本书系统地介绍了物联网边缘计算的基本概念、5G边缘计算研究与发展、计算迁移技术、移动边缘计算系统、边缘计算安全、典型的物联网边缘计算应用案例，以及边缘计算开源软件与应用方法。本书适合作为高校物联网工程专业作为边缘计算课程的教材，也适合作为相关技术人员作为了解边缘计算的参考书。
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如果说4G开启了移动互联网时代，那么5G物联网应用将带来深层次的变革，在技术与商业生态上出现新一轮变革和颠覆，加快新型的5G产业链及网络生态圈的形成。5G边缘计算作为5G整体解决方案中应用与网络的汇聚点，已经成为运营商重点培育的新业务。5G边缘计算作为应用开放的平台，具有快速开发、部署各种物联网应用场景的能力。
根据Keystone Strategy & Huawei SPO Lab的分析报告，预计2025年全球ICT总投资将达到4.7万亿美元，其中5G的市场空间超过1.6万亿美元，运营商可参与部分占比超过50%。ICT相关行业数字化涉及的10个主要行业是制造/供应链、智慧城市、能源/公共事业、AR/VR、智慧家庭、医疗健康、智慧农业、智慧零售、车联网与无人机。
边缘计算的CROSS（Connectivity、Real-time、Optimization、Smart、Security，连接、实时、优化、智能、安全）价值推动计算从集中式的云计算向分布式的边缘计算发展，给传统网络架构带来重大变化。随着5G网络建设的加速，边缘计算的研究与应用速度也随之加快。边缘计算是5G“网-云”融合的最佳切入点，已形成“端-边-云”的分布式协作格局。5G边缘计算实现了“网云协同、网随云动”，为智能物联网的多业务、多场景应用提供快速、按需构建“连接+计算”的解决方案，也使“5G即服务”的构想成为可能。
2015年，边缘计算进入了技术成熟阶段，边缘计算的标准化与产业化进程加速。2016年，华为技术有限公司、中国科学院沈阳自动化研究所、中国信息通信研究院、英特尔公司等联合发起成立边缘计算产业联盟（ECC）。2017年，全球工业互联网联盟（IIC）成立边缘计算工作组，定义边缘计算参考架构。同年，IEC发布垂直边缘智能（VEI）白皮书，介绍边缘计算对制造业等行业的主要价值。ISO/IEC JTCI SC41成立边缘计算研究组，以推动边缘计算标准化工作。
根据Gartner的预测，到2022年，将有65%的数据在边缘数据中心进行存储和处理，边缘计算在3年内将进入大规模商用阶段。物联网智能工业、智能电力、智能交通、智能医疗与智慧城市将成为大规模应用边缘计算技术的重点领域。在IEEE P2413物联网体系框架标准中，边缘计算也成为其中的重要内容。
目前，边缘计算技术仍然处于研究与探索阶段。不同专业的学者从不同的角度诠释边缘计算、多接入移动边缘计算与5G边缘计算，因此在术语与概念的描述上有很多不一致的地方。仅从边缘计算的定义来说，国际标准化组织（ISO/IEC）、欧洲电信标准化协会（ETSI）与边缘计算产业联盟（ECC）分别给出了定义；对于边缘计算的应用场景、系统架构与实现技术，5G电信运营商与IT设备制造商提出了各自的解决方案。这和20世纪90年代初计算机网络与互联网发展的情况相似，学科发展总要经历这样一个百花齐放的过程。边缘计算已经从ICT众多技术中脱颖而出，随着整个社会对该技术认知度的逐步提升，已成为产业界、学术界与政府部门关注的热点。
在物联网“端-边-管-云-用”系统架构中，边缘计算是支撑物联网应用的核心技术，这一点已成为产业界与学术界的共识。因此，物联网工程专业开设“物联网边缘计算”课程已是大势所趋。在编写《深入理解物联网》时，分配给我的任务包括“边缘计算”一章。在写作之前，我花费了很多时间去阅读文献、著作，并向研究边缘计算的专家请教，与课题组的老师们探讨，工作难度很大。边缘计算属于跨学科领域，正处于高速发展阶段，因此，厘清边缘计算的理论与知识体系并非易事。通过编写本教材，我将自己对边缘计算技术的理解和认识发表出来，与读者与各位同行共同研究和讨论，推动物联网工程专业在边缘计算方面的课程和教材建设，希望为我国物联网工程专业的学科建设贡献一份力量。
