邊緣計算是指在距離數(shù)據(jù)源最近的一側(cè)集成網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲和應(yīng)用能力以提供末端服務(wù)的開放平臺。其應(yīng)用通常運(yùn)行在邊緣側(cè)，能夠?qū)崿F(xiàn)更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)，滿足實(shí)時業(yè)務(wù)、人工智能、安全和隱私保護(hù)等行業(yè)的基本需求。

邊緣計算是在事物、數(shù)據(jù)和操作的起源地附近進(jìn)行的計算的術(shù)語。用于邊緣計算的智能設(shè)備可以是具有專門處理能力的物聯(lián)網(wǎng)終端、具有一定數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)計算能力的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)或路由器。本文將詳細(xì)探討邊緣計算網(wǎng)關(guān)。

什么是邊緣計算？

為了提供近端計算和服務(wù)，邊緣計算設(shè)備將網(wǎng)絡(luò)、計算、存儲和應(yīng)用程序結(jié)合在靠近對象或數(shù)據(jù)源的一側(cè)。越來越多的科技公司開始了自己在邊緣計算上的業(yè)務(wù)布局。智能工廠、智能城市、智能制造、智能零售等概念將越來越盛行。

在使用物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算技術(shù)的過程中，這些業(yè)務(wù)需要使用各種智能網(wǎng)關(guān)、邊緣設(shè)備和云來進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、處理和存儲。這些設(shè)備與分布式數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)處理一起構(gòu)成了完整的邊緣計算系統(tǒng)。但這個系統(tǒng)并不是獨(dú)立存在的，它和云計算平臺之間會有大量的數(shù)據(jù)傳輸和應(yīng)用交互。

(資料圖片僅供參考)

為什么物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)需要邊緣計算能力？

企業(yè)經(jīng)常為其物聯(lián)網(wǎng)解決方案部署大量物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，這給管理和監(jiān)控它們帶來了挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是將物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備連接到云并促進(jìn)雙向數(shù)據(jù)傳輸?shù)募衅鳌Ｒ虼?，可以上傳物?lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，并且基于云的應(yīng)用程序可以向物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備發(fā)送命令。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)增加邊緣計算能力，可以減少網(wǎng)絡(luò)流量和延遲，同時解決海量數(shù)據(jù)帶來的中央處理能力不足的問題。下面將詳細(xì)介紹：

遏制云計算成本上升

節(jié)省成本是實(shí)施邊緣計算的主要動機(jī)之一。正如我們之前提到的，隨著數(shù)據(jù)量和用戶數(shù)量的增長，計算和存儲的成本將呈指數(shù)級增長。一般來說，不同用戶規(guī)模所需的服務(wù)器可以如下所示（粗略估計）：

用戶規(guī)模	QPS（每秒查詢次數(shù)）	所需服務(wù)器
1	100,000	100	10
2	1,000,000	1,000	50
3	10,000,000	10,000	500
4	100,000,000	1,000,000	10,000

從表中可以看出，用戶數(shù)量從10萬增長到1億，增長了近100倍。為什么服務(wù)器呈現(xiàn)1000倍的增長？因?yàn)楫?dāng)體量增大時，架構(gòu)變得復(fù)雜，各種任務(wù)，比如緩存、隊列、服務(wù)發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)關(guān)、自動化運(yùn)維、監(jiān)控等就成為必須的。

如果采用去中心化的邊緣計算，大量的計算工作將在邊緣完成，這將大大降低服務(wù)器投資，大大降低成本。

分擔(dān)計算負(fù)擔(dān)

通過部署物聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)關(guān)設(shè)備，有效處理附近物聯(lián)網(wǎng)終端產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，可以輕松解決云中心計算能力帶來的諸多問題。邊緣計算理論上可以滿足很多行業(yè)在敏捷性、實(shí)時性、數(shù)據(jù)優(yōu)化、AI智能、安全隱私保護(hù)等方面的關(guān)鍵需求。

邊緣計算網(wǎng)關(guān)的優(yōu)點(diǎn)

物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備會生成大量數(shù)據(jù)。當(dāng)企業(yè)擁有重要的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)并希望將數(shù)據(jù)從所有這些設(shè)備傳輸?shù)皆茣r，這些物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可能會使用企業(yè)的所有互聯(lián)網(wǎng)帶寬，而云存儲價格昂貴。

通過使用邊緣計算僅處理一些基本且有價值的數(shù)據(jù)，可以避免此類問題。通過限制需要發(fā)送到云的數(shù)據(jù)量，此方法有助于削減支出和帶寬利用率。

假設(shè)一家企業(yè)擁有一組支持 IP 的安全攝像頭，將所有原始監(jiān)控錄像發(fā)送到云端進(jìn)行處理。當(dāng)多個攝像機(jī)主要集中在空曠的空間時，將原始監(jiān)控錄像發(fā)送到云端當(dāng)然沒有意義，而且會浪費(fèi)帶寬。在邊緣處理視頻片段比一次上傳所有監(jiān)控材料更有效，可以減輕這種帶寬浪費(fèi)的情況。

