首先，先來了解物聯(lián)網(wǎng)(IoT) 的概念及其對(duì)邊緣計(jì)算的影響。

?邊緣緩存

邊緣緩存是一種分布式數(shù)據(jù)系統(tǒng)，將邊緣設(shè)備及其周圍環(huán)境產(chǎn)生的數(shù)據(jù)以及從互聯(lián)網(wǎng)接收到的數(shù)據(jù)，進(jìn)行收集和存儲(chǔ)，以支持邊緣用戶的智能應(yīng)用。在邊緣，數(shù)據(jù)是分散的。邊緣設(shè)備，如監(jiān)控設(shè)備和傳感器，收集環(huán)境數(shù)據(jù)。這些數(shù)據(jù)被保存在適當(dāng)?shù)奈恢?，并通過智能算法進(jìn)行處理和分析，為最終用戶提供服務(wù)。緩存基于請(qǐng)求冗余。在邊緣緩存中，獲取的數(shù)據(jù)被輸入到智能應(yīng)用程序中，結(jié)果被傳輸回?cái)?shù)據(jù)存儲(chǔ)的位置。冗余分為類型冗余、數(shù)據(jù)冗余和計(jì)算冗余。數(shù)據(jù)冗余是指智能應(yīng)用程序的輸入可能是相同的，也可能是部分相同的?？紤]到連續(xù)的移動(dòng)視覺分析，連續(xù)幀之間有很多可比較的像素。一些資源有限的邊緣設(shè)備可能需要將捕獲的視頻傳輸?shù)竭吘壏?wù)器進(jìn)行額外的處理。在使用緩存時(shí)，邊緣設(shè)備只需要上傳各種像素或幀。邊緣設(shè)備可能會(huì)重復(fù)使用重復(fù)段的結(jié)果，以盡量減少過度處理。計(jì)算冗余是指智能應(yīng)用所需要的計(jì)算任務(wù)可能是相同的。例如，邊緣服務(wù)器向邊緣設(shè)備提供圖像識(shí)別服務(wù)。來自同一環(huán)境的識(shí)別任務(wù)可能是相同的，例如，來自同一位置的不同用戶的物體識(shí)別任務(wù)。邊緣服務(wù)器可以立即將之前獲得的識(shí)別結(jié)果反饋給用戶。緩存可以存儲(chǔ)在三個(gè)位置:宏觀和微觀基站，以及邊緣設(shè)備。有兩種類型的材料被稱為流行文件和智能模型。宏基站通常用作邊緣智能中的邊緣服務(wù)器，提供存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的智能服務(wù)。緩存的交付有兩種方式，一種是從單個(gè)基站交付，另一種是基于多個(gè)基站之間的協(xié)作從多個(gè)基站交付。此外，還仔細(xì)研究了緩存的理想內(nèi)容，即基于數(shù)據(jù)冗余的內(nèi)容和基于計(jì)算冗余的內(nèi)容。與宏觀和微觀基站相比，邊緣設(shè)備往往擁有更少的資源和更大的移動(dòng)性。由于宏BSs、微BSs和邊緣設(shè)備的存儲(chǔ)容量有限，必須解決內(nèi)容替換問題。

