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內(nèi)容簡介

　　本書以 CNCF KubeEdge 為例，分理論知識和系統(tǒng)實現(xiàn)兩部分，介紹了邊緣計算的理論與系統(tǒng)實踐。理論知識部分首先介紹邊緣計算的概念、挑戰(zhàn)與機遇；接著闡述邊緣計算的系統(tǒng)架構(gòu)，包括云計算和虛擬化技術(shù)；進一步引出云邊端協(xié)同機制，重點講解計算卸載、緩存管理、移動性管理和競爭定價等關(guān)鍵技術(shù)；后介紹邊緣計算中的 AI 部署。系統(tǒng)實現(xiàn)部分從定位、功能和整體架構(gòu)3個方面介紹了主流的邊緣計算平臺，詳細介紹了 CNCF KubeEdge 平臺中功能模塊間通信原理、云邊組件等基礎(chǔ)知識，后介紹了搭建 CNCF KubeEdge 的具體步驟和使用 CNCF KubeEdge 控制樹莓派LED 燈、使用 NPU 實現(xiàn)邊緣端人臉識別、實現(xiàn)云邊協(xié)同的聯(lián)邦訓練等實驗的操作步驟。本書將理論與實踐相結(jié)合，不僅介紹了邊緣計算的理論知識，還基于 CNCF KubeEdge 平臺實戰(zhàn)操作進行了講解。本書匯集了作者在云邊端協(xié)同領(lǐng)域多年的科研成果，并結(jié)合華為邊緣計算團隊一線的工程實踐經(jīng)驗，可為研究人員、高校學生、企業(yè)技術(shù)人員學習和部署邊緣計算提供參考。

作者簡介

　　談海生中國科學技術(shù)大學教授，博導。國家青年拔尖人才。主要從事網(wǎng)絡(luò)算法設(shè)計與系統(tǒng)實現(xiàn)、邊緣計算、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)相關(guān)研究。張欣博士，華為云原生團隊高級工程師。曾參與容器平臺的設(shè)計與開發(fā)，研究方向聚焦于Kubernetes、Edge Computing、Service Mesh等領(lǐng)域。鄭子木博士，華為云邊緣云創(chuàng)新實驗室主任工程師，KubeEdge SIG AI聯(lián)合創(chuàng)始人，深圳海外高層次人才。研究方向為邊緣AI、多任務(wù)學習及AIoT。獲華為公司技術(shù)貢獻獎項10余項。李向陽中國科學技術(shù)大學教授，博導。ACM/IEEE Fellow，國家杰出青年科學基金獲得者。主要從事智能物聯(lián)網(wǎng)、邊緣計算、數(shù)據(jù)安全隱私研究。

