸至云計算中心，由客戶端注冊和分發(fā)等微服務(wù)組件組成。前者記錄已注冊的后端系統(tǒng)的相關(guān)信息，后者將對應(yīng)數(shù)據(jù)從核心服務(wù)層導出至指定客戶端。

（5）系統(tǒng)管理和安全服務(wù)。系統(tǒng)管理服務(wù)提供安裝、升級、啟動、停止和監(jiān)測EdgeX Foundry微服務(wù)的功能。安全服務(wù)用以保障來自設(shè)備的數(shù)據(jù)和對設(shè)備的操作安全。

最新版本的EdgeX Foundry沒有為用戶自定義應(yīng)用提供計算框架，用戶可以將應(yīng)用部署在網(wǎng)絡(luò)邊緣，將該應(yīng)用注冊為導出客戶端，進而將來自設(shè)備的數(shù)據(jù)導出至應(yīng)用來處理。EdgeX Foundry的設(shè)計滿足硬件和操作系統(tǒng)無關(guān)性，并采用微服務(wù)架構(gòu)。EdgeX Foundry中的所有微服務(wù)能夠以容器的形式運行于各種操作系統(tǒng)，且支持動態(tài)增加或減少功能，具有可擴展性。EdgeX Foundry的主要系統(tǒng)特點是為每個接入的設(shè)備提供通用的Restful API以操控該設(shè)備，便于大規(guī)模地監(jiān)測控制物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，滿足物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的需求。EdgeX Foundry的應(yīng)用領(lǐng)域主要在工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)，如智能工廠、智能交通等場景，以及其他需要接入多種傳感器和設(shè)備的場景。

2.2 Apache Edgent

Apache Edgent是一個開源的編程模型和微內(nèi)核風格的運行時，它可以被嵌入到邊緣設(shè)備上，用于提供對連續(xù)數(shù)據(jù)流的本地實時分析[5]。Edgent解決的問題是如何對來自邊緣設(shè)備的數(shù)據(jù)進行高效的分析處理。為加速邊緣計算應(yīng)用在數(shù)據(jù)分析處理上的開發(fā)過程，Edgent提供一個開發(fā)模型和一套API用于實現(xiàn)數(shù)據(jù)的整個分析處理流程。

基于Java等的開發(fā)環(huán)境，Edgent應(yīng)用的開發(fā)模型如圖3所示。

該模型由提供者、拓撲、數(shù)據(jù)流、數(shù)據(jù)流的分析處理、后端系統(tǒng)5個組件組成。

（1）提供者。一個提供者對象包含了有關(guān)Edgent應(yīng)用程序的運行方式和位置信息，并具有創(chuàng)建和執(zhí)行拓撲的功能。

（2）拓撲。拓撲是一個容器，描述了數(shù)據(jù)流的來源和如何更改數(shù)據(jù)流的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的輸入、處理和導出至云的過程都記錄在拓撲中。

（3）數(shù)據(jù)流。Edgent提供了多種連接器以不同方式接入數(shù)據(jù)源，比如支持消息隊列遙測傳輸（MQTT）、超文本傳輸協(xié)議（HTTP）和串口協(xié)議等，用戶還可以添加自定義代碼以控制傳感器或設(shè)備的數(shù)據(jù)輸入。

（4）數(shù)據(jù)流的分析處理。Edgent提供一系列功能性的API以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)流的過濾、分裂、變換等。

（5）后端系統(tǒng)。由于邊緣設(shè)備的計算資源稀缺，Edgent應(yīng)用程序無法支撐復雜的分析任務(wù)。用戶可以使用連接器，通過MQTT和Apache Kafka方式連接至后端系統(tǒng)，或者連接至IBM Watson IoT平臺進一步對數(shù)據(jù)做處理。

Edgent應(yīng)用可部署于運行Java虛擬機的邊緣設(shè)備中，實時分析來自傳感器和設(shè)備的數(shù)據(jù)，減少了上傳至后端系統(tǒng)如云數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)量，并降低了傳輸成本。Edgent的主要系統(tǒng)特點是提供了一套豐富的數(shù)據(jù)處理API，切合物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中數(shù)據(jù)處理的實際需求，降低應(yīng)用的開發(fā)難度并加速開發(fā)過程。Edgent的主要應(yīng)用領(lǐng)域是物聯(lián)網(wǎng)，此外，它還可以被用于分析日志、文本等類型的數(shù)據(jù)。