限于本人的学识，加之时间有限，书中难免存在疏漏，恳请各位同行，读者批评、指正。
吴 英
wuying@nankai.edu.cn
南开大学计算机学院
2021.6.20
物联网
边缘计算已成为物联网的关键技术之一，随着5G网络建设的加速，边缘计算的研究与应用速度也不断加快。边缘计算已成为5G“网-云”融合的最佳切入点，推动“端-边-云”的分布式协作格局的形成。本书基于作者的教学和科研经验，系统地介绍了边缘计算的概念、5G边缘计算技术、计算迁移技术、移动边缘计算系统、边缘计算安全、物联网边缘计算应用，以及边缘计算开源平台与软件等内容，帮助读者建立对边缘计算的初步认识。
本书特点：
本书面向物联网、计算机及理工科相关专业初学者的需求，以深入浅出、图文并茂的方式介绍边缘计算的基本原理和关键技术，使读者能够建立起关于边缘计算的基本知识体系。
本书给出了大量边缘计算的应用场景和案例，旨在帮助读者开拓视野、了解技术的新发展。对某一技术或应用案例感兴趣的读者可以进一步探究，提出自己的创新性方案，或找到自己的研究方向和课题。
本书各章之后安排了相关的习题，选择题帮助读者巩固基础知识，思考题帮助读者综合应用知识进行分析、设计和拓展，达到学以致用、提升能力的目的。
作者简介：
吴英 博士，南开大学计算机学院副教授、硕士生导师。主要研究方向为物联网、车联网、智能驾驶与边缘计算，主持与参加科研项目8项，发表学术论文20余篇；参加编著与出版教材、译著共10部。多年来一直从事计算机网络、物联网导论与软件编程教学工作；曾获天津市教学成果一等奖一项。
吴英 编著：（加照片）参见《物联网工程导论》第二版中的作者介绍。
前言
第1章 边缘计算概述 /1
1.1 边缘计算技术的发展 /1
1.1.1 从云计算到移动云计算 /1
1.1.2 从移动云计算到边缘计算 /5
1.2 边缘计算的基本概念 /8
1.2.1 边缘计算的定义 /8
1.2.2 “边缘”的内涵 /9
1.2.3 边缘计算模型的特征 /10
1.3 物联网对边缘计算的需求 /11
1.3.1 物联网的实时性需求 /11
1.3.2 移动边缘计算的概念 /12
1.3.3 移动边缘计算的优点 /14
1.4 边缘计算的架构与实现技术 /15
1.4.1 边缘计算的模型 /15
1.4.2 边缘计算的覆盖范围 /17
1.4.3 边缘云与核心云的关系 /19
1.4.4 边缘计算中的异构计算 /21
1.4.5 边缘数据的特点 /22
1.4.6 边缘硬件设备 /24
1.4.7 边缘计算的工程应用 /30
1.5 习题 /31
第2章 5G边缘计算技术 /33
2.1 5G边缘计算概述 /33
2.1.1 5G的技术特点 /33
2.1.2 5G网络的技术指标 /34
2.1.3 5G的应用场景 /35
2.1.4 5G边缘云的分类 /41
2.1.5 5G边缘计算面临的挑战 /42
2.2 5G边缘计算的架构 /43
2.2.1 设计原则 /43
2.2.2 ETSI MEC架构 /46
2.2.3 MEC架构的层次 /48
2.3 边缘计算参考架构3.0 /49
2.3.1 基本概念 /49
2.3.2 商业视图 /51
2.3.3 使用视图 /53
2.3.4 功能视图 /54
2.3.5 部署视图 /59
2.3.6 共性服务 /60
2.4 在5G网络中部署边缘计算 /62
2.4.1 部署位置 /62
2.4.2 部署级别 /64
2.4.3 网络延时估算 /65
2.4.4 整体部署策略 /67
2.5 不同场景的MEC部署方案 /69
2.5.1 eMBB部署方案 /69
2.5.2 uRLLC部署方案 /69
2.5.3 mMTC部署方案 /70
