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从神经学角度看边缘计算与互联网云脑之间的关系

2017-06-27 09:22
flinay
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在过去的20年间,科技领域涌现了大量新技术,新概念,新理论,代表了以互联网,人工智能,脑科学为箭头的前沿科技发展方向,这些名词包括”物联网,云计算,大数据,人工智能(深度学习),工业4.0,工业互联网,无人机,智能驾驶,虚拟现实,3D打印”等等。他们之间究竟是什么关系。我们曾经用互联网云脑(大脑)的架构进行了分析。如下图所示。

一、边缘计算,雾计算产生的背景和概念介绍

当前,移动互联网,物联网,人工智能系统的计算大多数是在互联网数据中心运行,即运行在“云”上。但是随着技术的发展,人们发现一个巨大的机会正在远离数据中心的网络边缘产生——嵌入式人工智能正受到越来越广泛的重视。

物联网拥有海量的终端设备,未来如果这些网络节点所抓取的数据都需要上传云端进行智能处理或者深度学习,对网络带宽将提出巨大挑战。另一个挑战就是功耗。设备端大量采用电池供电,比如智能移动设备、新能源汽车等都对设备功耗提出越来越高的要求。(王均峰语)

从2015开始,以边缘计算,雾计算为特点的嵌入式人工智能技术开始受到重视,他们的作用可以优化资源、提升效率。

边缘计算概念已经普遍存在于工业物联网应用、制造业、零售、ATM机、智能手机和虚拟/混合现实等领域。这一概念的核心是处理任务时,在网络端点或接近网络端点的地方完成一部分计算和分析,而无须将所有数据发回云端。算法和模型可以在云端建立,然后推送到边缘设备上。

而雾计算(Fog Computing)是指数据、(数据)处理和应用程序集中在网络边缘的设备中,而不是几乎全部保存在云中,是云计算(Cloud Computing)的延伸概念,由思科(Cisco)首创。2011年被提出,在2012年被作了详细定义。

二、边缘计算和雾计算是互联网云脑神经末梢发育的萌芽

作为近几年开始引起产学研关注的新科技概念,边缘计算和雾计算本质上究竟是什么?与物联网,云计算,大数据,人工智能,工业互联网,工业4.0,移动互联网的关系是什么?能不能在互联网云脑的架构标注出来?

我们在2005年开始的互联网与脑科学交叉研究提出:“互联网将从一个分裂的,不成熟的组织结构向着与人类大脑高度相似的方向进化,它将具备自己的视觉、听觉、触觉、运动神经系统,也会拥有自己的记忆神经系统、中枢神经系统、自主神经系统。”,当互联网进化的成熟阶段时,所形成的结构图如上图所示。

对于边缘计算和雾计算这两个新科技概念,如果从神经学的角度看,它们对应了大脑神经学架构的哪个组成部分呢?让我们首先看一下末梢神经的相关情况和图示:

神经末梢是为神经元神经纤维的末端部分,分布在各种器官和组织内。按其功能不同,分为感觉神经末梢和运动神经末梢。

感觉神经末梢是感觉(传入)神经元周围突的终末部分与其他组织结构共同形成的特定结构,称为感受器(receptor)。它能感受人体内外的各种刺激,并转化为神经冲动,传向中枢。感觉神经末梢按其结构又可分为游离神经末梢和有被囊感觉神经末梢。

运动神经末梢是运动神经元传出神经纤维的,终止于骨骼肌、心肌、平滑肌及腺体等形成效应器( effector),支配肌肉收缩或腺体分泌。

三、边缘计算和雾计算在互联网云脑中的位置

从上述边缘计算和雾计算和神经末梢的知识介绍可以看出,边缘计算和雾计算可以看做是互联网云脑(大脑)发育过程中互联网神经末梢不断发育的结果。或者说边缘计算和雾计算是互联网神经末梢的代名词。

边缘计算和雾计算为代表的智能感受器和效应器在网络的边缘进行初步和简单的数据,信息处理。它们的出现不是为了替代互联网的中枢神经系统(云计算),而是与云计算互为备份,互为依托,增加整个互联网云脑(大脑)的鲁棒性。

在有良好网络条件的情况下,云端能减少本地端的计算任务,也能够完成信息储备能力及数据实时共享。当网络线路和云端计算量受限时,边缘计算和雾计算可以独立进行信息处理,但最终当线路联通后,边缘计算和雾计算还是要把相关信息传输到云端(互联网中枢神经系统),实现不同边缘设备的信息共享和交互。

综上所述,我们把边缘计算和雾计算标准在互联网云脑的架构图上。如下图所示:

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