3 面向邊緣云服務(wù)的邊緣計算開源平臺

網(wǎng)絡(luò)運營商的網(wǎng)絡(luò)邊緣，如蜂窩網(wǎng)絡(luò)基站、中央端局和在網(wǎng)絡(luò)邊緣的小型數(shù)據(jù)中心等，是用戶接入網(wǎng)絡(luò)的地方，其計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源也可用以部署邊緣計算應(yīng)用。面向邊緣云服務(wù)的邊緣計算平臺著眼于優(yōu)化或重建網(wǎng)絡(luò)邊緣的基礎(chǔ)設(shè)施以實現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)邊緣構(gòu)建數(shù)據(jù)中心，并提供類似云中心的服務(wù)。代表性的平臺有開放網(wǎng)絡(luò)基金會（ONF）的CORD項目[6]和Linux基金會的Akraino Edge Stack項目[7]。

3.1 CORD

CORD是為網(wǎng)絡(luò)運營商推出的開源項目，旨在利用軟件定義網(wǎng)絡(luò)（SDN）、網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化（NFV）和云計算技術(shù)重構(gòu)現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)邊緣基礎(chǔ)設(shè)施，并將其打造成可靈活地提供計算和網(wǎng)絡(luò)服務(wù)的數(shù)據(jù)中心?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)邊緣基礎(chǔ)設(shè)施構(gòu)建于由電信設(shè)備供應(yīng)商提供的封閉式專有的軟硬件系統(tǒng)，不具備可擴展性，無法動態(tài)調(diào)整基礎(chǔ)設(shè)備的規(guī)模，導致資源的低效利用。CORD計劃利用商用硬件和開源軟件打造可擴展的邊緣網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)設(shè)施，并實現(xiàn)靈活的服務(wù)提供平臺，支持用戶的自定義應(yīng)用。

圖4為CORD的硬件架構(gòu)圖[6]，CORD利用商用服務(wù)器和白盒交換機提供計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源，并將網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建為葉脊拓撲架構(gòu)以支持橫向網(wǎng)絡(luò)的通信帶寬需求。此外，CORD使用專用接入硬件將移動、企業(yè)和住宅用戶接入網(wǎng)絡(luò)中。

CORD的軟件架構(gòu)[6]如圖5所示，云平臺管理項目OpenStack用以管理計算和存儲資源，創(chuàng)建和配置虛擬機以及提供基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）功能。開源網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)（ONOS）為網(wǎng)絡(luò)提供控制平面，用于管理網(wǎng)絡(luò)組件如白盒交換網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)等，并提供通信服務(wù)。容器引擎Docker使用容器技術(shù)來實例化提供給用戶的服務(wù)。服務(wù)控制平臺XOS用于整合上述軟件，以組裝、控制和組合服務(wù)。

根據(jù)用戶類型和使用案例的不同，CORD可被具體實現(xiàn)為M-CORD、R-CORD和E-CORD。以M-CORD為例，M-CORD面向無線網(wǎng)絡(luò)（特別是5G網(wǎng)絡(luò)），使用蜂窩網(wǎng)絡(luò)將用戶接入。M-CORD基于NFV和云計算技術(shù)將蜂窩網(wǎng)絡(luò)功能進行分解和虛擬化，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)功能的動態(tài)擴展同時增強資源利用率。在此基礎(chǔ)上，M-CORD支持多接入邊緣服務(wù)，為用戶提供定制服務(wù)和差異化體驗質(zhì)量（QoE）。此能力切合具備移動性的邊緣計算應(yīng)用的需求，能通過無線網(wǎng)絡(luò)為手機、無人車和無人機等移動設(shè)備的邊緣計算應(yīng)用就近提供強大的計算能力。R-CORD和E-CORD同樣可以在網(wǎng)絡(luò)邊緣支持住宅用戶或企業(yè)用戶的邊緣計算應(yīng)用，如VR和AR應(yīng)用等，以獲得更快的響應(yīng)時間和更好的服務(wù)體驗。

對于用戶而言，CORD在運營商網(wǎng)絡(luò)邊緣提供的邊緣云服務(wù)，具有與云計算相同的優(yōu)點，即無需用戶提供計算資源和搭建計算平臺，降低了軟硬件和管理成本。此外，有線和無線網(wǎng)絡(luò)的廣泛分布使用戶提交邊緣計算應(yīng)用不受地理位置的影響。目前，運營商正研究如何部署CORD，中國聯(lián)通發(fā)起成立了CORD產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟，推動CORD項目的落地。

3.2 Akraino Edge Stack

Akraino Edge Stack是一個面向高性能邊緣云服務(wù)的開源項目，并為邊緣基礎(chǔ)設(shè)施提供整體的解決方案。Akraino Edge Stack致力于發(fā)展一套開源軟件棧，用于優(yōu)化邊緣基礎(chǔ)設(shè)施的網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建和管理方式，以滿足邊緣計算云服務(wù)的要求，例如高性能、低延遲和可擴展性等。