圖書目錄

目錄第一部分理論知識
第 1 章邊緣計算概述 3
1.1 邊緣計算的起源與概念 3
1.2 邊緣計算的優(yōu)勢與發(fā)展 5
1.2.1 邊緣計算的優(yōu)勢 5
1.2.2 邊緣計算的發(fā)展 6
1.3 邊緣計算的挑戰(zhàn)與機遇 7
1.3.1 邊緣計算的挑戰(zhàn) 8
1.3.2 邊緣計算的機遇 12
1.3.3 邊緣計算的典型應(yīng)用 14
第 2 章邊緣計算的系統(tǒng)架構(gòu) 19
2.1 云計算與云原生 19
2.1.1 云計算與邊緣計算 19
2.1.2 云原生技術(shù) 20
2.1.3 Kubernetes 概述 26
2.1.4 主流邊緣計算平臺 27
2.2 云邊協(xié)同架構(gòu) 31
2.3 跨平臺邊緣設(shè)備 32
2.3.1 樹莓派 32
2.3.2 Jetson Nano 33
2.3.3 華為 Atlas 34
第 3 章云邊端協(xié)同 36
3.1 云邊端協(xié)同概述 36
3.2 預備知識 40
3.2.1 在線算法 40
3.2.2 分布式算法 43
3.2.3 強化學習 47
3.2.4 定價策略 52
3.3 計算卸載 58
3.3.1 在線任務(wù)分配與調(diào)度模型 58
3.3.2 在線任務(wù)分配與調(diào)度算法 60
3.3.3 其他在線任務(wù)分配與調(diào)度模型 63
3.4 緩存管理 64
3.4.1 緩存模型 65
3.4.2 LANDLORD 及旁路模型 66
3.4.3 邊緣計算場景中的緩存問題 68
3.5 移動性管理 75
3.5.1 模型 76
3.5.2 算法 78
3.6 競爭定價 82
3.6.1 競爭定價的背景 82
3.6.2 模型和納什均衡分析 83
3.6.3 完全信息 85
3.6.4 部分用戶信息 87
第 4 章邊緣計算中的 AI 部署 91
4.1 概述 91
4.2 技術(shù)挑戰(zhàn) 95
4.3 云邊協(xié)同推理 98
4.4 云邊協(xié)同訓練 104
4.4.1 云邊協(xié)同的聯(lián)邦學習 105
4.4.2 云邊協(xié)同的遷移學習 108
4.4.3 云邊協(xié)同的增量學習 117
第二部分系統(tǒng)實現(xiàn)
第 5 章邊緣計算平臺介紹 125
5.1 Baetyl 125
5.1.1 定位和功能 125
5.1.2 整體架構(gòu) 125
5.2 EdgeX Foundry 127
5.2.1 定位和功能 127
5.2.2 整體架構(gòu) 127
5.3 Rancher K3s 129
5.3.1 定位和功能 129
5.3.2 整體架構(gòu) 129
5.4 CNCF KubeEdge 130
5.4.1 概述 130
5.4.2 定位和功能 131
5.4.3 整體架構(gòu) 131
5.4.4 AI SIG、MEC SIG、Device-IoT SIG 133
第 6 章 CNCF KubeEdge 系統(tǒng)架構(gòu) 136
6.1 功能模塊間的通信原理 137
6.2 云端組件 138
6.2.1 云端組件與 K8s Master 的關(guān)系 139
6.2.2 邊緣控制器 140
6.2.3 設(shè)備控制器 142
6.2.4 邊緣存儲的集成設(shè)計 149
6.2.5 云端集線器與邊緣集線器的通信機制 151
6.3 邊緣端組件 156
6.3.1 邊緣端架構(gòu)設(shè)計 157
6.3.2 邊緣集線器 158
6.3.3 EdgeD 159
6.3.4 邊緣自治原理 159
6.4 設(shè)備管理設(shè)計原理 160
6.4.1 CNCF KubeEdge 設(shè)備管理整體設(shè)計 160
6.4.2 DeviceTwin 設(shè)計原理 160
6.4.3 EventBus 設(shè)計原理 160
6.5 EdgeMesh 設(shè)計原理 161
6.5.1 ServiceMesh 簡介 161
6.5.2 EdgeMesh 整體設(shè)計 161
6.5.3 EdgeMesh 轉(zhuǎn)發(fā)流程 162
6.5.4 Sedna 架構(gòu)設(shè)計 162
6.6 CNCF KubeEdge 的未來發(fā)展 163
第 7 章 CNCF KubeEdge 實戰(zhàn) 167
7.1 CNCF KubeEdge 的搭建 167
7.1.1 依賴環(huán)境 167
7.1.2 使用 keadm 部署 CNCF KubeEdge 170
7.1.3 CNCF KubeEdge 集群升級 171
7.2 CNCF KubeEdge 的實驗 172
7.2.1 使用 CNCF KubeEdge 控制樹莓派 LED 燈 172
7.2.2 使用 NPU 實現(xiàn)邊緣端人臉識別 175
7.2.3 使用 CNCF KubeEdge 實現(xiàn)云邊協(xié)同的聯(lián)邦訓練 176
7.2.4 CNCF KubeEdge 實戰(zhàn)小結(jié) 181
參考文獻 183