?邊緣訓(xùn)練邊緣訓(xùn)練是一個(gè)分布式學(xué)習(xí)過程，使用存儲(chǔ)在邊緣的訓(xùn)練集學(xué)習(xí)所有權(quán)重和偏差的最佳值，以及隱藏的模式。邊緣訓(xùn)練，與傳統(tǒng)的在強(qiáng)大的服務(wù)器或計(jì)算集群上進(jìn)行集中訓(xùn)練的方法不同，通常發(fā)生在邊緣服務(wù)器或邊緣設(shè)備上，其通常沒有集中式服務(wù)器或計(jì)算集群那么強(qiáng)大。該設(shè)備可以通過兩種方式進(jìn)行訓(xùn)練:單獨(dú)訓(xùn)練和協(xié)作訓(xùn)練。單獨(dú)訓(xùn)練是在一個(gè)設(shè)備上完成的，沒有其他人的幫助，而協(xié)作訓(xùn)練是指許多設(shè)備一起工作，訓(xùn)練一個(gè)共享的算法。由于單獨(dú)訓(xùn)練需要更多的硬件，而這些硬件有時(shí)是不可獲得的，現(xiàn)有的大多數(shù)材料都集中在協(xié)同訓(xùn)練設(shè)計(jì)上。邊緣訓(xùn)練比集中式訓(xùn)練模式慢得多，在集中式訓(xùn)練模式中，強(qiáng)大的CPU和GPU可以確保以最短的訓(xùn)練周期獲得良好的結(jié)果。一些研究人員對(duì)加速邊緣訓(xùn)練感興趣。根據(jù)訓(xùn)練體系結(jié)構(gòu)，將訓(xùn)練加速工作分為單獨(dú)訓(xùn)練加速和協(xié)作訓(xùn)練加速兩類。單機(jī)訓(xùn)練是一個(gè)封閉系統(tǒng)，在單個(gè)設(shè)備上通過迭代計(jì)算獲得最優(yōu)參數(shù)或模式。另一方面，協(xié)作訓(xùn)練是基于多個(gè)設(shè)備的協(xié)作，這些設(shè)備需要定期聯(lián)系以更新。更新的頻率和更新的成本是影響溝通效率和培訓(xùn)成功的兩個(gè)因素。該領(lǐng)域的研究主要關(guān)注如何在降低更新頻率和成本的情況下保持模型/算法性能。此外，協(xié)作訓(xùn)練的開放性使其容易受到惡意用戶的攻擊。還有一些關(guān)于隱私和安全問題的文獻(xiàn)。

?邊緣推理邊緣推理是在前向傳遞中使用學(xué)習(xí)算法，來計(jì)算邊緣設(shè)備和服務(wù)器上的輸出的階段。目前，大多數(shù)AI模型都打算部署在具有強(qiáng)大CPU和GPU的設(shè)備上，然而，這在邊緣設(shè)置中是不可行的。通過發(fā)明新的算法來減少硬件需求并自然適合邊緣設(shè)置，或者通過壓縮現(xiàn)有的模型來消除推斷過程中的多余操作，使模型適合于邊緣環(huán)境。在構(gòu)建新方法的情況下，有兩種方法：允許計(jì)算機(jī)構(gòu)建最優(yōu)模型，即架構(gòu)搜索，以及使用深度可分離卷積和組卷積的人類發(fā)明的架構(gòu)。目前的模型被壓縮以進(jìn)行模型壓縮，以創(chuàng)建更薄和更小的模型，這些模型具有更高的計(jì)算和能源效率，并且精度損失很低或沒有損失。模型壓縮技術(shù)包括低秩逼近、知識(shí)蒸餾、壓縮層設(shè)計(jì)、網(wǎng)絡(luò)剪枝和參數(shù)量化。

?邊緣卸載邊緣卸載是一種分布式計(jì)算范式，可在邊緣提供緩存、訓(xùn)練和推理等計(jì)算功能。如果單個(gè)邊緣設(shè)備缺乏支持某個(gè)邊緣智能應(yīng)用程序的能力，則應(yīng)用程序職責(zé)可能會(huì)被轉(zhuǎn)移到邊緣服務(wù)器或其他邊緣設(shè)備。邊緣卸載層透明地向其他三個(gè)邊緣智能組件提供計(jì)算服務(wù)。卸載策略在邊緣卸載中至關(guān)重要，因?yàn)槠湟畲笙薅鹊乩眠吘壄h(huán)境中的可用資源。云服務(wù)器、邊緣服務(wù)器和邊緣設(shè)備包含可用的計(jì)算機(jī)資源。設(shè)備到云(D2C)卸載、設(shè)備到邊緣服務(wù)器(D2E)卸載、設(shè)備到設(shè)備(D2D)卸載和混合卸載是最常用的技術(shù)。D2C卸載技術(shù)選擇將預(yù)處理操作留在邊緣設(shè)備上，并將剩余的作業(yè)卸載到云服務(wù)器，這可能會(huì)大大減少上傳數(shù)據(jù)的數(shù)量和延遲。D2E卸載方法采用了類似的程序，可以進(jìn)一步減少延遲和對(duì)蜂窩網(wǎng)絡(luò)的依賴。專注于D2D卸載方法中的智能家居場(chǎng)景，其中物聯(lián)網(wǎng)小工具、可穿戴設(shè)備和智能手機(jī)，協(xié)作執(zhí)行訓(xùn)練/推理任務(wù)?；旌闲遁d解決方案提供了最大的適應(yīng)性，充分利用所有可用資源。

