边缘计算
定价：￥45.00
作者： 袁培燕，赵晓焱
出版时间：2025-09
最新印次日期：2025-9
出版社：中国铁道出版社
河南省“十四五”普通高等教育规划教材
- 中国铁道出版社
- 9787113317713
- 1-1
- 572102
- 61261775-3
- 16开
- 2025-09
- 工学
- 计算机类
- 计算机类
- 本科
作者简介
内容简介
本书是河南省“十四五”普通高等教育规划教材。本书体系完备，注重实践，重视学生动手能力的培养，算法与系统并重。本书首先对边缘计算的产生背景、概念、体系结构、应用领域进行了论述；其次，从边缘服务器部署、边缘内容缓存、边缘协同卸载三方面论述边缘计算系统中资源分配问题；再次，围绕边缘智能应用，重点论述联邦学习在边缘计算中的应用；此外，以容量为性能指标，对大规模时变边缘网络性能进行分析；最后，搭建了一个云-边-端协同的原型系统。
本书适合作为普通高等学校计算机科学与技术、人工智能、数据科学与大数据技术、物联网工程、网络工程、通信工程等专业的教材，也可作为从事计算机体系结构相关工作的工程技术人员的参考书。
本书适合作为普通高等学校计算机科学与技术、人工智能、数据科学与大数据技术、物联网工程、网络工程、通信工程等专业的教材，也可作为从事计算机体系结构相关工作的工程技术人员的参考书。
目录
第1章边缘计算概述1
1.1边缘计算简介2
1.1.1边缘计算产生背景与意义2
1.1.2边缘计算定义与体系结构3
1.1.3边缘计算典型应用场景4
1.2边缘计算核心技术6
1.2.1技术基础6
1.2.2边缘协同6
1.2.3边缘服务器部署7
1.2.4边缘内容缓存7
1.2.5边缘计算卸载81.2.6边缘智能8
1.2.7边缘系统性能评价9
1.3相关开发平台9
1.3.1云计算平台与Docker容器9
1.3.2Kubernetes容器编排平台11
1.3.3KubeEdge边缘计算平台11
小结13
习题13
第2章边缘服务器部署14
2.1边缘服务器部署基础15
2.1.1微云放置16
2.1.2服务放置17
2.1.3服务器部署17
2.1.4蛇优化算法18
2.2边缘服务器部署系统模型20
2.2.1网络模型20
2.2.2覆盖模型21
2.2.3时延模型21
2.2.4成本模型22
2.2.5问题描述23
2.3边缘服务器的动态部署23
2.3.1蛇优化算法的改进23
2.3.2边缘服务器动态放置算法26
2.3.3基于线性规划问题的成本算法27
2.4边缘服务器部署实验结果及分析28
2.4.1参数设置28
2.4.2仿真源代码说明29
2.4.3实验结果30
小结35
习题35
第3章边缘内容缓存36
3.1边缘内容缓存基础37
3.1.1缓存内容37
3.1.2缓存位置37
3.1.3缓存方式39
3.1.4D2D缓存39
3.1.5社会性缓存40
3.1.6流行性缓存41
3.2相关知识与理论42
3.2.1D2D通信技术42
3.2.2知识图谱44
3.2.3边缘缓存性能指标45
3.3边缘内容缓存系统模型与架构45
3.4边缘内容缓存问题建模分析48
3.4.1设备关系分析48
3.4.2社交关系分析49
3.4.3功率控制分析50
3.4.4内容共享节点选择机制51
3.5边缘内容缓存仿真分析52
3.5.1仿真源代码说明52
3.5.2设备图谱分析52
3.5.3边缘内容缓存实验结果分析54
小结58
习题58
第4章边缘协同卸载59
4.1相关工作回顾60
4.1.1最小化时延的计算卸载决策60
4.1.2最小化能耗的计算卸载决策61
4.1.3最小化时延能耗权衡的计算卸载决策61
4.1.4协同资源分配的计算卸载决策62
4.2相关理论知识与技术62
4.2.1泊松簇分布62
4.2.2拉格朗日函数63
4.2.3对偶上升法63
4.2.4对偶分解法64
4.2.5增广拉格朗日算法64
4.2.6ADMM算法65
4.3边缘协同卸载系统模型架构65
4.4边缘协同卸载问题建模67
4.4.1网络时延67
4.4.2边缘协同卸载系统能耗68
4.4.3问题求解69
4.5边缘协同卸载仿真分析71
4.5.1仿真源代码说明71
4.5.2边缘协同卸载实验结果分析72
小结75
习题75
第5章边缘智能76
5.1背景知识回顾78
5.1.1资源受限下的联邦学习78
5.1.2数据异构下的联邦学习79
5.1.3系统动态下的联邦学习79
5.1.4安全联邦学习79
5.2相关理论知识与技术80
5.2.1联邦学习原理80
5.2.2联邦平均算法80
5.2.3卷积神经网络82
5.2.4轻量级框架83
5.3问题分析83
5.3.1高精度轻量化模型84
5.3.2个性化轻量化模型86
5.4实验结果与分析88
5.4.1参数设置88
5.4.2实验源代码说明88
5.5.3实验结果96
5.5实验平台搭建与性能验证103
5.5.1搭建边缘智能平台103
5.5.2性能验证103
小结104
习题104
第6章边缘系统容量105
6.1边缘系统容量基础106
6.2问题架构107
6.2.1系统场景107
6.2.2干扰分析108
6.2.3优化问题表述108
6.3传输距离和系统容量109
6.3.1传输距离表示110
6.3.2最小传输距离111
6.3.3系统容量114
6.4实验结果与分析114
6.4.1仿真源代码说明114
6.4.2内容备份数和分配过程122
