(圖片來(lái)源于：思科)
導(dǎo)讀
昨天，John 給大家介紹了“云制造”，云計(jì)算是其中的關(guān)鍵。然而，談到霧計(jì)算，對(duì)于大多數(shù)人仍是一個(gè)陌生的新概念。即使有些朋友理解了云計(jì)算，對(duì)于霧計(jì)算，仍然還是“云里霧里”。今天，我希望通過(guò)深入介紹霧計(jì)算的概念，理清霧計(jì)算和云計(jì)算、邊緣計(jì)算、移動(dòng)云計(jì)算、移動(dòng)邊緣計(jì)算等技術(shù)模型之間的區(qū)別和聯(lián)系，再次拉近我們和“霧計(jì)算”之間的距離。
“從云到霧”的開(kāi)始
霧計(jì)算（Fog Computing），這個(gè)概念由思科首創(chuàng)。簡(jiǎn)單點(diǎn)說(shuō)，拓展了云計(jì)算（Cloud Computing）的概念，相對(duì)于云來(lái)說(shuō)，它離產(chǎn)生數(shù)據(jù)的地方更近，數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)相關(guān)的處理和應(yīng)用程序都集中于網(wǎng)絡(luò)邊緣的設(shè)備中，而不是幾乎全部保存在云端。通俗一點(diǎn)講：“霧計(jì)算”的名字源自“霧是比云更貼近地面（數(shù)據(jù)產(chǎn)生的地方）”。
物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器，高度分布在網(wǎng)絡(luò)的邊緣，同時(shí)又具有實(shí)時(shí)性和延時(shí)敏感的需求。然而，云數(shù)據(jù)中心在分布上是集中化的，通常難以應(yīng)對(duì)四處分布的數(shù)十億物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的需求。所以，網(wǎng)絡(luò)阻塞、高延時(shí)、低服務(wù)質(zhì)量等現(xiàn)象就會(huì)出現(xiàn)。
霧計(jì)算，是一種分布式的計(jì)算模型，作為云數(shù)據(jù)中心和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備/傳感器之間的中間層，它提供了計(jì)算、網(wǎng)絡(luò)和存儲(chǔ)設(shè)備，讓基于云的服務(wù)可以離物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器更近。霧計(jì)算的概念的引入，也是為了應(yīng)對(duì)傳統(tǒng)云計(jì)算在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)。
霧計(jì)算的構(gòu)成和優(yōu)勢(shì)
通常來(lái)說(shuō)，霧計(jì)算環(huán)境由傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組件例如：路由器、開(kāi)關(guān)、機(jī)頂盒、代理服務(wù)器、基站等構(gòu)成，可以安裝在離物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備和傳感器較近的地方。這些組件可以提供不同的計(jì)算、存儲(chǔ)、網(wǎng)絡(luò)功能，支持服務(wù)應(yīng)用的執(zhí)行。所以，霧計(jì)算依靠這些組件，可以創(chuàng)建分布于不同地方的云服務(wù)。
此外，霧計(jì)算促進(jìn)了位置感知、移動(dòng)性支持、實(shí)時(shí)交互、可擴(kuò)展性和可互操作性。所以，霧計(jì)算處理更加高效，能夠考慮到服務(wù)延時(shí)、功耗、網(wǎng)絡(luò)流量、資本和運(yùn)營(yíng)開(kāi)支、內(nèi)容發(fā)布等等因素。在這個(gè)意義上，霧計(jì)算相對(duì)于單純使用云計(jì)算而言，更好的滿足了物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用需求。
和其他幾種計(jì)算模式的聯(lián)系和區(qū)別
霧計(jì)算和現(xiàn)有的幾種計(jì)算模式概念上有點(diǎn)相近，所以接下來(lái)重點(diǎn)介紹一下這幾個(gè)計(jì)算模式，通過(guò)這些更加深入的理解霧計(jì)算概念及其在物聯(lián)網(wǎng)中的地位。
首先，我們自然先從云計(jì)算談起。
由于云計(jì)算的出現(xiàn)，計(jì)算技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新時(shí)代。許多計(jì)算服務(wù)提供商例如谷歌、亞馬遜、微軟、IBM等等，將這種計(jì)算模式作為一種工具。他們通過(guò)基礎(chǔ)架構(gòu)即服務(wù) (IaaS)、平臺(tái)即服務(wù)(PaaS)、軟件即服務(wù) (SaaS)，同時(shí)處理企業(yè)和教育相關(guān)的問(wèn)題。然而，大多數(shù)的云數(shù)據(jù)中心是集中化的，離終端的設(shè)備和用戶較遠(yuǎn)。所以，實(shí)時(shí)性要求高的計(jì)算服務(wù)，需要遠(yuǎn)端的云數(shù)據(jù)中心的反饋，通常這樣會(huì)引起長(zhǎng)距離往返延時(shí)、網(wǎng)絡(luò)擁塞、服務(wù)質(zhì)量下降等問(wèn)題。
為了解決這一問(wèn)題，一種新的概念產(chǎn)生了，這就是“邊緣計(jì)算”。