（1）醫(yī)療保健邊緣計(jì)算可以通過利用機(jī)器學(xué)習(xí)和自動(dòng)化來幫助數(shù)據(jù)訪問。其有助于識(shí)別需要醫(yī)生快速關(guān)注的有問題的數(shù)據(jù)，以改善患者護(hù)理并消除健康事件。病人的慢性疾病可以通過健康監(jiān)測(cè)器和其他可穿戴醫(yī)療設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)。其有可能在需要援助時(shí)立即通知護(hù)理人員，從而挽救生命。此外，手術(shù)機(jī)器人必須能夠立即解釋數(shù)據(jù)，以便安全、及時(shí)、準(zhǔn)確地提供幫助。如果這些設(shè)備依賴于在做出判斷之前，將數(shù)據(jù)發(fā)送到云端，后果可能是災(zāi)難性的。

（2）建設(shè)邊緣計(jì)算主要用于建筑行業(yè)的工人安全，從安全設(shè)備、攝像頭、傳感器等收集和分析數(shù)據(jù)。其為組織提供了工作場(chǎng)所安全條件的概述，并保證人員遵守安全法規(guī)。

（3）廣告零售企業(yè)的有針對(duì)性的營(yíng)銷和信息，取決于現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備中指定的關(guān)鍵因素，如人口統(tǒng)計(jì)信息。在這種情況下，邊緣計(jì)算可以幫助保護(hù)用戶隱私。其可能會(huì)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密并維護(hù)數(shù)據(jù)源，而不是將未受保護(hù)的數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫恕?/p>

（4）制造業(yè)在制造業(yè)中，邊緣計(jì)算被用于監(jiān)控工業(yè)過程，并使用機(jī)器學(xué)習(xí)和實(shí)時(shí)分析來提高產(chǎn)品質(zhì)量和檢測(cè)生產(chǎn)錯(cuò)誤。其還鼓勵(lì)將環(huán)境傳感器納入制造業(yè)務(wù)。邊緣計(jì)算還提供有關(guān)庫存組件及其使用壽命的信息，使生產(chǎn)商能夠?qū)\(yùn)營(yíng)和設(shè)施做出更準(zhǔn)確和及時(shí)的業(yè)務(wù)選擇。

（5）農(nóng)業(yè)邊緣計(jì)算用于農(nóng)業(yè)傳感器，以測(cè)量養(yǎng)分密度和耗水量，并改善收成。傳感器會(huì)收集環(huán)境、溫度和土壤變量的數(shù)據(jù)，審查它們的影響，以提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力和保證在最有利的氣候條件下進(jìn)行收獲。

（6）天然氣和石油邊緣計(jì)算可用于監(jiān)測(cè)天然氣和石油設(shè)施的安全性。傳感器持續(xù)測(cè)量濕度和壓力。為了快速響應(yīng)，需要有足夠的網(wǎng)絡(luò)連接。問題是，這些設(shè)施中的大多數(shù)都位于距離較遠(yuǎn)、聯(lián)系有限的地方。因此，將邊緣計(jì)算置于此類系統(tǒng)處或附近，可提供增強(qiáng)的連接和持續(xù)監(jiān)控能力。邊緣計(jì)算還可以實(shí)時(shí)檢測(cè)設(shè)備問題。這些傳感器可以監(jiān)控所有設(shè)備產(chǎn)生的能量，包括電動(dòng)汽車、風(fēng)電場(chǎng)系統(tǒng)等，并使用電網(wǎng)管理來幫助降低成本和高效地創(chuàng)造能源。

●自動(dòng)駕駛汽車自動(dòng)駕駛汽車在人行橫道前必須立即停車。依靠遠(yuǎn)程服務(wù)器來做出這種判斷是不公平的。此外，采用邊緣技術(shù)的汽車可以更有效地進(jìn)行交互，因?yàn)槠淇梢韵认嗷ソ徽?，而不是先將有關(guān)事故、天氣狀況、交通或轉(zhuǎn)移的數(shù)據(jù)發(fā)送到遠(yuǎn)程服務(wù)器。邊緣計(jì)算是有益的。

●智能音響系統(tǒng)智能音響系統(tǒng)可以學(xué)習(xí)在本地理解語音命令，以執(zhí)行簡(jiǎn)單的命令。即使互聯(lián)網(wǎng)訪問中斷，打開和關(guān)閉燈、或更改恒溫器設(shè)置也是可行的。

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