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边缘计算方法与工程实践


边缘计算方法与工程实践

作  者:张骏

出 版 社:电子工业出版社

出版时间:2019年07月

定  价:99.00

I S B N :9787121366727

所属分类: 专业科技  >  计算机/网络  >  网络与数据通信    

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TOP内容简介

《边缘计算方法与工程实践》以工程实践为导向,详细阐述和分析了边缘计算的整体技术细节。本书对边缘计算的概念、原理、基础架构、软件架构、安全管理等方面都进行了深入剖析,并对业界的发展现状进行了全面介绍。通过大量的工程应用实例,将边缘计算从抽象的概念联系到实际应用,加深读者对边缘计算的理解,并进一步掌握边缘计算架构设计的方法和理念。同时,本书对边缘计算的前景、发展趋势以及面临的挑战也进行了阐述和探讨,通过抛砖引玉,希望触发业界深入思考如何推进边缘计算大规模商用开发部署。

《边缘计算方法与工程实践》适合有一定理论基础的从业者、研究者或高校师生阅读,尤其适合在行业内进行边缘计算应用的开发工程师学习,也适合相关领域的开发人员和科研人员参考。

TOP作者简介

张骏

英特尔平台系统架构师,从事通信系统、数据中心云架构系统设计15余年。近年来主导推动边缘计算系统创新架构在国内互联网厂商的开发和部署,解决新型业务需求挑战。

祝鲲业

英特尔数据中心部门云计算中国区总监,拥有多年服务器研发经验。

陆科进

英特尔系统软件架构师,目前致力于机器人操作系统生态和边缘计算云原生开源软件栈及操作系统研发。

问治国

英特尔数据中心部门硬件架构师,长期从事物联网与云边缘计算产品开发和设计工作。

周超

英特尔数据中心网络部门平台构架师,长期从事x86服务器和网络系统设计和开发,专注uCPE、边缘计算和云等新技术领域。

刘敬

英特尔数据中心部门服务器系统集成研发经理,拥有多年商用服务器系统研发经验。

吴敏

从事英特尔x86服务器主板及系统设计,目前致力于物联网服务器应用。

TOP目录

第1章  边缘计算综述

1.1  边缘计算概述和定义

1.1.1  边缘计算简介

1.1.2  边缘计算发展历史

1.1.3  边缘计算发展契机

1.1.4  边缘计算发展现状

1.1.5  边缘计算定义 

1.2  边缘计算原理

1.2.1  边缘计算基本结构和特点

1.2.2  业界新技术一览

参考文献

 

第2章  边缘计算基础资源架构技术

2.1  边缘计算与前沿技术的关联和融合

2.1.1  边缘计算和云计算

2.1.2  边缘计算和大数据

2.1.3  边缘计算和人工智能

2.1.4  边缘计算和5G

2.1.5  边缘计算和物联网

2.2  边缘计算优势、覆盖范围和基础资源架构准则

2.2.1  边缘计算优势

2.2.2  边缘计算覆盖范围

2.2.3  边缘计算基础资源架构准则

2.3  边缘计算架构

2.3.1  边缘计算架构的组成

2.3.2  边缘计算平台架构

2.3.3  边缘计算平台架构选型

2.3.4  机器学习在边缘计算架构中的演进

2.4  边缘计算相关网络

2.4.1  通信网络

2.4.2  边缘计算网络需求

2.4.3  边缘计算网络发展趋势

2.4.4  国内运营商网络演进

2.4.5  小  结

2.5  边缘存储架构

2.5.1  什么是边缘存储

2.5.2  边缘存储的优势

2.5.3  边缘数据和存储类型

2.5.4  边缘分布式存储

参考文献

 

第3章  边缘计算软件架构

3.1  云原生

3.1.1  边缘计算的诞生

3.1.2  单体架构和基于微服务的云原生架构

3.2  微服务

3.2.1  微服务的架构组成

3.2.2  边缘计算中的微服务

3.3  边缘计算的软件系统

3.3.1  边缘的硬件基础设施

3.3.2  容器技术

3.3.3  容器虚拟化

3.3.4  容器管理编排和Kubernetes

3.3.5  边缘平台操作系统

3.3.6  基于StarlingX的边缘云平台

参考文献

 

第4章  边缘计算安全管理

4.1  信息系统安全概述

4.1.1  安全目标

4.1.2  平台安全

4.2  边缘计算安全

4.2.1  核心设施安全

4.2.2  边缘服务器安全

4.2.3  边缘网络安全

4.2.4  边缘设备安全

4.3  边缘计算安全技术分析

4.3.1  数据保密

4.3.2  数据完整性

4.3.3  安全数据计算

4.3.4  身份认证

4.3.5  访问控制

4.3.6  隐私保护

4.4  边缘计算安全威胁现状与发展

4.5  边缘计算轻量级可信计算硬件发展

4.5.1  基于加密体制的身份认证硬件设计

4.5.2  物理不可克隆的硬件设计

4.5.3  数据安全硬件设计

4.6  边缘计算安全技术应用方案

4.6.1  雾计算中边缘数据中心的安全认证

4.6.2  雾计算系统在无人机安全领域的应用

4.6.3  边缘计算中区块链安全技术在车辆自组织架构中的应用

参考文献

 

