1.2 相关概念

1.2.1 云计算

云计算最早于1996年作为一种基于网络的计算范式引入。然而，“云计算”在现代语境中的首次使用是在2006年，它被用来描述人们通过Web而不是本地访问软件、计算能力和文件的新范式^[3]。换句话说，它依靠可通过互联网访问的高容量数据中心，以按需方式提供存储和处理能力，这种设置允许用户在任何可以连接互联网的地方访问他们的数据和应用程序。从那时起，云计算作为一种流行的计算范式被广泛采用。

云计算指的是通过互联网作为服务交付的应用程序，以及提供这些服务的数据中心中的硬件和系统软件。这些服务长期以来一直被称为软件即服务，一些提供商使用平台即服务和基础设施即服务来描述他们的产品。云计算中的应用不直接访问所需资源，而是通过类似服务的方式来访问。因此，云计算讨论的不是用于存储的特定硬盘驱动器和用于计算的特定CPU，而是提供这些资源的服务。这种服务将任何资源请求映射到其物理基础设施。通常，这类服务可以访问大量的物理资源，并且可以根据需要动态地分配资源。云计算实际上是利用虚拟化技术，将计算机资源转化为虚拟机（Virtual Machine，VM）。这些虚拟机通常位于数据中心的物理服务器上。由于虚拟化技术削弱了对物理机器的直接硬件关系的依赖，当硬件发生故障时，软件系统可以自动转移到另一个可用硬件上。一个典型的云计算场景如图1-2所示，具有自动配置功能、高级虚拟化技术以及托管在物理服务器上的直接向用户提供云应用服务的虚拟机。

在数据中心中的软硬件统称为云，市场上有4种云计算模型：公共云、私有云、混合云和社区云。从技术方面来看，实现这4种类型的云计算没有太大区别。但是，它们的客户、规模和安全级别是不同的。当云以一种付费的方式提供给公众时，我们称之为公共云，出售的服务称为效用计算。公共云通过公共互联网提供计算服务，其用户多为个人或小型企业。需要更高计算能力的企业通常构建自己的私有云。混合云是公共云和私有云的混合体。类似地，社区云介于公共云和私有云之间，因为一些组织为自己设置了一个单独的私有云，所以称为社区云。

1.2.2 移动云计算

移动云计算（Mobile Cloud Computing，MCC）作为云计算在移动网络中的扩展而出现。MCC的目标是将移动设备的处理任务和存储任务转移给计算设备。自2009年以来，它已成为行业流行语之一，并成为IT界重要的讨论话题。MCC融合了移动计算、移动互联网和云计算的优势^[4]。在MCC中，有4种基于云的资源：远程固定云、近端固定计算实体、近端移动计算实体和以上3种模型的组合实体。

移动云计算利用云计算向移动设备交付应用。这些移动应用可以通过快速、灵活的开发工具进行远程部署。在移动云计算的场景下，云应用可以通过云服务快速构建或修改，这些应用可以交付到具备不同操作系统、计算任务和数据存储功能的不同设备上。因此，用户可以访问在其他情况下不受支持的应用。作为对云计算的继承和发展，移动云计算网络中的资源不是在传统的本地计算机或服务器中，而是在一组众多的分布式计算机中进行虚拟化和分配，并提供给终端移动设备，如图1-3所示。

MCC是一个特定于网络场景的名称，是一个具有明显异构性的概念，这里的移动云可以是通用的远程云、由终端用户设备组成的云或小型简单云设备。MCC的独特之处在于它是移动网络中的计算范式，因此许多移动通信问题都是在它的背景下讨论的。移动云计算可以简单地分为云计算和移动计算。移动设备可以是笔记本电脑、平板电脑、智能手机等，通过无线的方式与热点或基站连接。随着计算和主要数据处理阶段向“云”迁移，一些低成本的移动设备，甚至是非智能手机也可以通过跨平台的中间件实现移动云计算。虽然移动云计算中的客户端从台式机或固定机器转变为移动设备，但其主要概念仍然是云计算。移动用户通过Web浏览器或桌面应用程序向云发送服务请求，然后由云的管理组件分配资源。此外，MCC继承了云计算的优势，云计算不仅可以增强移动设备的处理和存储能力，还可以改善数据的安全性、普遍性、可访问性和用户界面。

但是，它也会带来许多挑战和问题。简而言之，这些挑战和问题的核心就是如何无缝地结合这两种技术。一方面，确保移动设备充分利用云计算的优势，改进和扩展其功能；另一方面，克服移动设备资源和计算能力有限的缺点，像传统个人计算机和服务器一样高效访问云计算。

1.2.3 雾计算

雾计算在2012年首次被提出，其想法是将云计算服务扩展到网络边缘。雾计算是云计算的一种扩展，以满足物联网中新兴应用的需求^[5]。雾计算有一个全面的定义，“雾计算是一个场景，其中大量的异构（无线的，有时是自治的），无处不在和分散的设备通信和潜在合作，它们之间和网络执行存储和处理任务，没有第三方的干预。”同时，雾计算也被定义为“具有资源池的地理分布式计算架构，它由一个或多个在网络边缘的任意位置连接的异构设备组成，其中这些设备不是由云服务独家无缝支持的”。从这些定义可以看出，雾计算的目标是从网络边缘向大规模的客户端协同提供弹性计算、存储和网络资源。

