2023霧計(jì)算概念模型

霧計(jì)算概念模型霧計(jì)算概念模型霧計(jì)算概念模型PAGE\*romanPAGE\*romanii為了充分描述實(shí)驗(yàn)程序或概念，本文件可能會指明某些商業(yè)實(shí)體、設(shè)備或材料。這些標(biāo)識并不意味著國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院的推薦或認(rèn)可，也不意味著這些實(shí)體、材料或設(shè)備一定是可用于該目的的最佳產(chǎn)品。計(jì)算機(jī)系統(tǒng)技術(shù)報(bào)告美國國家標(biāo)準(zhǔn)與技術(shù)研究院（NIST）的信息技術(shù)實(shí)驗(yàn)室（ITL）為美國的測量和標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)設(shè)施提供技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)，從而促進(jìn)美國經(jīng)濟(jì)和公共福利的發(fā)展。ITL開發(fā)測試、測試方法、參考數(shù)據(jù)、概念實(shí)施驗(yàn)證和技術(shù)分析，以推動(dòng)信息技術(shù)的發(fā)展和生產(chǎn)性應(yīng)用。摘要管理由物聯(lián)網(wǎng)（IoT）傳感器和執(zhí)行器生成的數(shù)據(jù)是部署物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)時(shí)面臨的最大挑戰(zhàn)之一。傳統(tǒng)的基于云的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)面臨著一些云生態(tài)系統(tǒng)中存在的大規(guī)模、異構(gòu)性和高延遲策略，并提供了霧計(jì)算的基本概念和使用方法。云計(jì)算；cloudlet；邊緣計(jì)算；流體計(jì)算；霧計(jì)算；流體計(jì)算；物聯(lián)網(wǎng)（IoT）；霧計(jì)算；霧計(jì)算概念模型霧計(jì)算概念模型iviv目錄導(dǎo)言 1目的和范圍 1霧計(jì)算概模型 2霧計(jì)算 2霧點(diǎn) 3霧計(jì)算的基本特征 3通常與霧計(jì)算相關(guān)的其他特征 4霧節(jié)點(diǎn)屬性 4霧節(jié)點(diǎn)架構(gòu)服務(wù)模型 4霧節(jié)點(diǎn)部署模式 5作為輕量級霧計(jì)算 6霧計(jì)算 6附錄一覽表縮略語8圖1持智能終端設(shè)備云生態(tài)系統(tǒng)的霧計(jì)算。 2霧計(jì)算概念模型霧計(jì)算概念模型1111 導(dǎo)言2020年，智能互聯(lián)設(shè)備1500億臺2。移動(dòng)設(shè)備（如手機(jī)和平板電腦）、服務(wù)于不同垂直市場的智能傳感器（如智能制、智能城市3、可穿戴設(shè)備等）、無線傳感器和執(zhí)行器網(wǎng)絡(luò)的激增推動(dòng)了這一指數(shù)級增長。我們需要新的概念和技術(shù)來管理這些不斷增長的物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備。1.1 大量智能、終端用戶物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和近用戶邊緣設(shè)備迫切需要以最小的延遲進(jìn)行大量數(shù)據(jù)處理，并以分布式方式進(jìn)行協(xié)作，這促使技術(shù)向自適應(yīng)、分散式計(jì)算模式發(fā)展，以補(bǔ)充服務(wù)于物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的集中式云計(jì)算模式。研究人員、計(jì)算機(jī)科學(xué)家、系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)工程師開發(fā)了創(chuàng)新解決方案，以填補(bǔ)技術(shù)空或邊緣計(jì)算5,6。由于在創(chuàng)建本文檔時(shí)尚未就這人員使用，以促進(jìn)就該主題進(jìn)行有意義的對話。本文件提供了霧計(jì)算及其附屬霧計(jì)算的概念模型，旨在將這些概念與云計(jì)算7和邊緣計(jì)算聯(lián)系起來。