業(yè)界曾普遍認(rèn)為，未來計(jì)算功能將完全放在云端。然而，將數(shù)據(jù)從云端導(dǎo)入、導(dǎo)出，實(shí)際上比人們想象的要更為復(fù)雜和困難。由于接入設(shè)備(尤其是移動設(shè)備)越來越多，在傳輸數(shù)據(jù)、獲取信息時(shí)，帶寬就顯得捉襟見肘。和高高在上的“云”相比，“霧”更貼近地面，更貼近終端，更現(xiàn)實(shí)可及。由美國思科公司最早提出的“霧計(jì)算”概念，近年來越來越受到重視。它極大地減少了發(fā)送到云端和從云端發(fā)送的數(shù)據(jù)量，不但能化解數(shù)據(jù)儲存和傳輸?shù)钠款i，同時(shí)也極大降低了安全風(fēng)險(xiǎn)，非常值得期待。

什么是“霧計(jì)算”

“霧計(jì)算”是“云計(jì)算”的一個延伸概念，由全球領(lǐng)先的網(wǎng)絡(luò)解決方案供應(yīng)商———美國思科公司(Cisco)最早提出。

霧計(jì)算是介于云計(jì)算和個人計(jì)算之間、半虛擬化的服務(wù)計(jì)算架構(gòu)模型。它與我們的生活息息相關(guān)，可滲入工廠、汽車、電器、街燈，以及可接入物聯(lián)網(wǎng)的各類終端設(shè)備，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

我們可以這樣來理解：“數(shù)據(jù)之霧”大量分布在網(wǎng)絡(luò)邊緣，就像比云更接近于地面的霧。網(wǎng)絡(luò)邊緣是真實(shí)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的地方，但霧計(jì)算并不是云計(jì)算的替代物。

在霧計(jì)算模式中，數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用程序不用全部保存在云端，可有效改善占用帶寬過多或負(fù)載過重等情況。

霧計(jì)算與云計(jì)算有什么不同?

霧計(jì)算是云計(jì)算的“近親”，一種利用了當(dāng)今虛擬化信息資源分布式特性的技術(shù)。不同的是，它不像云計(jì)算那樣是一種“遠(yuǎn)離我們的存在”，霧計(jì)算與我們的生活息息相關(guān)，它就在我們的身邊，存在于我們每天與之交互的眾多智能物品中。

我們可以這樣來理解，“數(shù)據(jù)之霧”大量分布在網(wǎng)絡(luò)邊緣，就像比云更接近于地面的霧，網(wǎng)絡(luò)邊緣是真實(shí)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)產(chǎn)生的地方，但霧計(jì)算并不是云計(jì)算的替代物。

通常來說，霧計(jì)算環(huán)境由傳統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)組件，如路由器、開關(guān)、機(jī)頂盒、代理服務(wù)器、基站等構(gòu)成，可以安裝在離物聯(lián)網(wǎng)終端設(shè)備和傳感器較近的地方。這些組件能提供不同的計(jì)算、存儲和網(wǎng)絡(luò)功能，而霧計(jì)算依靠這些組件，可創(chuàng)建分布于不同地方的云服務(wù)。

霧計(jì)算以個人云、私有云、企業(yè)云等小型云為主，這和云計(jì)算完全不同。云計(jì)算是以IT運(yùn)營商服務(wù)、社會公有云為主的。

霧計(jì)算以量制勝，強(qiáng)調(diào)數(shù)量，不管單個計(jì)算節(jié)點(diǎn)能力多么弱，它都要發(fā)揮作用。云計(jì)算則強(qiáng)調(diào)整體計(jì)算能力，一般由一堆集中的高性能計(jì)算設(shè)備完成計(jì)算。

霧計(jì)算擴(kuò)大了云計(jì)算的網(wǎng)絡(luò)計(jì)算模式，將網(wǎng)絡(luò)計(jì)算從網(wǎng)絡(luò)中心擴(kuò)展到了網(wǎng)絡(luò)邊緣，從而更加廣泛地應(yīng)用于各種服務(wù)。

與云計(jì)算相比，霧計(jì)算所采用的架構(gòu)更呈分布式，更接近網(wǎng)絡(luò)邊緣。霧計(jì)算將數(shù)據(jù)、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用程序集中在網(wǎng)絡(luò)邊緣的設(shè)備中，而不像云計(jì)算那樣將它們幾乎全部保存在云中。數(shù)據(jù)的存儲及處理更依賴本地設(shè)備，而非服務(wù)器。所以，云計(jì)算是新一代的集中式計(jì)算，而霧計(jì)算是新一代的分布式計(jì)算。