第5章  边缘计算应用案例

5.1  智慧城市和无人零售

5.1.1  智慧城市的边缘云计算应用

5.1.2  新零售中的边缘云计算应用

5.1.3  边缘计算在无人零售中的应用

5.1.4  边缘计算在无界零售中的应用

5.2  自动驾驶

5.2.1  边缘计算在自动驾驶中的应用场景

5.2.2  自动驾驶的边缘计算架构

5.2.3  案例分析

5.3  智能电网

5.4  智慧医疗

5.4.1  智慧医疗背景

5.4.2  智慧医疗发展情况

5.4.3  边缘计算加速智慧医疗落地

5.4.4  边缘计算在智慧医疗中的应用场景

5.4.5  智慧医疗的边缘计算架构

5.4.6  案例分析

5.5  智能家居

5.5.1  智能家居应用场景

5.5.2  智能家居发展现状

5.5.3  智能家居的边缘计算架构

5.5.4  案例分析

5.6  智能工厂

5.6.1  边缘计算在智能工厂中的应用场景

5.6.2  智能制造的边缘计算架构

5.6.3  案例分析

5.7  边缘CDN运用

5.7.1  边缘CDN技术演进

5.7.2  边缘CDN市场背景

5.7.3  边缘CDN商业应用实例

5.8  uCPE通用客户端边缘设备

5.8.1  uCPE主要支持业务

5.8.2  uCPE一站式开放架构和参考方案

5.8.3  uCPE硬件白盒方案

5.8.4  uCPE软件参考SDK

5.8.5  案例分析

5.9  Kata Containers百度边缘网络计算应用

5.9.1  百度边缘网络计算架构

5.9.2  百度计算容器框架

5.9.3  Kata Containers应用在边缘反爬取安全案例

5.9.4  Kata Containers百度边缘网络安全技术迭代方向

参考文献

 

第6章  边缘计算发展展望

6.1  边缘计算规模商用部署面临的挑战

6.2  边缘计算核心技术走势

6.2.1  SDN发展趋势

6.2.2  信息中心网络

6.2.3  服务管理

6.2.4  算法执行框架

6.2.5  区块链

6.3  边缘计算未来发展典型场景探讨

6.3.1  智能家居发展趋势

6.3.2  智慧医疗未来场景

6.3.3  智能制造发展趋势

6.3.4  边缘计算赋能视频行业

6.4  边缘计算前沿整体方案展望和探讨

6.4.1  OTE标准参考架构

6.4.2  应用案例:OTE边缘加密

6.4.3  OTE展望和探讨

参考文献

TOP书摘

作者序言

图灵奖得主David Patterson与John Hennessy认为,未来十年将是计算机体系结构新的黄金时代。确实如此,互联网和云计算从业人员是幸运的,经历了搜索引擎、电子商务、社交网络等互联网应用带来的超大规模计算架构的快速发展,当前正处在云计算大行其道的洪流之中,并期待着AI产业跨越核心技术的鸿沟。我们深感计算架构的迭代如此之快,新想法和新技术层出不穷、百花齐放,我们可以痛快地在工作和学习中汲取营养,快速提升认知。而当下,边缘计算正是其中热度最高的技术领域之一,学术界和产业界看到“云-边-端”协同将带来更广阔的想象空间,边缘计算的时代即将到来,未来计算将无处不在。

该书作者所在的团队专门从事边缘计算研究和实践,并且重点关注边缘计算软硬件协同设计,根据边缘计算的特定应用场景已设计了一系列的硬件产品。也正是因为在实际项目中的合作,有幸结识作者和该团队的技术专家。作者不仅对计算架构有深刻理解,也通过和互联网企业的长期合作,积累了大量的实践经验,并将这个领域相关的知识和实践编纂成书。

边缘计算正处于随着产业的快速发展、不断进化的过程中,因此,学术界、产业界等不同领域的同仁对边缘计算的理解会略有不同,往往容易造成困惑,但本质都是在靠近数据源的网络边缘某处就近提供服务。作者通过广泛接触行业应用,获得一手的信息和资料,从云计算、产业互联网的角度给读者全新的呈现。该书涵盖边缘计算的原理、计算架构、软件架构和应用场景,对于希望全面了解边缘计算相关技术的互联网从业人员,无疑是比较好的参阅资料。相信读者即便不是从业人员,通过本书也可以理解互联网、云计算的相关技术。

伴随着5G和AI的脚步临近,相信5G会给边缘计算带来更广阔的外延,AI会给边缘计算带来更丰富的场景。我邀请大家跟我们一起来探讨边缘计算的无限可能,并且在实践中去解决实际的问题,共同推动产业的进步。最后,衷心祝贺此书的出版!

