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邊緣計算簡介

邊緣計算是指利用靠近數據生成的網絡邊緣側的設備（如移動設備、基站、邊緣服務器、邊緣云等）的計算能力和存儲能力，使得數據和任務能夠就近得到處理和執行。

一個典型的邊緣計算系統為包括"端一邊一云"的三層架構，即終端層、邊緣層、云計算層。

• 終端層： 包括傳感器、執行器、固定設備、移動設備等節點，一般可稱為用戶。用戶通過各種類型的網絡（如4G、5G、WiFi等）等與邊緣層中的接入點相連，實現終端層與邊緣之間互聯互通，用戶與邊緣節點之間可以互相傳輸數據和控制信息。

• 邊緣層：位于終端層和云之間，向下提供支持終端設備接入的接口，向上與域云對接。邊緣層包括接入點、邊緣服務器、無線基站、邊緣云等具備計算能力和存儲能力的設備，一般可稱為邊緣節點。邊緣層向下負責接收、處理和轉發來自終端的數據量，為用戶提供模型訓練、智能感知、知識推理、數據分析和實時控制等時間敏感的服務。向上可以把計算負載遷移到云端進行處理并接收云上的處理結果。邊緣節點還常可作為控制器或調度器對網絡實行流量調度，任務調度等。

• 云計算層： 為遠程云數據中心，提供巨量的計算能力，可從邊緣層接收數量流和任務，處理或執行完畢后向邊緣層返回處理執行結果。云還可以作為整個系統的控制器和調度器，向邊緣層發送控制信息，從全局范圍對網絡資源、服務部署、任務卸載策略等進行優化。

邊緣計算為云計算的拓展，與傳統云計算相比，邊緣計算的優勢有以下幾點：

• 減輕骨干網壓力： 邊緣層的存在和功能避免了用戶直接向云端傳輸大量數據和任務，有效地減輕了骨干網的負載壓力
• 降低時延： 用戶產生的任務可以在邊緣節點上就近執行，相比于上傳至云平臺處理大大降低了任務的響應時間
• 減小成本： 在本地就近執行任務花費的成本原小于將任務上傳至云平臺，經濟效益更尚

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任務卸載簡介

用戶通過將計算密集型的任務卸載到邊緣節點上執行，節省自身的能量消耗并加快計算任務完成速度。任務卸載的一個基本問題是根據用戶和邊緣節點的計算資源、通信連接、移動性等決定是否卸載，或者決定卸載任務的哪一部分至邊緣節點執行，由此產生了三種類型的任務卸載：

• 本地執行
  當邊緣層服務不可用，或卸載不成功時，用戶不向邊緣節點卸載計算任務，任務將在用戶本地完全執行
• 全部卸載
  用戶卸載任務至邊緣層并完全執行
• 部分卸載
  任務的一部分在本地執行，而其余部分則被轉移到邊緣層執行

任務卸載的一個問題是卸載決策，系統控制器／管理器負責監控各種參數，如可用帶寬、要卸載的數據大小、邊緣節點的資源和負載、用戶／邊緣節點執行應用程序所消耗的能量等，然后根據系統優化目標決策如何卸載任務。常見的任務卸載優化目標有以下幾種：

• 最小化任務響應時間：任務響應延遲即任務上傳時間、任務在邊緣節點上執行時間和執行結果下發時間之和。具體優化目標可為最小化平均響應時間或最小化任務的最大響應時間。
• 最小化能量消耗：用戶和邊緣節點發送／接收任務以及執行任務都會產生能量消耗，因此任務卸載決策也需要考慮能耗因素。優化目標通常為在滿足響應時間約束的同時，最小化邊緣節點或用戶的能耗。
• 能量消耗和響應延遲之間的權衡：一般來說，越對延遲敏感任務，越傾向于最小化響應時間，而越計算密集的任務，越傾向于最小化能量消耗。因此優化目標中可以引入一個權重參數衡量卸載決策更傾向于最小化能量消耗還是響應時間

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參考文獻

《邊緣網絡下的分布式模型訓練和任務卸載機制研究》

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