趙 楠

[遼寧省圖書館（遼寧省古籍保護(hù)中心），遼寧 沈陽 110167]

隨著大數(shù)據(jù)、人工智能、5G、物聯(lián)網(wǎng)等一系列新技術(shù)的飛速發(fā)展，人類社會已經(jīng)進(jìn)入了萬物互聯(lián)的時代?！?021年夏季物聯(lián)網(wǎng)狀況》和《蜂窩物聯(lián)網(wǎng)和低功耗廣域（LPWA）市場追蹤（2021年第三季度）》指出，2020年全球物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接數(shù)量達(dá)到113億臺，預(yù)測到2025年全球物聯(lián)網(wǎng)終端連接數(shù)量將達(dá)到270億臺[1]?！度蚰甓仍浦笖?shù)報(bào)告（2016—2021）》預(yù)測，到2021年全球云數(shù)據(jù)中心流量將達(dá)到每年19.5ZB[2]。面對海量的設(shè)備和數(shù)據(jù)接入，云計(jì)算能力將無法滿足海量數(shù)據(jù)的實(shí)時處理請求。因此，為了緩解云中心的傳輸、存儲和計(jì)算壓力，引入了邊緣計(jì)算這種新形式。Gartner數(shù)據(jù)顯示，到2022年將有65%的數(shù)據(jù)會在邊緣計(jì)算中心存儲和處理，未來1～3年邊緣計(jì)算將進(jìn)入規(guī)模商業(yè)部署期，在電力、交通、制造、智慧城市等多個價值行業(yè)大規(guī)模應(yīng)用。

圖書館是城市的資源中心、文化中心，其各種設(shè)備與數(shù)據(jù)也會接入網(wǎng)絡(luò)上傳到云中心。為了提升廣大用戶的體驗(yàn)，應(yīng)建立“端+邊緣+云”的基礎(chǔ)架構(gòu)，以促進(jìn)智慧圖書館的建設(shè)和發(fā)展。

1 邊緣計(jì)算

1.1 邊緣計(jì)算的定義

隨著5G、云計(jì)算等技術(shù)的發(fā)展，智能設(shè)備越來越多，若將所有的計(jì)算都放在中心，會影響網(wǎng)絡(luò)響應(yīng)和體驗(yàn)感。邊緣計(jì)算是相對于傳統(tǒng)集中計(jì)算而言，將工作負(fù)載部署在邊緣的一種計(jì)算方式，可在數(shù)據(jù)采集源附近實(shí)時處理和分析數(shù)據(jù)，把云上的部分能力向邊緣延伸，在使用邊緣計(jì)算時，數(shù)據(jù)不需要上傳到云端或集中式數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。

1.2 邊緣計(jì)算的特點(diǎn)

1.2.1 低延時

低延時是業(yè)界公認(rèn)的邊緣計(jì)算的代表性特點(diǎn)。邊緣計(jì)算的部署非?？拷畔⒃?，海量的數(shù)據(jù)信息直接在邊緣設(shè)備進(jìn)行處理，不再需要上傳到云計(jì)算中心，大大降低了網(wǎng)絡(luò)延時，使得反饋更加及時。

1.2.2 高可靠

如果將物聯(lián)網(wǎng)中的全部數(shù)據(jù)上傳到云計(jì)算中心，會增加數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險，而邊緣計(jì)算恰好可以解決這類安全問題，可以將數(shù)據(jù)在本地運(yùn)行而不用通過網(wǎng)絡(luò)上傳到云計(jì)算中心，降低了數(shù)據(jù)泄露的風(fēng)險。另外，邊緣計(jì)算的數(shù)據(jù)存儲、計(jì)算和應(yīng)用都在本地設(shè)備上，受網(wǎng)絡(luò)故障的影響小，同時能有效均衡負(fù)載，合理調(diào)度計(jì)算資源，保護(hù)用戶服務(wù)的全天候性[3]。

1.2.3 分布性

邊緣計(jì)算分布在多個空間，通過線路將分布在不同空間的計(jì)算機(jī)連接起來，實(shí)現(xiàn)了邊緣計(jì)算的分布性。這一特點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)要求邊緣計(jì)算具備分布式的調(diào)度機(jī)制、網(wǎng)絡(luò)管理、資源管理和安防技術(shù)等能力。

1.2.4 高智能

邊緣計(jì)算一般與人工智能相結(jié)合，使其向智能化發(fā)展。云邊組合的原理是利用前置的智能算法，通過邊緣設(shè)備的計(jì)算能力來進(jìn)行預(yù)處理，以降低云計(jì)算的壓力，使云計(jì)算中心作出更高效的分析。因此將智能設(shè)備嵌入邊緣設(shè)備中，能使邊緣設(shè)備具有智能感知的能力，從而為廣大用戶提供便捷的智能服務(wù)。

