关键词：边缘计算;云计算;智慧城市建设

中图法分类号：TP393 文献标识码：A

1引言

边缘计算以互补的方式应用在智慧城市建设中，能够解决传统封闭式架构对云端过分依赖所导致的通信覆盖面窄、连接和传输成本高、数据处理延时等问题，将计算、通信及存储等迁移到基础设施架构的边缘，使云架构在时延、数据分析及成本等方面的压力得以缓解。

2边缘计算、云计算及智慧城市的相关概述

2.1边缘计算

2.1.1定义

边缘计算指的是：在网络边缘执行计算的新兴技术模型，从数据源至云计算中心路径之间的网络资源、任意计算都称为边缘，网络边缘设备既可以从云中心请求服务、内容，也可以执行数据存储、缓存、处理、隐私保护及设备管理等计算任务。

2.1.2特点

边缘计算的特点为：其一，边缘计算主要以运算节点下沉的方式进行流量负载，数据传输速度较快，能够实现实时数据的分析和处理，使数据处理靠近源，起到缩短延迟时间的作用;其二，运营成本低。对于企业而言，以往利用数据中心网络对本地设备上的数据进行管理时需消耗较多成本。而基于边缘计算，企业运营管理的成本得以降低，使企业经费预算减少;其三，确保数据安全。边缘计算主要从权限切换、统一管理及跨域数据这三个层面优化数据隐私性能，为用户创设安全的数据使用环境，确保数据模型、用户信息及数据切片等方面的安全性;其四，加强稳定性。与云计算大数据中心方式相比较，边缘计算为分散的节点，便于对故障影响的范围、数据量进行控制，使数据处理设备的负担减轻，确保为用户提供更加稳定的服务。

2.2云计算

2.2.1定义

云计算作为一种服务提供模型，利用网络访问数据中心的网络、计算及存储等资源为应用提供具有伸缩性的分布式计算能力，使用虚拟化技术构建共享资源池，拥有计算、监督等能力，且能够对计算资源进行动态分割、分配，为用户提供高效的交付服务，满足不同用户多样化的需求。云计算是基于网络技术、分布式计算机并行计算上发展而成，按照服务种类可以将其分为基础设施、平台、软件。

2.2.2云计算的特点

其一，云中心服务器的规模较大。比如，目前微软、谷歌等大型公司的云计算平台拥有十万台服务器，小型公司的私有云项目拥有上百台或上千台服务器，意味着可以为用户提供海量存储空间、计算能力;其二，可靠性高。由于云计算是在分布式服务器集群基础上设计的，为了避免单点错误的出现，云计算中心采取副本策略、计算节点同构互换等机制，增强云计算的可靠性;其三，拓展性强。云计算能够根据用户的特定需求实现资源动态化分配、释放，当用户需求发生改变的情况下，云计算能够灵活地调整匹配资源，以弹性化的方式向用户提供或释放资源，突显出云计算在资源方面的拓展性;其四，虚拟化。利用虚拟化技术对不同分布位置的资源进行整合，形成统一的共享资源池，便于用户在不受时间、空间约束的情况下，通过网络享受云计算中心所提供的服务。

2.3智慧城市

智慧城市指的是：借助先进技术来构建城市基础设施，使城市管理服务更加便捷，为人们提供舒适、便捷的生活环境。在智慧城市建设中，将边缘计算和云计算相结合，为城市建设提供新的计算方式，利用分布计算任务的方式使城市各个应用系统具有计算力、存储空间等服务，从而提高城市应用系统数据的使用效率，以改善人们的生活质量和城市的环境质量。

因此，有人将云计算、边缘计算分别比作是智慧城市的“大脑”和“眼睛、耳朵、手脚”，二者所提供的服务类型、目标应用等存在差异，如表1所示。边缘计算的实际应用需依托云计算中心的海量存储、计算能力，而云计算的应用需边缘设备处理海量数据、隱私数据，在二者相互作用下，达到节约能耗、保护隐私及实时性等要求。

3边缘计算与云计算应用于智慧城市建设的必要性分析

3.1边缘技术与云计算结合应用于智慧城市建设的优势

3.1.1满足物联网场景服务

边缘设备具有智能性，能够根据设备性能、任务需求，对信息是否传回网关、云端加工处理进行有效判断。充分利用边缘计算所具备的计算能力，可以对业务进行实时处理，并且可以利用云计算对数据进行整体分析、处理，在二者协同作用下实现物联网场景服务。

3.1.2节约智慧城市建设成本

智慧城市是多系统、多行业及多应用构成的综合体。城市的各个应用体系需要信息之间的交互、资源的共享，为了充分发挥城市各系统的功能，将边缘计算相融合应用于智慧城市建设中，能够起到协调城市各应用系统，计算、存储城市中的海量数据，节约智慧城市建设成本等作用。

3.1.3整合城市信息资源

当前，城市各个领域处于网状关系，智慧城市的建设需了解、获取城市各类信息，对各领域之间的网状关系进行分析。其中，将信息流、资源流、人才流等信息存储于云端，可以实现城市信息资源的整合。此外，智慧城市建设的本质是融合，在实现传统产业与信息技术融合的过程中，为新型网站建设、快递等行业提供发展机遇，比如利用边缘计算、云计算平台构建智慧政府、交通、教育及医疗等，可以为智慧城市的构建提供广阔的发展空间。

3.2智慧城市建设存在的问题

3.2.1用户流失，资源浪费

目前，在智慧城市建设中，社会运行管理、物联网及医疗等方面都使用数据中心对数据进行处理，这种数据处理方式需担负日常查询、复杂数据清洗、数据建模、数据汇总等多方面的工作，意味着其业务压力较大，容易出现数据反馈效率低的问题，无法满足用户的实际需求，导致部分用户流失、资源浪费。