除了架構(gòu)上的差異，云計(jì)算所能提供的應(yīng)用，霧計(jì)算基本都能提供，只是霧計(jì)算所采用的計(jì)算平臺效能可能不如大型數(shù)據(jù)中心。

云端，你是否已經(jīng)習(xí)慣將自己的很多照片、音樂、視頻等數(shù)據(jù)，上傳到這個神奇的所在?　云計(jì)算改變了我們的工作和生活習(xí)慣，“把數(shù)據(jù)交給云去處理”讓我們可以用更簡單的終端設(shè)備，獲得更強(qiáng)大的信息處理能力。

然而，當(dāng)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用日益興起，云計(jì)算開始招架不住了：指數(shù)級增長的數(shù)據(jù)量，使數(shù)據(jù)的及時(shí)傳輸、處理和決策，都變得越來越困難。

于是，霧計(jì)算應(yīng)運(yùn)而生。如果說云計(jì)算是一個跨國公司的總部，那么霧計(jì)算則如同一個個地區(qū)分公司和職能部門，它們更貼近終端用戶，可以對很多產(chǎn)生自本地的數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)處理并快速形成決策。未來，這種新的計(jì)算和網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)將成為無處不在的人工智能得以實(shí)現(xiàn)的主力。

“云”載不動“霧”來分擔(dān)

物聯(lián)網(wǎng)的誕生，讓萬物逐漸進(jìn)入互聯(lián)時(shí)代。它們所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量，遠(yuǎn)遠(yuǎn)比人所產(chǎn)生的要多得多。

要知道，一臺聯(lián)網(wǎng)的智能汽車每秒可產(chǎn)生1G的數(shù)據(jù)量，而一架飛機(jī)單個航次飛行要產(chǎn)生10的9次方G的數(shù)據(jù)量。可以想象，若把全球每天起降的航班、火車、輪船，還有汽車、地鐵都算上，將產(chǎn)生多么巨大的數(shù)據(jù)量。

而這僅僅是來自交通領(lǐng)域的數(shù)據(jù)，遍布全球的工業(yè)制造設(shè)備所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量將更為巨大。比如，美國的智能電網(wǎng)每年產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量超過10的21次方G。如果這些數(shù)據(jù)都要放到云端處理，就需要無窮無盡的頻譜資源、傳輸帶寬和數(shù)據(jù)處理能力。

“這就好比一個公司，如果事無巨細(xì)都要董事會來開會做決定，在公司業(yè)務(wù)規(guī)模小的時(shí)候是可能做到的，但公司發(fā)展到一定規(guī)模，就不可能實(shí)現(xiàn)了。”國際霧計(jì)算產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟( OpenFog Consortium)大中華區(qū)主任、上海霧計(jì)算實(shí)驗(yàn)室聯(lián)合主任楊旸教授介紹。

有機(jī)構(gòu)研究表明，大約90%的終端產(chǎn)生的數(shù)據(jù)會在本地保存和處理，非常有必要將原來單純的通信管道變?yōu)榫哂袛?shù)據(jù)和信息處理能力的智慧型通信管道。尤其像很多工業(yè)控制系統(tǒng)，比如制造系統(tǒng)、智能電網(wǎng)、油氣系統(tǒng)和貨物包裝系統(tǒng)，通常要求一條指令的響應(yīng)在幾個毫秒就完成。還有其他很多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，包括車到車通信、車到路邊通信、無人駕駛飛機(jī)控制等等，對于數(shù)據(jù)處理速度的要求也相當(dāng)高。楊旸介紹說：“比如自動駕駛汽車通過‘眼觀六路’來判斷會不會撞上一個正在過馬路的行人，就必須越快越好，這只能利用車載計(jì)算資源和智能算法來完成。”

那么，能否將終端設(shè)備做得足夠強(qiáng)大，完全靠自己來處理所有的信息呢?　楊旸說，現(xiàn)在的終端設(shè)備處理能力的確比以前強(qiáng)大，也廉價(jià)許多，但在很多設(shè)備上還是會受限制，火災(zāi)救援機(jī)器人就是這樣。當(dāng)機(jī)器人進(jìn)入救援現(xiàn)場，第一步要做的是激光掃描現(xiàn)場地形，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，建立現(xiàn)場地圖，最后才能進(jìn)行搜救行動——如果完全靠機(jī)器人自己來處理這些任務(wù)，就會浪費(fèi)寶貴的電池電量和救援時(shí)間;如果傳送到云端進(jìn)行處理，又難以及時(shí)作出回應(yīng)。這時(shí)，設(shè)置在救援現(xiàn)場附近的霧計(jì)算節(jié)點(diǎn)，就可以發(fā)揮及時(shí)響應(yīng)、提供更強(qiáng)大信息處理能力的作用。