2 智慧圖書館

2.1 智慧圖書館的概念

智慧圖書館是數(shù)字圖書館的最高級別，是智能建筑與高度自動化管理的數(shù)字圖書館的有機(jī)結(jié)合和創(chuàng)新。智慧圖書館不受時間和空間限制但能夠被切實(shí)感知，它通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智慧化的服務(wù)和管理，運(yùn)用云計(jì)算、智慧化的設(shè)備來改造傳統(tǒng)意義上的圖書館。

2.2 智慧圖書館服務(wù)的特點(diǎn)

2.2.1 泛在性

智慧圖書館服務(wù)的泛在性指服務(wù)無處不在，是一種打破時間和空間限制的服務(wù)[4]。在各種新技術(shù)的支持下，圖書館實(shí)現(xiàn)了書與書、書與人、人與人的互聯(lián)，擺脫了時間和空間的限制，讀者可以在任何時間、任何地點(diǎn)獲得圖書館的資源及服務(wù)。

2.2.2 高效智能性

智慧圖書館的發(fā)展目標(biāo)是提供高效、敏感、智能的服務(wù)。隨著館舍的擴(kuò)建和基礎(chǔ)設(shè)施的增加，數(shù)據(jù)信息量也不斷增加，因此圖書館不斷運(yùn)用智能設(shè)備與新技術(shù)以提高服務(wù)質(zhì)量、滿足廣大讀者的需求。

2.2.3 個性化

圖書館服務(wù)的對象是廣大的讀者，由于不同的讀者需求各異，因此圖書館要針對不同的讀者需求提供個性化推送和定制服務(wù)。目前，智慧圖書館可用大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)對讀者的行為路徑進(jìn)行深層次的統(tǒng)計(jì)、挖掘、分析，為讀者提供針對性地服務(wù)，體現(xiàn)服務(wù)的個性化。

2.3 智慧圖書館與邊緣計(jì)算

華僑大學(xué)的嚴(yán)棟指出，智慧圖書館=圖書館+云計(jì)算+物聯(lián)網(wǎng)+智能化設(shè)備，通過物聯(lián)網(wǎng)來實(shí)現(xiàn)智慧化的服務(wù)和管理[5]。智慧圖書館具有實(shí)時性強(qiáng)、處理能力要求高、數(shù)據(jù)量大等特點(diǎn)，而邊緣計(jì)算具有的低延時、靠近數(shù)據(jù)源處理能力強(qiáng)、安全性高等優(yōu)勢，使其可為智慧圖書館建設(shè)提供重要技術(shù)支撐，促進(jìn)智慧圖書館的發(fā)展。

3 邊緣計(jì)算在智慧圖書館中的可行性分析

邊緣計(jì)算的應(yīng)用場景具備實(shí)時性高、數(shù)據(jù)量大、本地化需求強(qiáng)的特點(diǎn)，而智慧圖書館的應(yīng)用場景恰好滿足條件[6]，因此邊緣計(jì)算在智慧圖書館中是適用的。

3.1 智慧圖書館的高效性與智能化需求

高效性和智能化是智慧圖書館的主要特征，而邊緣計(jì)算恰好可以推進(jìn)館內(nèi)資源利用的高效化和空間資源的智能化，提高廣大讀者的滿意度。如，在館內(nèi)資源利用方面，當(dāng)讀者發(fā)出檢索資源請求時，邊緣計(jì)算設(shè)備可在靠近數(shù)據(jù)處進(jìn)行響應(yīng)計(jì)算，不必將數(shù)據(jù)傳輸至云計(jì)算中心，大大縮短了響應(yīng)時間，提高了資源利用效率，提升讀者滿意度；在館舍設(shè)備資源利用方面，邊緣設(shè)備可以對館內(nèi)的溫濕度傳感器、照明傳感器進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)館內(nèi)的溫濕度和照明，為廣大讀者提供更加舒適的閱讀環(huán)境，從而實(shí)現(xiàn)對館內(nèi)空間資源的智能化管理。