邊緣計(jì)算的初衷是為了將計(jì)算能力帶向離數(shù)據(jù)源更近的地方。更準(zhǔn)確一點(diǎn)說(shuō)，邊緣計(jì)算讓數(shù)據(jù)在邊緣網(wǎng)絡(luò)處處理。邊緣網(wǎng)絡(luò)基本上由終端設(shè)備（例如移動(dòng)手機(jī)、智能物品等等）、邊緣設(shè)備（例如邊界路由器、機(jī)頂盒、網(wǎng)橋、基站、無(wú)線接入點(diǎn)等等）、邊緣服務(wù)器等構(gòu)成。這些組件可以具有必要的性能，支持邊緣計(jì)算。作為一種本地化的計(jì)算模式，邊緣計(jì)算提供了對(duì)于計(jì)算服務(wù)需求更快的響應(yīng)速度，通常情況下不將大量的原始數(shù)據(jù)發(fā)回核心網(wǎng)。然而，總體來(lái)說(shuō)，邊緣計(jì)算不需要會(huì)主動(dòng)協(xié)助 IaaS,、PaaS、 SaaS和其他云服務(wù)，更多地專(zhuān)注于終端設(shè)備端。
綜合“邊緣”計(jì)算和“云”計(jì)算的概念，又會(huì)新引入幾種計(jì)算模式，其中包括移動(dòng)邊緣計(jì)算（MEC）和移動(dòng)云計(jì)算（MCC），作為云計(jì)算和邊緣計(jì)算的擴(kuò)充。
作為，邊緣-中央計(jì)算模式，MEC已經(jīng)在研究領(lǐng)域早有名聲。MEC 被認(rèn)為蜂窩基站模型的現(xiàn)代化演變的關(guān)鍵因素。它讓邊緣服務(wù)器和蜂窩基站相結(jié)合，可以和遠(yuǎn)程云數(shù)據(jù)中心連接或者斷開(kāi)。MEC 配合終端移動(dòng)設(shè)備，支持網(wǎng)絡(luò)中2或3級(jí)分層應(yīng)用部署。另外，MEC旨在為用戶帶來(lái)自適應(yīng)和更快初始化的蜂窩網(wǎng)絡(luò)服務(wù)，提高網(wǎng)絡(luò)效率。最近，MEC的一項(xiàng)顯著應(yīng)用就是支持5G通信。更加長(zhǎng)遠(yuǎn)地說(shuō)，它旨在靈活訪問(wèn)無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)信息，進(jìn)行內(nèi)容發(fā)布和應(yīng)用部署。
MCC是計(jì)算領(lǐng)域另外一項(xiàng)趨勢(shì)。由于智能移動(dòng)設(shè)備的不斷增多，如今的最終用戶更喜歡在手持移動(dòng)設(shè)備上運(yùn)行相關(guān)服務(wù)，而不再是在傳統(tǒng)的電腦上。然而，大多數(shù)的智能移動(dòng)設(shè)備都受到能量、存儲(chǔ)和計(jì)算資源的限制。所以在關(guān)鍵場(chǎng)景中，在移動(dòng)設(shè)備以外的地方運(yùn)行加強(qiáng)的應(yīng)用，比在本地執(zhí)行這些應(yīng)用要更加的靈活。MCC提供必要的計(jì)算資源，支撐這些靠近終端用戶的移動(dòng)應(yīng)用程序在遠(yuǎn)程執(zhí)行。通常這些輕量級(jí)的云服務(wù)器，被稱(chēng)為（cloudlet）“小云片”，它處于邊緣網(wǎng)絡(luò)中。“小云片”和移動(dòng)設(shè)備以及數(shù)據(jù)中心一起，為豐富的應(yīng)用程序，搭建了三層應(yīng)用部署平臺(tái)?？傮w來(lái)說(shuō)，MCC結(jié)合云計(jì)算、移動(dòng)計(jì)算和無(wú)線應(yīng)用通信技術(shù)，為移動(dòng)用戶提高服務(wù)質(zhì)量，為網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商和云服務(wù)提供者，提供新業(yè)務(wù)機(jī)會(huì)。
回到霧計(jì)算，
類(lèi)似MEC和MCC，霧計(jì)算也可以進(jìn)行邊緣計(jì)算。然而，除了邊緣網(wǎng)絡(luò)，霧計(jì)算也可以拓展到核心網(wǎng)絡(luò)。更準(zhǔn)確一點(diǎn)說(shuō)，邊緣和核心網(wǎng)絡(luò)（例如核心路由器、區(qū)域服務(wù)器、廣域網(wǎng)路開(kāi)關(guān)等等）的組件都可以作為霧計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施。相應(yīng)地，多層應(yīng)用程序部署和服務(wù)，需要通過(guò)霧計(jì)算能夠輕易地觀測(cè)數(shù)量巨大的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器。另外，相對(duì)于“小云片”蜂窩網(wǎng)絡(luò)邊緣服務(wù)器來(lái)說(shuō)，位于邊緣網(wǎng)絡(luò)的霧計(jì)算組件，離物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備和傳感器更近。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和傳感器分布密度很高，需要對(duì)于服務(wù)請(qǐng)求實(shí)時(shí)響應(yīng)，所以要在物聯(lián)網(wǎng)傳設(shè)備和傳感器附近，存儲(chǔ)和處理物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。服務(wù)延時(shí)對(duì)于實(shí)時(shí)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用來(lái)說(shuō)，需要盡可能最小化。和邊緣計(jì)算不同的是，霧計(jì)算可以將基于云的服務(wù)例如IaaS、PaaS,、SaaS等等，拓展到網(wǎng)絡(luò)邊緣。
綜合上述幾個(gè)計(jì)算模式，霧計(jì)算相對(duì)于其他計(jì)算模型來(lái)說(shuō)，是適應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)結(jié)構(gòu)的最佳選擇。
參考資料
【1】Redowan Mahmud, Rajkumar Buyya. Fog Computing: A Taxonomy, Survey and Future Directions. arXiv:1611.05539
(文中相關(guān)圖片來(lái)源自本篇論文)
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