3.2.2智慧城市各应用系统的服务能力被弱化

智慧城市中数据的生成需要借助智能设备、外接式监控单元来实现，其自身无法对大规模数据进行存储，加之不同设备所生成的数据在格式、内容量、规则及标准等方面具有一定差异，通常需将其转换成统一标准后，才能分配给智慧城市各应用系统进行数据加工，说明其服务能力较弱。因此，在智慧城市建设中，应用边缘计算和云计算具有必要性。

4边缘计算和云计算有效应用于智慧城市建设的措施

4.1在智慧城市建设中应用边缘计算

4.1.1基于边缘计算的智慧城市架构

随着全球信息应用市场的快速发展，政府在智慧城市建设中给予政策、市场及技术等方面的支持，加之5G技术的推动，现有的技术架构已无法满足海量、实时数据处理和交互的需求，借助边缘计算可以为智慧城市建设提供软件数据处理、硬件嵌入技术及接入手段方面的支持，所构建的新智慧城市体系架构包括：数据采集、边缘能力、基础环境、应用提供、信息需求者及信息加工六个层面。其中，数据采集层的主要任务是：借助接口读取不同型号传感器所获取的卫星定位、射频感应等各类数据，按照该系统的格式要求对数据进行存储，为运算工作做好准备;边缘能力层主要负责计算标准模型的数据，以短路径的方式将计算结果反馈给前端，该层会借助工控机、芯片及服务主机等设施对采集到的数据进行汇总、分析、反馈及处理，然后将信息传送到相应的数据中心。

4.1.2在智慧城市建设中边缘计算的具体应用

其一，智慧社区。为了保证小区居民的安全，将边缘计算应用于安防管理系统，借助摄像机对小区内部车辆、人员进行监测，且对其进行结构化分析，可以警示、告警等形式輔助小区开展安全管理工作;其二，智慧交通。在城市交通管理中，为了实时监测和掌握交通路况、拥堵及违章等情况，比如在城市交通监测中，在各个路段安装高清摄像头，利用前端电警、卡扣等对车辆、路人行为进行规划，实时监测交通路况、违章等情况，再借助边缘服务器获取、分析智能交通控制系统中的数据，可以根据实际情况对交通信息灯进行控制，以缓解交通拥堵情况，如图1所示;其三，智慧安检。在机场、火车站等安检位置装置自动检票机器，将设备与数据库相连接，可以提供人证合一的自助安检服务，提高入站效率，缓解安检人员的工作压力。而通过站内摄像设备监测的情况，可以实时掌控站内人流情况，便于监控重点对象，确保人们出行安全;其四，智慧医疗。在医疗中，对数据响应的要求比较高，借助边缘计算能够满足其快速响应的需求，便于开展远程诊断工作，比如在流感暴发时期，医院作为边缘结点之一，将感染人数、治疗成本及症状等信息与药方、政府、医药企业等其他结点进行共享，便于其他边缘结点调整和制定相应的工作方案。

4.2在智慧城市建设中应用云计算

4.2.1云计算支撑平台的架构

基于云计算的智慧城市建设，所搭建的支撑平台架构包括：资源池、数据处理中心、云服务中心、云操作系统及物理设备等层。其中，物理设备、资源平台主要负责将云存储、通信网络等虚拟化，所搭建的资源池，为基础计算、操作服务等实施做好准备;云计算管理层主要借助操作系统、运营平台为用户提供多类型的管理和业务服务，以接口协议的方式，保障各网络应用业务端口统一、协调。

4.2.2云计算在智慧城市建设中的具体应用

其一，智慧政府。智慧政府作为智慧城市建设中的重要组成部分，涉及政府部门以智慧化的手段分配和管理城市公共资源，向市民提供智慧化的政府服务等内容。比如将智慧城市生态环境、交通运输、基础设施等各领域的数据集成于“云”平台，政府内部各部门借助该平台传送文件、下达方针政策、传输公共信息等，可以确保信息数据传输的安全、高效，能够在短时间内对城市资源进行调度、合理配置[4]。此外，借助云平台向城市居民提供多种形式的服务窗口，可以提高居民对政府服务的满意度，便于构建服务性智慧政府。

其二，智慧交通。随着城市人口的快速增长，为了满足居民的通行品质、安全方面等需求，需构建城市智慧交通———以自动化的方式收集车速、车流及交通状况等方面的信息，以智能化的方式对交通通行能力进行科学评估，制定出最佳的交通调度方案，比如将传感器设备设置于各路段，便于24小时收集道路信息。而借助云计算基地对交通运行中产生的结构复杂、体量庞大数据进行转化为统一格式，存储于云平台，再利用相关软件对道路信息进行分析，可以对交通拥堵情况进行预测，以智能化的方式规划出最优的行车路线。

其三，智慧社区。其作为智慧城市建设的单元，智慧化程度会直接影响居民的生活质量，比如利用云计算对智慧社区中的安防、教育、医疗及物业等资源进行整合，再以家庭为单位制定出个性化服务方案、差异化资源调度计划，可以突显出智慧社会运行的高效性。

5结束语

在万物互联的时代背景下，应用服务对数据的安全性、可靠性及实效性等要求比较高，而云计算模式在隐私保护、能耗及实时性等方面具有一定缺陷。将边缘计算与云计算相结合应用于智慧城市建设中，可以充分发挥边缘计算模型中边缘终端的计算能力，通过执行部分或全部计算，对隐私数据进行保护，能够起到延伸、补充云计算的作用，为物联网、移动计算提供高效的计算平台。

作者简介：

张传澄（2001—），本科，研究方向：边缘计算、车联网、云计算、车路协同创新。