3.2 智能圖書館的低延時與高安全需求

智慧圖書館的服務(wù)應(yīng)是高效、敏捷和便利的。能夠?qū)⒋罅繑?shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時有效地處理是智慧圖書館提供智慧服務(wù)的前提。如果將數(shù)據(jù)全部上傳至云計(jì)算中心，則會面臨響應(yīng)速度慢、不能進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控以及網(wǎng)絡(luò)安全面臨巨大威脅等一系列問題。邊緣計(jì)算的出現(xiàn)可以解決以上問題。一方面，邊緣計(jì)算可在本地進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控和計(jì)算，提高運(yùn)算速率，做到實(shí)時響應(yīng)；另一方面，邊緣計(jì)算可以只將計(jì)算結(jié)果上傳至云中心，對帶寬和網(wǎng)絡(luò)安全的要求有所降低。因此，邊緣計(jì)算滿足了智慧圖書館的低延時與高安全的需求。

3.3 邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)化的推進(jìn)

2014年，歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會率先發(fā)布《邊緣計(jì)算白皮書》[7]，拉開了邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)化的序幕。2017年亞馬遜推出了邊緣計(jì)算產(chǎn)品，2018年谷歌公司也推出了兩款邊緣計(jì)算產(chǎn)品。我國邊緣計(jì)算緊跟步伐，2016年華為公司發(fā)起了邊緣計(jì)算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟[8]，2018年百度云發(fā)布了自己的邊緣計(jì)算產(chǎn)品?？梢?，國內(nèi)外邊緣計(jì)算正迅猛發(fā)展，并不斷加速應(yīng)用的落地。如，中興通訊在制造業(yè)、車聯(lián)網(wǎng)、智能電網(wǎng)等多領(lǐng)域進(jìn)行邊緣計(jì)算研究并成功實(shí)踐[9]。相信，在不久的將來邊緣計(jì)算會越來越成熟，在智慧圖書館中的應(yīng)用也將成為大勢所趨。

4 邊緣計(jì)算在智慧圖書館中的架構(gòu)

筆者針對邊緣計(jì)算和智慧圖書館服務(wù)的特點(diǎn)，將邊緣計(jì)算融入智慧圖書館的構(gòu)建框架中，并將其分為數(shù)據(jù)采集層、處理層和應(yīng)用層3層架構(gòu)（如圖1所示）。

圖1 邊緣計(jì)算在智慧圖書館中的架構(gòu)

4.1 數(shù)據(jù)采集層

數(shù)據(jù)采集層由各種監(jiān)控設(shè)備、傳感器以及數(shù)據(jù)采集插件構(gòu)成，主要用于實(shí)時采集數(shù)據(jù)?？梢圆捎梅乔秩胧綌?shù)據(jù)采集的方法，采集第三方系統(tǒng)的監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)，并不斷向邊緣計(jì)算層發(fā)送。這樣不但滿足了數(shù)據(jù)采集的需求，還能減少對原平臺的改動，節(jié)省經(jīng)費(fèi)的同時降低了實(shí)現(xiàn)難度。

4.2 數(shù)據(jù)處理層

數(shù)據(jù)處理層由邊緣計(jì)算中心和云計(jì)算中心兩部分組成。邊緣計(jì)算中心可由網(wǎng)關(guān)、邊緣服務(wù)器等組成，通過網(wǎng)絡(luò)鏈接和協(xié)議轉(zhuǎn)換連接終端設(shè)備和數(shù)字世界，執(zhí)行數(shù)據(jù)的計(jì)算功能。云計(jì)算中心本質(zhì)是一個超級計(jì)算機(jī)，主要功能是云存儲服務(wù)。

4.3 數(shù)據(jù)應(yīng)用層

數(shù)據(jù)應(yīng)用層由網(wǎng)絡(luò)檢測、移動服務(wù)、計(jì)算應(yīng)用、架構(gòu)平臺、機(jī)房檢測、自助設(shè)備檢測等應(yīng)用組成。它可以覆蓋運(yùn)維人員的日常監(jiān)測、監(jiān)控，強(qiáng)化圖書館對資源和設(shè)備的掌控，縮短響應(yīng)時間，形成一體化的計(jì)算體系。

5 邊緣計(jì)算在智慧圖書館中的應(yīng)用

智慧圖書館利用5G、大數(shù)據(jù)、AI、區(qū)塊鏈、邊緣計(jì)算等技術(shù)實(shí)現(xiàn)全方位感知和更廣泛的互聯(lián)互通，提供智慧泛在的個性化服務(wù)[10]。智慧圖書館可以通過物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)智慧化管理，借助高科技為讀者提供無時不在、無處不在的全方位智慧服務(wù)，是一種高質(zhì)量的圖書館服務(wù)模式。

5.1 實(shí)時安防保護(hù)

