新一代物聯網架構技術 分層算力網絡

陳南希，全球Top一百高校海歸博士、博士後，曾承擔多項歐盟物聯網項目的研究與開發任務，8年霧計算、普適計算領域研究與實踐經驗。現任中國科學院上海微系統所與信息技術研究所分佈式算法研究員，作為項目負責人/參與人在多項5G、物聯網項目中主導關鍵技術研發，是霧計算技術的早期實踐者與技術專家。

劉軍，1998年起就職於思科系統中國網絡技術有限公司，目前任職思科全球傑出工程師。
高級工程師職稱。
在IP網絡及物聯網領域擁有二十年以上的經驗，是霧計算、數據中心、網絡芯片技術等領域的專家。
國際霧計算產學研聯盟(OpenFog Consortium)大中華區市場推廣與投資理事長。
思科公司駐中國通信標準化協會(CCSA)召集人，參與編寫多個中國行業標準-通信標準化協會行業標準。
主持編譯了《策略驅動型數據中心》、《軟件定義網絡》等多本著作。
擁有2項美國專利，5個CCIE證書和JNICE證書。

楊暘，上海科技大學創意與藝術學院執行院長，國際電氣與電子工程師協會會士，在加入上海科技大學之前，先後在香港中文大學、英國布魯奈爾大學、英國倫敦大學學院、以及中科院上海微系統與信息技術研究所擔任教職。
曾兼任OpenFog Consortium大中華區主任，是霧計算領域權威專家。

第1章分層算力網絡——物聯網數據經濟趨勢的必然1
1．1將數據放到最適合的地方處理：雲計算、邊緣計算和霧計算3
1．2霧計算的基本組成8
1 ．2．1霧計算與霧節點9
1．2．2霧計算系統11
1．2．3物聯網與霧計算設備12
1．3霧計算的特點13
1．4霧計算驅動的典型應用14
1 ．4．1機器視覺服務15
1．4．2物聯網智能數據分析17
1．5小結20

第2章霧是如何工作的22
2．1霧計算的基礎功能23
2．1．1設備管理23
2．1．2數據的處理25
2．1．3環境感知27
2．1．4網絡拓撲與移動性管理30
2．2霧計算的目標與優勢31
2．2．1低時延31
2． 2．2可靠性31
2．2．3隱私保護32
2．2．4低運維成本32
2．2．5面向需求的敏捷開發33
2．3霧計算的發展趨勢與挑戰33
2．3． 1動態性35
2．3．2開放性35
2．3．3安全性36
2．3．4可伸縮性36
2．3．5自治37
2．3．6自適應接口38
2．3．7服務質量保障39
2．4小結40

第3章霧計算資源與服務模式43
3．1霧計算的主要IT資源類型45
3．1．1存儲與數據資源46
3．1．2網絡通信資源46
3．1．3計算資源與應用軟件47
3．2霧計算中的角色48
3．3霧計算服務交付49
3． 3．1雲計算服務交付模式49
3．3．2霧計算自有的交付模式52
3．4小結57

第4章霧計算系統模型與OpenFog參考架構58
4．1分層算力網絡部署模型60
4．1．1層次結構60
4．1．2分層霧部署62
4．1．3節點一致性66
4．1．4交叉霧應用與全局分析67
4．2霧計算系統管理模型69
4． 2．1帶內管理與帶外管理接口70
4．2．2層次化管理70
4．2．3管理系統的設計要點71
4．3小結73

第5章霧計算節點與網絡75
5．1節點的軟硬件組成與管理77
5．1．1硬件虛擬化和容器78
5．1．2霧節點分佈式存儲79
5．1．3節點管理82
5．1．4節點的生命週期84
5．2節點安全與隱私85
5． 2．1惡意節點與節點可信機制85
5．2．2威脅模型89
5．2．3數據安全與軟件安全91
5．2．4物理安全和防篡改機制96
5．2．5 OpenFog霧節點安全模型98
5．3霧計算網絡101
5．3．1網絡類型101
5．3．2網絡管理與網絡設計105
5．3．3網絡的動態配置107
5．4網絡安全110
5．4．1網絡安全威脅和應對手段110
5．4．2端到端安全通信路徑110
5．4．3 OpenFog網絡安全層113
5．5小結116

第6章霧計算軟件與應用程序管理119
6．1微服務119
6．1．1微服務封裝121
6．1．2服務描述122
6．1．3服務發現與編排122
6．1．4物聯網中的微服務125
6．1．5微服務開發與通用微服務基礎設施130
6．2消息路由器132
6．2．1消息路由器功能134
6．2．2應用程序/微服務交互135
6．3數據庫137
6．3．1設計要求137
6．3．2分佈式數據庫138
6．4應用程序的管理與控制139
6．4．1數據採集140
6．4．2數據傳輸140
6．4．3數據槓桿140
6．4．4數據存儲與處理141
6．5應用程序支撐工具142
6．6小結147

第7章霧計算商用平台服務149
7．1霧計算操作系統：Cisco IOx 149
7．2霧計算通用平台軟件：Kinetic 151
7．3 FogHorn Lightning技術平台154
7．4 Cloud IoT Edge平台與Edge TPU 155
7．5 Azure IoT Edge邊緣計算服務157
7．6 AWS IoT Greengrass平台服務158
7．7小結160

第8章霧計算工業標準161
8．1相關的國際標準組織161
8．1．1 OpenFog聯盟與工業互聯網聯盟161
8．1．2 EdgeX 162
8．1．3 CORD 162
8．1．4 ETSI MEC 162
8．2霧計算工業標準與標準化進程163
8．3關聯標準165
8．3．1底層通信標準165
8．3．2物聯網應用級通信標準173
8．3． 3數據管理標準179
8．3．4安全標準183
8．4小結187

第9章霧計算應用案例188
9．1 OpenFog基於視覺的公共安全應用189
9．1．1霧計算關鍵技術應用190
9． 1．2霧節點功能與資源配置需求193
9．1．3具體業務應用與部署示例196
9．2醫療健康物聯網203
9．2．1醫療健康應用的資源與性能需求205
9．2．2關鍵技術應用208
9．2．3醫療健康應用部署示例209
9．3雲+霧的大範圍智能應用212
9．3．1大範圍雲霧結合架構：協調管理的需求213
9．3．2 Cisco智慧城市214
9．3．3 OpenFog智能交通222
9．4小結224

參考文獻227
術語表233