6.4.3容量分析124
小结125
习题126
第7章云边系统部署与配置127
7.1Kubernetes和Docker安装127
7.2云端部署KubeEdge（master）134
7.3边缘端部署KubeEdge（edgenode1,edgenode2）135
7.4检查KubeEdge各节点状态136
7.5计数器示例演示136
7.6交通标志检测系统示例演示138
7.6.1系统总体设计1387.6.2边缘端服务应用设计与实现144
7.6.3云端管理平台设计与实现1457.6.4系统测试与分析146
小结154
习题154
附录A
缩略语155
参考文献156
1.1边缘计算简介2
1.1.1边缘计算产生背景与意义2
1.1.2边缘计算定义与体系结构3
1.1.3边缘计算典型应用场景4
1.2边缘计算核心技术6
1.2.1技术基础6
1.2.2边缘协同6
1.2.3边缘服务器部署7
1.2.4边缘内容缓存7
1.2.5边缘计算卸载81.2.6边缘智能8
1.2.7边缘系统性能评价9
1.3相关开发平台9
1.3.1云计算平台与Docker容器9
1.3.2Kubernetes容器编排平台11
1.3.3KubeEdge边缘计算平台11
小结13
习题13
第2章边缘服务器部署14
2.1边缘服务器部署基础15
2.1.1微云放置16
2.1.2服务放置17
2.1.3服务器部署17
2.1.4蛇优化算法18
2.2边缘服务器部署系统模型20
2.2.1网络模型20
2.2.2覆盖模型21
2.2.3时延模型21
2.2.4成本模型22
2.2.5问题描述23
2.3边缘服务器的动态部署23
2.3.1蛇优化算法的改进23
2.3.2边缘服务器动态放置算法26
2.3.3基于线性规划问题的成本算法27
2.4边缘服务器部署实验结果及分析28
2.4.1参数设置28
2.4.2仿真源代码说明29
2.4.3实验结果30
小结35
习题35
第3章边缘内容缓存36
3.1边缘内容缓存基础37
3.1.1缓存内容37
3.1.2缓存位置37
3.1.3缓存方式39
3.1.4D2D缓存39
3.1.5社会性缓存40
3.1.6流行性缓存41
3.2相关知识与理论42
3.2.1D2D通信技术42
3.2.2知识图谱44
3.2.3边缘缓存性能指标45
3.3边缘内容缓存系统模型与架构45
3.4边缘内容缓存问题建模分析48
3.4.1设备关系分析48
3.4.2社交关系分析49
3.4.3功率控制分析50
3.4.4内容共享节点选择机制51
3.5边缘内容缓存仿真分析52
3.5.1仿真源代码说明52
3.5.2设备图谱分析52
3.5.3边缘内容缓存实验结果分析54
小结58
习题58
第4章边缘协同卸载59
4.1相关工作回顾60
4.1.1最小化时延的计算卸载决策60
4.1.2最小化能耗的计算卸载决策61
4.1.3最小化时延能耗权衡的计算卸载决策61
4.1.4协同资源分配的计算卸载决策62
4.2相关理论知识与技术62
4.2.1泊松簇分布62
4.2.2拉格朗日函数63
4.2.3对偶上升法63
4.2.4对偶分解法64
4.2.5增广拉格朗日算法64
4.2.6ADMM算法65
4.3边缘协同卸载系统模型架构65
4.4边缘协同卸载问题建模67
4.4.1网络时延67
4.4.2边缘协同卸载系统能耗68
4.4.3问题求解69
4.5边缘协同卸载仿真分析71
4.5.1仿真源代码说明71
4.5.2边缘协同卸载实验结果分析72
小结75
习题75
第5章边缘智能76
5.1背景知识回顾78
5.1.1资源受限下的联邦学习78
5.1.2数据异构下的联邦学习79
5.1.3系统动态下的联邦学习79
5.1.4安全联邦学习79
5.2相关理论知识与技术80
5.2.1联邦学习原理80
5.2.2联邦平均算法80
5.2.3卷积神经网络82
5.2.4轻量级框架83
5.3问题分析83
5.3.1高精度轻量化模型84
5.3.2个性化轻量化模型86
5.4实验结果与分析88
5.4.1参数设置88
5.4.2实验源代码说明88
5.5.3实验结果96
5.5实验平台搭建与性能验证103
5.5.1搭建边缘智能平台103
5.5.2性能验证103
小结104
习题104
第6章边缘系统容量105
6.1边缘系统容量基础106
6.2问题架构107
6.2.1系统场景107
6.2.2干扰分析108
6.2.3优化问题表述108
6.3传输距离和系统容量109
6.3.1传输距离表示110
6.3.2最小传输距离111
6.3.3系统容量114
6.4实验结果与分析114
6.4.1仿真源代码说明114
6.4.2内容备份数和分配过程122
6.4.3容量分析124
小结125
习题126
第7章云边系统部署与配置127
7.1Kubernetes和Docker安装127
7.2云端部署KubeEdge（master）134
7.3边缘端部署KubeEdge（edgenode1,edgenode2）135
7.4检查KubeEdge各节点状态136
7.5计数器示例演示136
7.6交通标志检测系统示例演示138
7.6.1系统总体设计1387.6.2边缘端服务应用设计与实现144
7.6.3云端管理平台设计与实现1457.6.4系统测试与分析146
小结154
习题154
附录A
缩略语155
参考文献156