此外，該文件還介紹了霧節(jié)點(diǎn)的概念，以及由分布式和集中式（通常是分層的霧節(jié)點(diǎn)集群）組成的節(jié)點(diǎn)聯(lián)盟模型。該模型是作為構(gòu)建、增強(qiáng)或擴(kuò)展霧計(jì)算層的積木式架構(gòu)方法推出的。此外，該文件還描述了霧計(jì)算的重要方面，旨在作為廣泛比較霧計(jì)算能力、服務(wù)模式和部署策略的一種手段，并為討論什么是霧計(jì)算及其可能的使用方式提供一個(gè)基準(zhǔn)。這些能力、服務(wù)類型和部署模式構(gòu)成了一個(gè)簡單的分類法，其目的不是規(guī)定或限制任何特定的部署、服務(wù)交付或業(yè)務(wù)運(yùn)營方法。霧計(jì)算概念模型霧計(jì)算概念模型PAGEPAGE322霧計(jì)算概念模型霧計(jì)算霧計(jì)算務(wù)之間的霧節(jié)點(diǎn)8（物理或虛擬）組成。霧節(jié)點(diǎn)可感知上下文，并支持通用數(shù)據(jù)管理和通信系統(tǒng)。它們可以組成集群--或縱向（支持隔離），或橫向（支持聯(lián)合），或根據(jù)霧節(jié)點(diǎn)與智能終端設(shè)備的延遲距離而定。霧計(jì)算可最大限度地縮短從支持的應(yīng)用程序發(fā)出請求/連接。圖1-支持智能終端設(shè)備云生態(tài)系統(tǒng)的霧計(jì)算。1描繪了在為智能終端設(shè)備提供服務(wù)的云生態(tài)系統(tǒng)這一更廣闊的背景下的霧計(jì)算。計(jì)算并未被視為此類生態(tài)系統(tǒng)的必備層，集中式（云）服務(wù)也未被視為霧計(jì)算層支持PAGEPAGE4用例場景可能采用不同的架構(gòu)。選擇8有關(guān)霧節(jié)點(diǎn)的概念模型，請參見第2.2節(jié)。霧計(jì)算概念模型霧計(jì)算概念模型PAGEPAGE5采用這種表示方法的根本原因在于，我們打算捕捉包含霧計(jì)算服務(wù)的復(fù)雜架構(gòu)。霧節(jié)點(diǎn)是霧計(jì)算架構(gòu)的核心組件。霧節(jié)點(diǎn)是物理組件（等）或虛擬組件（如虛擬交換機(jī)、虛擬機(jī)、小云9等），與智能終端設(shè)備或接入網(wǎng)絡(luò)緊密耦合，并為這些設(shè)備提供計(jì)算資源。霧節(jié)點(diǎn)外，霧節(jié)點(diǎn)還能在需要時(shí)，在終端設(shè)備所在的網(wǎng)絡(luò)邊緣層與霧計(jì)算服務(wù)或集中式（云）算資源之間提供某種形式的數(shù)據(jù)管理和通信服務(wù)。為了部署特定的霧計(jì)算能力，霧節(jié)點(diǎn)以集中或分散的方式運(yùn)行，可以配置為獨(dú)立的霧節(jié)點(diǎn)，通過鏡像或擴(kuò)展機(jī)制聯(lián)合起來形成集群，在分散的地理位置上提供橫向可擴(kuò)展性。霧計(jì)算的基本特征以下六個(gè)特征是霧計(jì)算區(qū)別于其他計(jì)算模式的關(guān)鍵。不過，智能使用霧計(jì)算服務(wù)時(shí)并不需要利用所有特征。情境位置感知和低延遲。由于霧節(jié)點(diǎn)能夠感知自己在整個(gè)系統(tǒng)中的邏輯位置以及與其他節(jié)點(diǎn)通信的延遲成本，因此霧計(jì)算能夠提供最低的延遲。霧計(jì)算的起源可以追溯到早期的建議，即支持在網(wǎng)絡(luò)邊緣提供豐富服務(wù)的終端，包括具有低延遲要求的應(yīng)用。由于霧節(jié)點(diǎn)通常與智能終端設(shè)備位于同一地點(diǎn)，因此對這些設(shè)備所產(chǎn)生數(shù)據(jù)的分析和響應(yīng)要比集中式云服務(wù)或數(shù)據(jù)中心快得多。地理分布。與更為集中的云計(jì)算形成鮮明對比的是，霧計(jì)算所針對的服務(wù)和應(yīng)用需要廣泛但地理位置可識別的分布式部署。例如，霧計(jì)算將通過沿高速公路和軌道分布的代理和接入點(diǎn)，在向行駛中的車輛提供高質(zhì)量流媒體服務(wù)方面發(fā)揮積極作用。異質(zhì)性。霧計(jì)算支持收集和處理通過多種網(wǎng)絡(luò)通信功能獲取的不同形式的數(shù)據(jù)。互操作性和聯(lián)盟。對某些服務(wù)（實(shí)時(shí)流服務(wù)就是一個(gè)很好的例子）的無縫支持需要不同提供商的合作。