“每個機(jī)器人分別將自己獲得的現(xiàn)場數(shù)據(jù)傳給霧計(jì)算節(jié)點(diǎn)，這個節(jié)點(diǎn)就能迅速拼出一幅救援地形全貌，并傳回給所有救援機(jī)器人，這樣就可大大提高救援效率。”楊旸說，霧計(jì)算與云計(jì)算互補(bǔ)，通過相互協(xié)作和資源共享，使計(jì)算、存儲、控制和通信在物到云的所有可能的地方發(fā)生，形成連續(xù)不間斷的及時(shí)服務(wù)。例如，在可穿戴設(shè)備系統(tǒng)中，一臺手機(jī)就能成為一個霧計(jì)算節(jié)點(diǎn)，對可穿戴設(shè)備進(jìn)行控制和應(yīng)用數(shù)據(jù)分析。當(dāng)用戶在汽車?yán)锏臅r(shí)候，汽車亦能成為一個霧計(jì)算節(jié)點(diǎn)，將很多智能電話的功能轉(zhuǎn)移到車上，比如顯示、用戶界面、音頻、通訊錄等。同樣，路邊的交通控制設(shè)備可以作為霧節(jié)點(diǎn)，為車輛提供交通信息。

此外，他認(rèn)為，霧和云是相互獨(dú)立但互惠互利的共贏關(guān)系。云服務(wù)可用來管理霧;霧也可以作為云的代理，為終端用戶提供本地化的云服務(wù)，以及作為終端的代理與云進(jìn)行交互。甚至，霧可以作為灘頭堡，為云收集和分析數(shù)據(jù)。有些功能天生在霧里開展比較有利，而另一些功能在云里執(zhí)行則比較有效。判斷哪些功能在云、哪些功能在霧里開展，以及云和霧怎么交互，是霧計(jì)算技術(shù)研究和推廣的關(guān)鍵之一。

霧計(jì)算試驗(yàn)網(wǎng)將現(xiàn)身上�？萍即髮W(xué)

早在2012年，美國思科公司的弗拉維·博諾米博士和他的同事在一篇論文中提出了“霧計(jì)算”的概念。隨后，弗拉維成功獲得融資，在硅谷創(chuàng)辦了一家高科技公司，專注于研發(fā)面向智能制造領(lǐng)域的霧計(jì)算技術(shù)。

2015年11月，ARM、思科、戴爾、英特爾、微軟等公司和普林斯頓大學(xué)共同創(chuàng)建了國際霧計(jì)算產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟。該聯(lián)盟由物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的眾多領(lǐng)軍者聯(lián)合組成，目前匯聚了來自超過65家企業(yè)和高校的幾百位行業(yè)領(lǐng)袖及學(xué)術(shù)精英。

國際霧計(jì)算產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟在2017年2月發(fā)布OpenFog參考架構(gòu)，這是一個旨在支持物聯(lián)網(wǎng)、5G和人工智能應(yīng)用的數(shù)據(jù)密集型需求的通用技術(shù)框架。該參考架構(gòu)修改完善后即將成為IEEE國際標(biāo)準(zhǔn)，這是確保復(fù)雜數(shù)據(jù)處理過程中的高性能、互操作性和安全性所必需的。

2017年1月，經(jīng)國際霧計(jì)算產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟董事會投票表決，上海科技大學(xué)成功當(dāng)選為其大中華區(qū)主任單位，中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所研究員、上海科技大學(xué)兼職教授楊旸博士代表上�？萍即髮W(xué)擔(dān)任聯(lián)盟大中華區(qū)主任。

去年4月24日，國際霧計(jì)算產(chǎn)學(xué)研聯(lián)盟大中華區(qū)在上海宣布成立。同日，上�？萍即髮W(xué)與中國科學(xué)院上海微系統(tǒng)與信息技術(shù)研究所宣布聯(lián)合創(chuàng)辦“上海霧計(jì)算實(shí)驗(yàn)室”，這也是世界首個專門從事霧計(jì)算技術(shù)研究的實(shí)驗(yàn)室。它的成立標(biāo)志著我國的霧計(jì)算技術(shù)研究與國際同行站在了同一起跑線。

當(dāng)前，上�？萍即髮W(xué)正在建設(shè)國內(nèi)首個霧計(jì)算實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。它可以支持智能駕駛、機(jī)器人、智慧樓宇等物聯(lián)網(wǎng)垂直行業(yè)應(yīng)用的通信和計(jì)算需求等。