计算范式的最新趋势是将计算和存储等弹性资源推到网络的边缘，这推动了前景广阔的雾计算范式，因为依赖云服务的智能设备随处可见。雾计算将数据的收集和处理保持在更接近终端用户的网络边缘，从而为终端用户提供了一种新的应用和服务，同时具有低时延、高带宽和位置感知的特性，因此得名雾计算。雾类似于一个接近地面的云^[6]。

雾计算通常与云计算合作。因此，终端、雾和云共同形成了一个3层服务交付模型，如图1-4所示。雾计算有许多特征与云计算联系紧密。例如，弹性资源（计算、存储和网络）是两者构建的基础模块，这说明大多数云计算技术都可以直接应用到雾计算中。然而，雾计算有几个独特的特性，使它有别于云计算架构。最重要的特性是它拉近了与终端用户的距离，将计算资源保持在网络的边缘，以支持对时延敏感的应用和服务，这是至关重要的；另一个特性是位置感知，在地理上，分布式的雾节点能够推断自己的位置并跟踪终端用户设备以支持机动性；最后，在大数据时代，雾计算可以支持边缘分析和流挖掘，可以在早期处理和减少数据量，从而减少时延和节省带宽。

雾计算是一个特定于应用程序的名称，其独特之处在于其终端设备是海量的“物”。因此，在雾计算中，讨论了许多具体的物联网问题（如大规模连接等）。在我们看来，边缘计算与雾计算是可以互换的，边缘计算更侧重于“物”方面，而雾计算更侧重于基础设施方面。从技术上讲，雾计算与边缘计算有很多重叠之处，也存在一些共同的技术问题。例如，不同设备上的应用程序同步问题、大规模多设备的设置和配置管理机制、没有统一的标准化机制、隐私安全问题以及可靠性问题等。

雾不过是一组技术的汇合，这些技术已经独立地发展了一段时间，将这些技术集成到一个单独的IT场景中，是对设备普遍性、敏捷网络、服务管理以及数据隐私需求所带来的新需求的一种解决方案。因此，雾计算将极大地改变IT栈几乎每一层的许多当前实践，如应用程序开发、网络流量管理、网络/服务提供、应用程序协作机制等。

1.2.4 多接入边缘计算

多接入边缘计算最初被定义为移动边缘计算，在移动网络的边缘、无线接入网（RAN）以及靠近移动用户的地方提供IT服务环境和云计算能力^[7]。对于应用程序开发人员和内容提供商，RAN边缘提供超低时延和直接访问实时无线网络信息（如用户位置、单元负载等），应用程序可以使用这些信息来支持上下文相关的服务。这些服务能够区分移动宽带体验。有了MEC，内容、服务和应用程序可以从网络边缘得到加速。MEC的使用可以为开发广泛的新应用和服务提供潜力，带来业务创新并推动新业务。运营商可以通过向服务提供商提供MEC平台的开放访问来增加收入，例如，通过开放特定的应用程序接口来增加收入，对使用存储、网络带宽和组合资源的，如CPU，进行基于使用的收费。边缘计算最明显的优势即降低时延，推动不同服务的部署，例如物联网、4K超高清视频和移动游戏，从而为应用开发人员和内容提供商打开更广阔的市场。通过对无线电和网络条件的有效操作，确保高效的网络运行和服务交付，丰富移动用户的体验。

MEC是移动基站发展和信息技术与电信网络融合的自然发展^[8]。基于虚拟平台，MEC被欧洲5G PPP研究机构认定为5G网络、网络功能虚拟化（Network Function Virtualization，NFV）和软件定义网络（Software Defined Network，SDN）的关键新兴技术之一。除了定义更先进的空中接口技术，5G网络将利用更多可编程的方法建设软件定义网络，并在电信基础设施、功能和应用中广泛使用IT虚拟化技术。因此，MEC代表了实现5G发展的关键技术和架构概念，因为它有助于推动移动宽带网络向可编程世界的转变，并有助于满足5G在预期的吞吐量、时延、可扩展性和自动化方面的苛刻要求。

MEC部署场景的概况如图1-5所示。根据不同接入技术和部署位置，MEC可以用于不同的商业用途。MEC允许资源（通常在一个中央远程云中）分布在一组多云平台中。MEC可以作为一个独立的平台单独部署，比如，独立于其他程序单独运行，允许运营商将其集成到自己的RAN中来提供本地服务，而无须考虑用户移动性和服务的连续性。一种更先进的MEC部署方案是部署一个联合MEC平台的网络，该网络支持多种服务，考虑网络和流量特征，并支持服务移动性。这种MEC平台网络的部署方案可以引入异构计算环境，以支持不同的应用程序。