在智慧圖書館中通過物聯(lián)網(wǎng)可以連接大量的傳感器，這些傳感器采用AI技術(shù)對館內(nèi)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，以提升安全性和舒適性，滿足廣大讀者對館內(nèi)空間資源服務(wù)的需求。利用邊緣計(jì)算可以加強(qiáng)實(shí)時監(jiān)控安全體系的建設(shè)。如，在安全巡檢中，邊緣計(jì)算可支撐館內(nèi)攝像頭、溫濕度傳感器、智能機(jī)器人等設(shè)備的實(shí)時監(jiān)控預(yù)警；可在靠近數(shù)據(jù)源處將信息數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并將有問題的視頻數(shù)據(jù)與其周邊攝像頭進(jìn)行聯(lián)動和安全追蹤；可以增強(qiáng)終端認(rèn)證能力，建立身份管理系統(tǒng)，保證入網(wǎng)的設(shè)備具有合法性。

5.2 增強(qiáng)用戶體驗(yàn)

智慧圖書館可通過智慧服務(wù)給廣大用戶提供一個全面感知、個性共情的環(huán)境，使之成為有思維、有感情的生命體[11]。目前AR/VR廣泛應(yīng)用于智慧圖書館中，邊緣計(jì)算可在AR/VR的計(jì)算中成為關(guān)鍵環(huán)節(jié)。可將AR/VR的計(jì)算任務(wù)放在靠近數(shù)據(jù)源的邊緣計(jì)算中，從而有效降低延時，更好地連接虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界，提升用戶的互動體驗(yàn)?？赏ㄟ^大數(shù)據(jù)分析從海量數(shù)據(jù)中挖掘出有價值的信息，助力圖書館為用戶提供基于情景需求的精準(zhǔn)化服務(wù)。

5.3 推進(jìn)個性化服務(wù)

目前社會已經(jīng)進(jìn)入大數(shù)據(jù)時代，未來必然是一個數(shù)據(jù)治理、數(shù)據(jù)共享、數(shù)據(jù)決策的社會，因此數(shù)據(jù)化在智慧圖書館必然會起到舉足輕重的作用。圖書館中的數(shù)據(jù)越來越多，而用戶的需求往往是有時效性的，一旦圖書館所提供的服務(wù)脫離了用戶產(chǎn)生需求的場景，就會大大降低其服務(wù)體驗(yàn)。因此，可借助邊緣計(jì)算的低延時特性，實(shí)時掌握動態(tài)信息，完成智慧服務(wù)?？赏ㄟ^設(shè)備對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，進(jìn)而獲得更加有價值的信息以洞察用戶的真實(shí)需求。當(dāng)用戶發(fā)出某個請求時，邊緣設(shè)備立即用各種算法進(jìn)行各種數(shù)據(jù)組合，通過端到端、端到云互補(bǔ)的模式實(shí)現(xiàn)本地化、智能化的個性化推送，提升用戶體驗(yàn)[12]。

5.4 助力運(yùn)營決策

圖書館運(yùn)營決策的制定很大程度上依賴館內(nèi)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)，而邊緣計(jì)算低延時的特點(diǎn)可提高運(yùn)營決策的精細(xì)性和實(shí)時性。

5.4.1 用戶行為數(shù)據(jù)更加精細(xì)

圖書館內(nèi)可收集用戶和終端設(shè)備的各種交互信息，通過邊緣計(jì)算實(shí)時掌握用戶在各類交互設(shè)備上的頁面的訪問量、訪問時長等情況。通過這些信息可計(jì)算出熱點(diǎn)頁面、熱點(diǎn)菜單與熱點(diǎn)活動等，從而調(diào)整頁面布局、菜單位置、活動順序等，使決策更加精細(xì)化。

5.4.2 統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)實(shí)時化

圖書館內(nèi)系統(tǒng)可以統(tǒng)計(jì)出每日用戶與圖書館之間的交互數(shù)據(jù)信息（包括App、數(shù)據(jù)庫、微信、微博、借閱信息等）。通過這些數(shù)據(jù)信息可以了解每日訪問量、新增用戶、用戶活躍項(xiàng)目、用戶在線時長等。通過邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)可對數(shù)據(jù)進(jìn)行就近快速處理，使圖書館決策者實(shí)時掌握用戶的動態(tài)，為后續(xù)圖書館制定資源使用方案、優(yōu)化管理提供依據(jù)。

6 結(jié)語

當(dāng)前，邊緣計(jì)算在智慧圖書館中的應(yīng)用還處于初級階段，仍然面臨著很多的問題。相信在5G、云計(jì)算、人工智能等諸多新技術(shù)的融合加持下，邊緣計(jì)算還會發(fā)揮出更大的應(yīng)用潛力，推動智慧圖書館的發(fā)展。