Akraino Edge Stack項目涉及的范圍從基礎(chǔ)設(shè)施延伸至邊緣計算應(yīng)用，其范圍可以劃分為3個層面[7]。在最上面的應(yīng)用層面，Akraino Edge Stack致力于打造邊緣計算應(yīng)用程序的生態(tài)系統(tǒng)以促進應(yīng)用程序的開發(fā)。中間層面著眼于開發(fā)中間件和框架以支持上面層次的邊緣計算應(yīng)用。在這個層面中，Akraino Edge Stack將開發(fā)API和框架以接入現(xiàn)有互補性的開源邊緣計算項目，例如上述的面向物聯(lián)網(wǎng)的互操作性框架EdgeX Foundry，最大化利用開源社區(qū)的現(xiàn)有成果。在最下面的基礎(chǔ)設(shè)施層面中，Akraino Edge Stack將提供一套開源軟件棧用于優(yōu)化基礎(chǔ)設(shè)施。此外，Akraino Edge Stack為每種使用案例提供藍圖以構(gòu)建一個邊緣計算平臺。每個藍圖涵蓋上述3個層次的聲明性配置，其中包括對硬件、各層面的支撐軟件、管理工具和交付點等的聲明。

Akraino Edge Stack基于使用案例提供邊緣云服務(wù)，可部署于電信運營商的塔樓、中央端局或線纜中心等。其應(yīng)用領(lǐng)域包括邊緣視頻處理、智能城市、智能交通等。

4 面向云邊融合的邊緣計算開源平臺

云計算服務(wù)提供商是邊緣計算的重要推動者之一，基于“云邊融合”的理念，致力于將云服務(wù)能力拓展至網(wǎng)絡(luò)邊緣。目前，亞馬遜公司推出了AWS Greengrass[8] ，微軟公司推出了Azure IoT Edge[9] ，阿里云公司推出了物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算平臺Link IoT Edge[10]，微軟公司在2018年宣布將Azure IoT Edge開源。

Azure IoT Edge是一種混合云和邊緣的邊緣計算框架，旨在將云功能拓展至如路由器和交換機等具備計算能力的邊緣設(shè)備上，以獲得更低的處理時延和實時反饋。Azure IoT Edge運行于邊緣設(shè)備上，但使用與云上的Azure IoT服務(wù)相同的編程模型;因此，用戶在開發(fā)應(yīng)用的過程中除對計算能力的考量外，無需考慮邊緣設(shè)備上部署環(huán)境的差異，可以將在云上原有的應(yīng)用遷移至邊緣設(shè)備上運行。

如圖6所示，Azure IoT Edge由IoT Edge模塊、IoT Edge運行時和IoT Edge云界面組成，前兩者運行在邊緣設(shè)備上，后者則是一個在Azure云上提供服務(wù)的管理界面。

（1）IoT Edge模塊。IoT Edge模塊對應(yīng)于用戶的邊緣計算應(yīng)用程序。一個模塊鏡像即一個Docker鏡像，模塊里包含用戶的應(yīng)用代碼，而一個模塊實例就是一個運行著對應(yīng)的模塊鏡像的Docker容器。基于容器技術(shù)，IoT Edge具備可擴展性，用戶可動態(tài)添加或刪除邊緣計算應(yīng)用。由于相同的編程模型，Azure機器學習和Azure數(shù)據(jù)流分析等Azure云服務(wù)也可以部署到IoT Edge模塊，此特性便于在網(wǎng)絡(luò)邊緣部署復雜的人工智能應(yīng)用，加快了開發(fā)過程。

（2）IoT Edge運行時。IoT Edge運行時由IoT Edge中心和IoT Edge代理2個組件構(gòu)成，前者負責通信功能，后者負責部署和管理IoT Edge模塊，并監(jiān)測控制模塊的運行。IoT 中心是在Azure云上的消息管理中心，IoT Edge中心與IoT中心連接并充當其代理。IoT Edge 中心通過MQTT、高級消息隊列協(xié)議（AMQP）和HTTPS協(xié)議獲取來自傳感器和設(shè)備的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)設(shè)備接入的功能。此外，IoT Edge中心作為消息中轉(zhuǎn)站，連接IoT Edge模塊之間的消息通信。IoT Edge代理從IoT Hub接收IoT Edge模塊的部署信息，實例化該模塊，并保證該模塊的正常運行，如對故障模塊進行重啟，并將各模塊的運行狀態(tài)報告至IoT中心。

（3）IoT云界面。云界面提供了設(shè)備管理的功能。用戶通過云界面進行添加設(shè)備，部署應(yīng)用和監(jiān)測控制設(shè)備等操作，為用戶大規(guī)模部署邊緣計算應(yīng)用提供了方便。

