前沿文章分享——霧計算

霧計算和雲計算的本質是一樣的——都是充分利用「閒置的資源」進行任務的處理。不同在於雲計算利用的是網絡核心的資源,而霧計算則利用網絡邊緣的資源。

1961 年,人工智能之父麥卡錫在一次會議上提出了「效用計算」這個概念,第一次體現了這種共享資源的思想。當時計算設備的價格非常昂貴,遠非普通企業和機構所能承受,所以就想到將分散的閒置資源整合起來,共享給多個用戶使用。類似的概念還有「網絡計算」、「分佈式計算」、「彈性計算」等,這些概念都是經由學術界提出,並逐步成爲支撐工程應用發展的基礎理論。

工業界雖說比學術界要落後,但工業界做着讓所有人都興奮的事——讓概念標準化,真正讓技術實現落地。上面這些概念讓人暈乎,雖有差異,但本質一致,所以工業界就統一用「雲計算」一詞來囊括。

2006 年 8 月 9 日,Google 首席執行官埃裏克·施密特在搜索引擎大會(SES San Jose 2006)首次提出雲計算(Cloud Computing)的概念。從此雲計算的發展進入了井噴時代。

2007 年初,Amazon 推出彈性計算雲 EC2 服務;2007 年 11 月,IBM 發佈業界首個雲計算商業解決方案「藍雲」計劃;2008 年 4 月,Google APP Engine 發佈;2008 年 Gartner 發佈報告,認爲雲計算代表了今後計算的方向;2009 年 1 月,阿里巴巴在南京建立首個“電子商務雲計算中心”;2010 年 1 月,微軟正式發佈 Microsoft Azure 雲平臺服務;2010 年 7 月,美國國家航空航天局和包括 Rackspace、AMD、Intel、戴爾等支持廠商共同宣佈開放「OpenStack」項目源代碼……

時至今日,雲計算已經進入穩定發展時期,面臨的是新的問題。

隨着移動設備、嵌入式設備和傳感設備等智能設備的不斷創新和普及,進入了「萬物互聯網時代(IoT)」,全球的移動數據呈現出瘋狂式的增長。

據 Cisco 2016 年做的一個關於移動數據預測報告顯示,全球的移動數據將會在 2016 年和 2021 年之間提高 18 倍,2021 年截止將會超過 49 EB。面對大量的數據和新型的應用程序對服務質量的嚴苛需求,雲計算的問題也凸顯出來。

首先,雲計算中心位於遠程的 Internet,對於那些對延遲敏感的應用程序(如視頻流、在線遊戲等),將會帶來較長的傳播時延(WAN),這對於用戶體驗來說是無法忍受的。其次,對移動場景支持不足,特別是對於高速移動的車載網絡環境,司機對於路況、交通流等的感知都必須是快速且實時的。再次,無法滿足地理位置分佈相關的感知環境的實時要求,如大規模的傳感網絡,要求傳感節點定時向其他節點更新自身的信息。再有,大量的設備接入雲端,網絡帶寬就顯得捉襟見肘。最後,雲計算的安全性和隱私性不容樂觀,在用戶和雲計算中心之間需要經過多跳的網絡傳輸,越深的網絡傳輸,數據的完整性和機密性就越難保證。

以上問題的解決方案,自然是由學術界首先提出的。2009 年卡內基梅隆大學的沙特亞教授等人在其發表的論文[1]中提出「微雲(Cloudlet)」的概念。論文指出微雲是一種「和雲有着同樣的技術標準,但鄰近用戶」的新型計算模式。

這裏面蘊含着幾層信息。第一,能夠提供和雲計算一樣的服務,但所提供的資源有限,不如雲計算能夠提供無限的資源;第二,鄰近用戶,意味着用戶請求的響應時延大大減少;第三,霧計算基礎設施以分佈式的方式部署在網絡的邊緣,滿足高速移動場景和地理位置分佈的場景需求,同時,減緩了網絡核心的帶寬負載;第四,安全性和隱私性較雲計算得到較大保障。

這是「霧計算」最初的雛形。之後,學術界又提出很多類似的解決方案,如「Fog Computing」、「Edge Computing」、「Follow me Cloud」、「Small-Cell Cloud」、「Virtual Cloud」、「FemtoCloud」等。

這些概念其實本質都是一樣的,都是在講一件事,就是將「計算去中心化」——將雲計算資源和服務從網絡的核心轉移到網絡的邊緣,以此來適應今天多種 IoT 應用的需求。和雲計算的提出如出一轍,只不過引導這次工業變革的對象不再是 Google,而是 Cisco。

Cisco 在 Cisco Live 2014 會議上首度提出這個概念。Cisco 強調霧計算是依託於現今無處不在的 IoT 應用產生的一種新型計算模式。

相比於雲計算,霧計算是一種更加新進和廣泛的計算模式,更具擴展性和可持續性。但是霧計算也不能完全取代雲計算,必須依託於雲計算才能更好地發揮其作用,因此它們的關係是相輔相成,相互聯繫的。

在會上,Cisco 同時發佈了供開發者使用的開發套件 IOx。IOx 是 Cisco 對於霧計算模式的實現。它爲開發者提供了一整套的開發框架(包括開發、分發、部署、監控和管理等多種組件)和計算平臺,開發者能夠將開發好的應用部署到網絡的邊界上(路由器、交換機等)進行處理。如下是 IOx 的架構圖,更多信息請訪問 IOx 開發者文檔。

霧計算是應現今「人工智能」、「物聯網」一波紅海而生的技術革新。業界多家企業和組織機構都開始在佈局霧計算的生態體系,除了 Cisco、華爲這些通訊產商,還有很多雲計算、物聯網的企業也加入進來。

在中國,最早佈局霧計算架構的是成立於2005 年的全球領先的物聯網雲服務商「智雲」。他們在 2016 年初即發佈了主打 IoT 霧計算的機智雲 4.0,整合了霧計算、物聯網大數據和機器學習應用能力,形成了一體化的解決方案。

此外,2015 年 11 月 19 日,Cisco 聯合 ARM、Dell、Intel、Microsoft 和普林斯頓大學成立了「開放霧聯盟(OpenFog)」,旨在制定霧計算相關的技術標準和推動行業的技術變革。

由此可見,霧計算將會成爲繼雲計算之後的又一波技術浪潮。


Reference:
[1] The Case for VM-Based Cloudlets in Mobile Computing
[2] Fog Computing: A Taxonomy, Survey and future direction
[3] Edge-centric Computing: Vision and Challenges
[4] Edge-Computing: Challenges to support edge-as-a-service
[5] A virtual Cloud computing provider for mobile devices
[6] Femto Clouds: Leveraging mobile devices to provide Cloud service at the edge
[7] Follow me Cloud: interworking federated Clouds and distributed mobile networks

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