因此，霧計(jì)算組件必須能夠互操作，服務(wù)必須跨域聯(lián)合。實(shí)時(shí)交互。霧計(jì)算應(yīng)用涉及實(shí)時(shí)交互，而不是批處理。霧計(jì)算概念模型霧計(jì)算概念模型PAGEPAGE9聯(lián)盟式霧節(jié)點(diǎn)集群的可擴(kuò)展性和靈活性。霧計(jì)算在集群或集群級具有自適應(yīng)性質(zhì)，支持彈性計(jì)算、資源池、數(shù)據(jù)負(fù)載變化和網(wǎng)絡(luò)條件變化等自適應(yīng)功能。通常與霧計(jì)算相關(guān)的其他特征無線接入占主導(dǎo)地位。雖然霧計(jì)算用于有線環(huán)境，但物聯(lián)網(wǎng)中的大規(guī)模無線傳感器需要分布式分析和計(jì)算。因此，霧計(jì)算非常適合無線物聯(lián)網(wǎng)接入網(wǎng)絡(luò)。支持移動(dòng)性。許多霧計(jì)算應(yīng)用必須與移動(dòng)設(shè)備直接通信，因此必須支持移動(dòng)性技術(shù)，如定位器/身份分離協(xié)議（LISP）10，該協(xié)議將主機(jī)身份與位置身份分離，并需要一個(gè)分布式目錄系統(tǒng)。霧節(jié)點(diǎn)屬性為便于部署具有第2.3節(jié)所述六大基本特征的霧計(jì)算能力，霧節(jié)點(diǎn)需要支持以下一個(gè)或多個(gè)屬性：自主性。霧節(jié)點(diǎn)異構(gòu)性。霧節(jié)點(diǎn)有不同的外形尺寸，可以部署在各種環(huán)境中。分層集群。霧節(jié)點(diǎn)體協(xié)同工作?？晒芾硇?。霧節(jié)點(diǎn)由復(fù)雜的系統(tǒng)管理和協(xié)調(diào)，可以自動(dòng)執(zhí)行大多數(shù)常規(guī)操作?？删幊绦?。網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營商、領(lǐng)域?qū)＜?、設(shè)備提供商或終端用戶等多個(gè)利益相關(guān)方可在多個(gè)層面對霧節(jié)點(diǎn)進(jìn)行固有的編程。霧節(jié)點(diǎn)架構(gòu)服務(wù)模型霧計(jì)算與傳統(tǒng)的云計(jì)算模式類似，可在網(wǎng)絡(luò)拓?fù)涞亩鄠€(gè)層面上實(shí)現(xiàn)架構(gòu)。與NIST特別出版物(SP)800-145中定義的云計(jì)算服務(wù)模式類似，可以實(shí)施以下類型的服務(wù)模式：10定位器/標(biāo)識分離協(xié)議（LISP）：IP尋址實(shí)現(xiàn)了一種新的語義。LISP創(chuàng)建了兩個(gè)命IP地址：端點(diǎn)標(biāo)識符（EID）分配給終端主機(jī)，路由定位符（RLOC）備（主要是路由器）。更多信息，\h/lisp_over.html。軟件即服務(wù)（SaaS）。向霧服務(wù)客戶提供的功能是使用霧提供商的應(yīng)用程序，這些應(yīng)用程序在由提供商管理的聯(lián)合霧節(jié)點(diǎn)集群上運(yùn)行。這類服務(wù)類似于云計(jì)算軟件即服務(wù)（SaaS），意味著終端設(shè)備或智能設(shè)備通過瘦客戶機(jī)接口或程序接口訪問霧節(jié)點(diǎn)的應(yīng)用程序。終端用戶并不管理或控制底層霧節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施，包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、操作系統(tǒng)、存儲，甚至單個(gè)應(yīng)用程序的功能，可能的例外是有限的用戶特定應(yīng)用程序配置設(shè)置。平臺即服務(wù)（PaaS）。向霧服務(wù)客戶提供的功能類似于云計(jì)算平臺即服務(wù)（PaaS），允許在組成集群的聯(lián)合霧節(jié)點(diǎn)平臺上部署客戶創(chuàng)建或獲取的應(yīng)用，這些應(yīng)用使用由霧服務(wù)提供商支持的編程語言、庫、服務(wù)和工具創(chuàng)建。