在上海霧計(jì)算實(shí)驗(yàn)室，記者看到了科研人員自主研發(fā)的霧計(jì)算節(jié)點(diǎn)。這個與普通計(jì)算機(jī)主機(jī)機(jī)箱差不多大小的機(jī)器，可以從容指揮好幾個機(jī)器人繞過障礙物，并將東西搬運(yùn)到相應(yīng)的位置。該實(shí)驗(yàn)室周明拓研究員介紹，利用霧計(jì)算節(jié)點(diǎn)，機(jī)器人的工作效率有了不少提升，反應(yīng)速度可加快數(shù)十倍，而能耗比原來降低了一半以上。

他說，目前實(shí)驗(yàn)室已經(jīng)研發(fā)出多種霧計(jì)算節(jié)點(diǎn)設(shè)備，今年會在校園里布設(shè)一個霧計(jì)算實(shí)驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)。霧計(jì)算的一大特點(diǎn)，就是可以調(diào)用附近的各種計(jì)算資源，投入數(shù)據(jù)處理，“比如，你用手機(jī)打聯(lián)網(wǎng)游戲，如果接入霧計(jì)算網(wǎng)絡(luò)，手機(jī)就能調(diào)用周邊同樣聯(lián)網(wǎng)的各種設(shè)備的計(jì)算能力，來處理圖形、加速程序，玩家可獲得更絢麗的圖片觀感，也更少碰到卡殼的煩惱。”

而據(jù)楊旸透露，實(shí)驗(yàn)室在進(jìn)行技術(shù)研發(fā)的同時(shí)，還在積極推進(jìn)國內(nèi)外標(biāo)準(zhǔn)化制定和商業(yè)模式探索。“雖然思科公司已經(jīng)率先推出了基于霧計(jì)算技術(shù)的相關(guān)產(chǎn)品，但霧計(jì)算相關(guān)技術(shù)的研發(fā)和產(chǎn)業(yè)化還處于初始階段，在更廣闊的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用領(lǐng)域，中國學(xué)者和企業(yè)將大有可為。”

霧計(jì)算的應(yīng)用案例：

解決交通擁堵

交通擁堵是一個日益嚴(yán)重的問題，它有可能使主要城市癱瘓，阻礙增長和繁榮。一些城市正在采取通勤者們可能認(rèn)為極端或者昂貴的措施，比如提高公路收費(fèi)或者限制車牌發(fā)出的數(shù)量。

霧計(jì)算的開放式架構(gòu)給市政管理者提供了治理交通擁堵的新武器。霧計(jì)算可以靈活利用和交通相關(guān)的大數(shù)據(jù)，使得城市能夠通過連接和分析以前未連接的基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)備、路邊傳感器和車載設(shè)備，來采取措施減少擁堵，以便基于實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)重新規(guī)劃交通。

大規(guī)模包裹無人機(jī)送貨

使用無人機(jī)　(也稱“飛行機(jī)器人”和“無人飛行器”)　這一概念備受關(guān)注。無人機(jī)在一定程度上可以降低成本、減少擁堵和對環(huán)境的影響。然而無人機(jī)的部署也面臨挑戰(zhàn)：網(wǎng)絡(luò)的帶寬和可用性、無人機(jī)中樞管理、監(jiān)管考慮等。這一案例充分展示了霧計(jì)算環(huán)境中無人機(jī)投遞包裹的優(yōu)點(diǎn)、要求和限制。

實(shí)時(shí)地下成像

實(shí)時(shí)地下成像和檢測可用于石油、天然氣的勘探，監(jiān)控建筑物地下結(jié)構(gòu)的變化，及時(shí)掌握由此可能產(chǎn)生的風(fēng)險(xiǎn)對環(huán)境造成的影響。利用霧節(jié)點(diǎn)的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)，是進(jìn)行實(shí)時(shí)地下成像的一個全新的方法。

視頻監(jiān)控

監(jiān)控儀和安全攝像機(jī)在世界各地正在以創(chuàng)紀(jì)錄的數(shù)量被部署，用來確保材料、人員和場所的安全。這些監(jiān)控設(shè)備正在生產(chǎn)大量數(shù)據(jù)，每個攝像機(jī)每天都會生產(chǎn)超過1TB的數(shù)據(jù)。

監(jiān)控設(shè)備系統(tǒng)必須實(shí)時(shí)分析這些數(shù)據(jù)來確保公眾安全。由于延時(shí)挑戰(zhàn)、網(wǎng)絡(luò)可用性和向云傳輸數(shù)據(jù)的成本，傳統(tǒng)的基于云的模型已經(jīng)不適用了，而霧計(jì)算在監(jiān)控領(lǐng)域大有用武之地。

(新媒體責(zé)編：wb001)