2.5.4 从4G网络到5G网络的过渡 /70
2.6 习题 /73
第3章 计算迁移技术 /75
3.1 计算迁移概述 /75
3.1.1 计算迁移的基本概念 /75
3.1.2 计算迁移的类型 /76
3.1.3 基于MEC的计算迁移的步骤 /80
3.1.4 计算迁移的工作原理 /81
3.2 计算迁移的实现方法 /83
3.2.1 相关概念 /83
3.2.2 细粒度计算迁移系统 /84
3.2.3 粗粒度计算迁移系统 /87
3.3 习题 /88
第4章 移动边缘计算系统 /91
4.1 MEC系统概述 /91
4.1.1 相关概念 /91
4.1.2 标准化工作 /92
4.2 Cloudlet /93
4.2.1 基本概念 /93
4.2.2 基本特征 /94
4.2.3 关键技术 /95
4.2.4 工作原理 /95
4.2.5 资源发现与选择机制 /98
4.3 Cloudlet的相关研究 /101
4.3.1 ParaDrop /101
4.3.2 PCloud /102
4.3.3 FocusStack /103
4.3.4 CloudPath /105
4.4 雾计算 /107
4.4.1 基本概念 /107
4.4.2 雾节点的功能 /108
4.4.3 雾计算应用系统架构 /109
4.4.4 层次结构划分 /111
4.5 边缘计算中间件 /114
4.5.1 研究背景 /114
4.5.2 中间件的功能 /114
4.5.3 中间件的架构 /115
4.5.4 智能中间件的研究 /120
4.6 MEC、Cloudlet与雾计算 /121
4.6.1 发展背景与特点 /121
4.6.2 整体技术比较 /122
4.7 习题 /122
第5章 边缘计算安全 /125
5.1 边缘计算安全概述 /125
5.1.1 边缘计算安全的重要性 /125
5.1.2 边缘计算安全的特殊性 /126
5.1.3 边缘计算潜在的安全威胁分析 /127
5.1.4 边缘计算安全面临的挑战 /131
5.2 边缘计算安全服务的架构 /133
5.2.1 边缘计算安全的需求 /133
5.2.2 安全架构设计原则 /136
5.2.3 边缘计算安全参考框架1.0 /137
5.3 边缘计算安全架构视图 /138
5.3.1 基础设施安全 /138
5.3.2 网络安全 /139
5.3.3 数据安全 /141
5.3.4 应用安全 /142
5.3.5 边缘安全生命周期管理 /143
5.3.6 “边-云”协同安全 /146
5.4 边缘计算安全的关键技术 /147
5.5 习题 /149
第6章 物联网边缘计算应用 /151
6.1 基于MEC的CDN系统 /151
6.1.1 场景分析 /151
6.1.2 技术方案 /152
6.2 基于MEC的增强现实服务 /154
6.2.1 场景分析 /154
6.2.2 技术方案 /155
6.3 基于MEC的实时人物目标跟踪 /158
6.3.1 场景分析 /158
6.3.2 技术方案 /158
6.4 基于MEC的智能家居系统 /162
6.4.1 场景分析 /162
6.4.2 技术方案 /163
6.5 习题 /170
第7章 边缘计算开源平台 /173
7.1 开源平台概述 /173
7.2 面向设备侧的开源平台 /175
7.2.1 EdgeX Foundry /176
7.2.2 ioFog /177
7.2.3 Fledge /179
7.3 面向边缘云的开源平台 /180
7.3.1 Akraino Edge Stack /180
7.3.2 StarlingX /182
7.3.3 CORD /183
7.4 “边-云”协同的开源平台 /184
7.4.1 Azure IoT Edge /184
7.4.2 KubeEdge /186
7.4.3 Baetyl /188
7.5 习题 /189
部分习题参考答案 /191
参考文献 /193