霧服務(wù)客戶不管理或控制底層霧平臺和基礎(chǔ)設(shè)施，包括網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器、操作系統(tǒng)或存儲，但可以控制部署的應(yīng)用程序，還可能控制應(yīng)用程序托管環(huán)境的配置設(shè)置?；A(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）。為霧服務(wù)客戶提供的功能是，利用組成聯(lián)合集群的霧節(jié)點(diǎn)的基礎(chǔ)設(shè)施，提供處理、存儲、網(wǎng)絡(luò)和其他基本計(jì)算資源。與云計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施即服務(wù)（IaaS）服務(wù)類似，客戶可以部署和運(yùn)行任意軟件，包括操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序。消費(fèi)者不管理或控制霧節(jié)點(diǎn)集群的底層基礎(chǔ)設(shè)施，但可以控制操作系統(tǒng)、存儲和部署的應(yīng)用程序；可能還可以有限地控制選定的網(wǎng)絡(luò)組件（如主機(jī)防火墻）。霧節(jié)點(diǎn)部署模式由于霧計(jì)算被確定和定義為傳統(tǒng)云計(jì)算模式的延伸，因此也支持以下部署模式：專用霧節(jié)點(diǎn)。由多個(gè)消費(fèi)者（如業(yè)務(wù)部門）組成的單個(gè)組織專用的霧節(jié)點(diǎn)。它可能由該組織、第三方或它們的某種組合擁有、管理和運(yùn)營，可能存在于場所內(nèi)或場所外。社區(qū)霧節(jié)點(diǎn)。為來自具有共同關(guān)注點(diǎn)（如任務(wù)、安全要求、政策和合規(guī)性考慮）的組織的特定用戶社區(qū)提供專用的霧節(jié)點(diǎn)。它可能由社區(qū)中的一個(gè)或多個(gè)組織、第三方或它們的某種組合擁有、管理和運(yùn)行，也可能存在于場所內(nèi)或場所外。公共霧節(jié)點(diǎn)。供公眾開放使用的霧節(jié)點(diǎn)。它可以由企業(yè)、學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)、政府組織或它們的某些組合擁有、管理和運(yùn)行。它存在于霧節(jié)點(diǎn)提供商的場所內(nèi)?；旌响F節(jié)點(diǎn)。由兩個(gè)或兩個(gè)以上不同的霧節(jié)點(diǎn)（私有、社區(qū)或公共）組成的復(fù)雜霧節(jié)110點(diǎn)，它們?nèi)允仟?dú)特的實(shí)體，但通過以下方式結(jié)合在一起霧計(jì)算概念模型霧計(jì)算概念模型霧計(jì)算概念模型111可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和應(yīng)用可移植性的標(biāo)準(zhǔn)化或?qū)Ｓ屑夹g(shù)（例如，用于這些霧節(jié)點(diǎn)之間負(fù)載平衡的霧突發(fā)）。許多行業(yè)都采用了霧計(jì)算繼續(xù)發(fā)展。對地理位置分散、低延遲計(jì)算資源的需求引發(fā)了霧計(jì)算專業(yè)、更專用的節(jié)點(diǎn)的發(fā)展，這些節(jié)點(diǎn)的計(jì)算資源較少。這些節(jié)點(diǎn)被稱為霧節(jié)點(diǎn)輕量級霧節(jié)點(diǎn)。與功能更強(qiáng)大的霧節(jié)點(diǎn)相比，構(gòu)成霧計(jì)算層的這些霧節(jié)點(diǎn)，通常與它們所服務(wù)的智能終端設(shè)備共享相同的位置。霧計(jì)算霧計(jì)算是霧計(jì)算11的邊緣，使霧計(jì)算層更接近智能終端設(shè)備。霧計(jì)算使用微型計(jì)算機(jī)和微控制器向霧計(jì)算續(xù)向集中式（云）計(jì)算服務(wù)提供信息。霧計(jì)算層并非霧計(jì)算的必備層。在實(shí)施時(shí)，霧節(jié)點(diǎn)可以利用第2.5節(jié)所述的部署模式和第2.4節(jié)所述的服務(wù)類型。霧計(jì)算概念模型霧計(jì)算概念模型11PAGE3附件附件A-霧計(jì)算與邊緣計(jì)算邊緣計(jì)算是包括終端設(shè)備及其用戶在內(nèi)的網(wǎng)絡(luò)層，用于在傳感器、計(jì)量設(shè)備或霧計(jì)算經(jīng)常被錯(cuò)誤地與