刘  宁

百度系统部总监

 

当2006年亚马逊正式推出EC2服务时,全世界第一次真实感受到了云计算服务,也把我们带入了“云”的时代。从那时起,我们开始尝试和体验各种类型的云服务,也开始接受云服务对我们生活的改变。经过十多年的发展,我们已经完全接受云服务,正如当初我们接受互联网一样。

技术永远都在不断进步。当互联网已经成为我们生活的一部分,当云服务已经如同我们使用的水和电一样方便的时候,未来还有什么新的技术方向在等待着我们?随着5G和IPv6的建设、发展和普及,互联网会进入下一个发展阶段——IoT(Internet of Things)。因为我们将依赖互联网和5G高速接入网络实现万物互联,让互联网从计算机、平板、智能手机延伸到我们身边的每一个智能终端设备,更加深入生活的方方面面。云计算作为基础设施服务,如何适应万物互联,如何适应AI全面发展,如何适应人们对美好生活向往的要求,成为我们要面对的挑战。让云服务更加靠近边缘,让计算、存储、网络延展到互联网的边缘甚至每个家庭的互联网关上,就是云计算发展的未来。CDN服务将网站的集中式访问拓展到边缘,将互联服务从中心化服务延展到网络边缘,实现网站的存储、网络边缘化,进而推动和支撑了互联网的快速发展。边缘计算将现在的计算能力边缘化,将成为云计算发展的一个必然趋势。

虽然边缘计算是未来云计算发展的方向,但目前它还是一个新的概念,正如本书所说,对于边缘计算的定义,目前业界还没有一个统一的严格定义。边缘计算正处在百家争鸣的发展时期,我才更觉得本书的出版对这个领域的发展具有深远意义。

本书从边缘计算的演变和概念切入,让读者充分理解边缘计算并不是云计算简化版的边缘化部署,也不是为了颠覆云计算而横空出世的杀手级服务,它是为了让云计算能更加广泛地满足未来5G的发展和AI市场的需求而诞生的。书中围绕边缘计算的基础技术架构、软件架构、网络架构、存储架构等各个方面,进行了深入浅出地阐述,详细说明边缘计算的各种类型,让读者从理论上对边缘计算能有一个清晰地认识和理解。在云计算当中,安全服务已经越来越受到关注,所以我们在研究边缘计算的时候,从一开始就要考虑如何在广泛分布的边缘计算节点上规划好安全管理工作,做到未雨绸缪。正是从这一点出发,书中用了大量篇幅对边缘计算的相关安全管理进行了系统化的分析。本书还有一个非常大的特点,就是不仅仅从理论上对边缘计算进行研究和分析,还从众多行业领先企业的视角出发,通过大量的最新应用实践展现出缤纷灿烂的行业画卷,让读者感受到更加真实的技术应用场景,从而激发出更大的创造力。

在20年前,当我们开始研究边缘计算的第一种业务形态——CDN的时候,没有任何关于 CDN方面的专业书籍;在10年前,当我们开始研究云计算的时候,也没有太多的专业书籍可供学习和参考,更不要说行业实践案例,一切都是边做边学,摸着石头过河。在边缘计算刚刚出现的今天,就有这样一本能从理论和实践两个方面对边缘计算进行全面介绍的书籍,相信一定会对这个行业的技术发展起到巨大的推动作用。

宗  劼

金山云CDN及视频云产品中心总经理

 

1946年,第一代电子管计算机——ENIAC(The Electronic Numerical Integrator And Computer)在费城公诸于世,标志着现代计算机的诞生。从此以后在不到一个世纪的人类发展史上,以数据为基础、以网络为媒介、以计算为核心的科技发展以迅雷不及掩耳的速度极速发展,日新月异。特别是进入新世纪的近二十年以来,全球进入了移动互联网时代,人与人、人与物之间的数据井喷,产生的数据量相当于过去数世纪的数据量的总和,并持续以指数级的数量增加。以大数据处理为核心的云计算服务取代过去以终端计算为核心的服务,并迅速为全世界所接受。特别是2006年亚马逊正式推出了EC2的服务,标志着人类进入了“云”的时代。以计算、软件、网络、终端等为核心业务的各类企业开始纷纷转型,并为不同行业和个人提供各类云服务,诞生了亚马逊、微软、阿里巴巴等云服务全球领导者。经过十多年的发展,云服务已经影响到企业和个人生活的方方面面。