Azure IoT Edge的主要系統(tǒng)特點是有強大的Azure云服務(wù)的支持，尤其是人工智能和數(shù)據(jù)分析服務(wù)的支持。Azure IoT Edge具有廣闊的應(yīng)用領(lǐng)域，除了物聯(lián)網(wǎng)場景，原有在云上運行的應(yīng)用也可以根據(jù)需求遷移至網(wǎng)絡(luò)邊緣上運行。目前Azure IoT Edge已有智能工廠、智能灌溉系統(tǒng)等使用案例。

5 構(gòu)建邊緣計算平臺的開源軟件

一些開源軟件能為邊緣計算平臺提供組件功能，具體包括：

（1）網(wǎng)絡(luò)管理。開源網(wǎng)絡(luò)自動化平臺（ONAP）[11]是一個為物理或虛擬網(wǎng)絡(luò)功能的自動化和實時策略驅(qū)動化編排提供平臺的開源項目，在邊緣云中可用于定制網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。Linux基金會在2018年將ONAP與其他5個功能類似的開源項目合并成LF Networking Fund[12]項目。ONOS[13]是一個開源網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，它提供一個控制平面用于管理網(wǎng)絡(luò)組件，運行軟件程序和模塊，并為終端主機提供通信服務(wù)。目前，ONAP應(yīng)用于Akraino Edge Stack項目中，ONOS應(yīng)用于CORD項目中。

（2）容器技術(shù)。Docker作為一個開源的應(yīng)用容器引擎，被多個邊緣計算平臺使用以提供靈活的應(yīng)用部署方式。Kubernetes[14]是一個對容器化應(yīng)用進行自動化部署、擴展和管理的開源項目，可用于邊緣計算平臺中以提供可靠和可擴展的容器編排。

（3）云平臺。OpenStack是一個開源的云計算管理平臺項目，可用于構(gòu)建邊緣云，管理邊緣云基礎(chǔ)設(shè)備的計算、存儲和網(wǎng)絡(luò)資源。StarlingX[15]是一個用于構(gòu)建分布式邊緣云的開源項目，提供一套完整的云基礎(chǔ)架構(gòu)軟件棧，現(xiàn)應(yīng)用于Akraino Edge Stack項目中。

（4）人工智能技術(shù)。引入人工智能技術(shù)是邊緣計算的發(fā)展趨勢之一。Acumos 人工智能（AI）[16]是一個用于訓練、部署和共享AI應(yīng)用程序的開源框架，可用于邊緣云中以提供AI邊緣計算應(yīng)用的快速開發(fā)和部署。Acumos AI目前已用于Akraino Edge Stack項目中。

6 結(jié)束語

邊緣計算平臺為基于邊緣計算的應(yīng)用提供了一種降低延遲、提高數(shù)據(jù)處理實時性的架構(gòu)和軟件棧支撐。目前，邊緣計算平臺仍處于快速發(fā)展時期，本文中我們對其未來的發(fā)展趨勢進行如下分析：

（1）面向特定應(yīng)用場景的專用性邊緣計算平臺將迅速發(fā)展。目前，智能家居、智能工廠和智慧城市都是受關(guān)注的應(yīng)用場景，如何系統(tǒng)化支持這些場景的功能需求是邊緣計算平臺的發(fā)展趨勢之一。

（2）邊緣計算平臺的數(shù)據(jù)安全與隱私保護問題將變得更加突出。邊緣設(shè)備相互協(xié)作時的數(shù)據(jù)安全如何保證，邊緣平臺如何避免暴露用戶的位置隱私信息、尤其是邊緣計算設(shè)備的計算資源，存儲能力有限，使得邊緣計算平臺的安全防御具有更高的挑戰(zhàn)性。

（3）邊緣計算平臺將結(jié)合更多人工智能技術(shù)。目前，以深度學習為代表的人工智能技術(shù)發(fā)展十分迅速，但“智能邊緣”的研究才剛剛起步，未來的邊緣計算平臺將引入人工智能技術(shù)，實現(xiàn)邊緣數(shù)據(jù)的智能處理。

參考文獻

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[16] Acumos AI[EB/OL]. [2018-12-30]. https：//www.acumos.org/

作者簡介

梁家越，中山大學數(shù)據(jù)科學與計算機學院在讀碩士研究生;研究方向為邊緣計算。

劉斌，中國科學院電子學研究所在讀博士生;研究方向為邊緣計算。

劉芳，中山大學數(shù)據(jù)科學與計算機學院副教授;研究方向為計算機系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與存儲技術(shù);先后主持和參加國家自然科學基金、科技部重點研發(fā)、“863”計劃等項目10余項;獲中山大學“百人計劃”中青年杰出人才，并獲軍隊科技進步二等獎1次;發(fā)表論文70余篇，授權(quán)國家發(fā)明專利10余項。