随着5G技术的不断成熟和即将商业落地,过去主要以人与人、人与物之间进行互联的互联网技术开始朝向万物互联的方向发展,特别是在物与物之间进行互联,人类开始进入工业互联网时代。2018年,富士康工业互联网公司成功在A股上市,吹响了传统企业向工业互联网全面转型的号角。在工业互联网时代,每个设备都将成为整个运算架构的一份子,不仅是数据的生产者,也是数据的消费者。但每个设备、每个过程产生数据的方式可能不同,大小可能相异,格式更是五花八门,如何处理这些大量异构的数据将是工业互联网时代亟需解决的难题。同时每个设备联网方式不一,无线网络和有线网络并存,甚至还有各种孤岛设备,如何确保不同的联网设备和孤岛设备能够实现实时数据交换,是工业互联网时代另外一个需要解决的难题。更为关键的是,工业互联网时代的每个设备的数据或因安全问题,或因数据的实时性问题,需要在本地进行即时处理,否则将因为网络时延或安全而导致数据处理的滞后或生产数据的丢失。因此,在工业互联网时代,如何对“六流”(人流、物流、过程流、金流、讯流、技术流)过程中所产生的异构数据同构化,并且进行实时安全的处理,如何通过DT(Data Technology)、AT(Analytical Technology)、PT(Platform Technology)、OT(Operation Technology)等四类不同数据分析手段对数据进行分析处理,并且进行深度学习,是我们需要面对的挑战,解决之道就是边缘计算。

边缘计算的雏形其实早在20年前就已经以CDN的方式出现,其主要业务形态是内容存储和网络分发,并没有对计算有特别的要求。随着大数据的爆发和物联网的广泛应用,边缘的内涵和外延开始不断拓展,场景也不断扩大,特别是工业互联网的到来,网络边缘已经延伸到人们的衣食住行各个方面,诞生了智慧出行、智慧城市、智慧家居、智慧工厂等各种不同的边缘应用场景。过往“云-端”架构在网络类型和带宽、数据实时、安全可控等方面已经不能满足要求,高稳定、高效能、大带宽和低时延将会是整个边缘计算的基本需求。以计算为核心内涵的边缘计算作为一个独立的概念在最近几年被正式提出并得到广泛响应与应用,“云-端”架构被“云-边-端”架构正式取代。透过边缘计算,把云和端联系起来,把云计算服务延伸至边缘,实现计算的本地化、边缘化,数据的同构化,同时减少云与端之间数据的海量传输,实现安全可控的数据处理,快速推动和支撑工业互联网时代的快速发展。

边缘计算是一个比较广泛的概念,每家都有各自对边缘计算定义的理解,该书作者充分研究了边缘计算的发展和现状,并且对各种边缘计算的模型和定义分别进行了分析和阐述,同时提炼了边缘计算的本质和共性,即:在靠近数据源的网络边缘某处就近提供服务。该书紧密围绕边缘计算这个核心主题,深度阐明了边缘计算的原理和基本特征,并深入分析了“云-边-端”模型中的云计算与边缘计算服务的区别和联系。同时分别就边缘计算的基础技术架构、网络架构、存储架构、软件架构以及信息安全等方面进行重点分析和阐述,并对边缘计算所适用的各类场景进行深入研究、分析和探讨,力图让读者可以对整个边缘计算有一个清晰的认识和理解。此外,边缘计算不只会带来硬件层面的升级,同时也会提高存取性、效率、性价比与数据用量,推动整个产业生态链的演化。该书作者通过充分调研走访,图文并茂、深入浅出地对各个行业领先企业在边缘计算的最新具体实践进行介绍,如专注于SMT智能制造和工业互联网业务的富士康旗下子公司海纳智联科技有限公司在SMT工业互联网方面的最新实践等,力图让读者能够感受到最新的技术实践以及行业生态,为行业中不同的企业和客户提供参考,让边缘计算不光只是高科技产业的专利,也是未来中小企业与传统产业向数字化和智能化转型升级的关键要素,从而激发更大的灵感和创新。

如今,以计算为核心内涵的边缘计算在蓬勃发展,该书不仅仅从边缘计算的理论和架构方面进行了系统阐述,而且从行业实践角度进行了全面介绍。衷心祝贺此著作的出版!相信该书的出版对边缘计算这个领域有着深刻的指导意义,同时也会对边缘计算领域的技术发展和行业指导起到巨大的推动作用。在此祝福所有行业的朋友,为边缘运算的发展做出更大的贡献!

傅富明

富士康科技集团服务器事业群总经理

兼海纳智联科技有限公司董事长,IPC董事

 

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装  帧:平装

页  数:268

版  次:1

开  本:16开

纸  张:胶版纸

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