邊緣設(shè)備可以區(qū)分出企業(yè)認(rèn)為值得保留的有意義的片段和不相關(guān)的片段，并將需要審核的視頻片段發(fā)送到網(wǎng)關(guān)設(shè)備，然后網(wǎng)關(guān)設(shè)備將數(shù)據(jù)上傳到云端。從這個示例中可以看出，物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算網(wǎng)關(guān)對于幫助組織降低物聯(lián)網(wǎng)相關(guān)的帶寬使用至關(guān)重要。

物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算網(wǎng)關(guān)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)關(guān)基礎(chǔ)設(shè)施由四個架構(gòu)級別組成：

網(wǎng)絡(luò)層：在這一層，來自各種來源的數(shù)據(jù)被編譯并以安全的方式發(fā)送到處理系統(tǒng)。數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（DAS）負(fù)責(zé)執(zhí)行數(shù)據(jù)聚合和格式轉(zhuǎn)換。在這一層，物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算網(wǎng)關(guān)可以安全地連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和處理基礎(chǔ)設(shè)施。傳感器層：在傳感器層，設(shè)備收集數(shù)據(jù)以供后續(xù)處理。數(shù)據(jù)預(yù)處理層：在傳輸?shù)交谠频幕A(chǔ)設(shè)施之前，物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)在該層進(jìn)行預(yù)處理并進(jìn)行基礎(chǔ)數(shù)據(jù)分析。物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備在這一層運(yùn)行。云應(yīng)用層：借助基于云的基礎(chǔ)設(shè)施，用戶和應(yīng)用程序可以訪問數(shù)據(jù)和深入數(shù)據(jù)分析的結(jié)果。數(shù)據(jù)存儲在這一層也是可行的。

IoT邊緣計算網(wǎng)關(guān)設(shè)備組成

邊緣計算網(wǎng)關(guān)是一種物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)設(shè)備，可彌合基于云的物聯(lián)網(wǎng)平臺、傳感器、設(shè)備和系統(tǒng)之間的通信差距。物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算網(wǎng)關(guān)設(shè)備通常提供本地處理和存儲解決方案，以及基于傳感器輸入數(shù)據(jù)自主管理現(xiàn)場設(shè)備的能力。

IoT 邊緣網(wǎng)關(guān)硬件

物聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)關(guān)位于邊緣系統(tǒng)的接合處，充當(dāng)設(shè)備生態(tài)系統(tǒng)內(nèi)部和外部網(wǎng)絡(luò)連接的主要接入點(diǎn)。它可以將其他設(shè)備使用的生態(tài)系統(tǒng)的本地內(nèi)聯(lián)網(wǎng)連接到公共互聯(lián)網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)軟件

例如，就工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)而言，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)軟件提高了機(jī)器和過程數(shù)據(jù)的透明度。它采用規(guī)則來檢查特定數(shù)據(jù)，以確保您的輸出符合高標(biāo)準(zhǔn)。它還實(shí)時監(jiān)控過程數(shù)據(jù)，包括溫度、壓力、振動等。

物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算網(wǎng)關(guān)如何工作？

無論企業(yè)準(zhǔn)備對物聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行廣泛投資，還是只想開始使用一些邊緣計算設(shè)備，部署物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算網(wǎng)關(guān)都將帶來短期和長期效益。讓我們看看它是如何工作的。

連接物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備

與通用遙控器類似，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)允許您從一個位置控制所有設(shè)備，從而節(jié)省您的時間和精力。同樣，物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算網(wǎng)關(guān)充當(dāng)連接設(shè)備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹醒霕屑~。通過云，人們和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備能夠相互通信。當(dāng)向 IoT 設(shè)備發(fā)送或接收信息時，會利用 IoT 網(wǎng)關(guān)和支持云的軟件與 IoT 設(shè)備進(jìn)行通信。

另一方面，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)允許越來越多的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和智能傳感器相互連接，通過將數(shù)據(jù)過濾為有用信息來促進(jìn)通信，并簡化其在整個物理空間中的功能。

轉(zhuǎn)換物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備之間的通信

盡管物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備正在迅速融入我們的日常生活，新的服務(wù)和產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)，以改善我們生活的幾乎每個領(lǐng)域，但目前物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備語言還沒有通用標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)添加更多物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備時，協(xié)議轉(zhuǎn)換網(wǎng)關(guān)變得更加重要，因?yàn)樗鼈兪顾鼈兏菀紫嗷ネㄐ拧?/p>加強(qiáng)安全

隨著物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的增加，會引發(fā)更多的安全問題。所有物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都容易受到外部干擾和黑客攻擊，但物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)在互聯(lián)網(wǎng)和物理設(shè)備之間增加了另一層安全性。

智能邊緣

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是“主動智能邊緣”的典型示例。這意味著數(shù)據(jù)可以由物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)本身進(jìn)行翻譯和處理，無需第三方實(shí)體或個人的協(xié)助。

邊緣計算網(wǎng)關(guān)應(yīng)用場景

邊緣計算引入物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)是不可避免的，哪些場景需要邊緣計算網(wǎng)關(guān)？

當(dāng)企業(yè)需要處理一些實(shí)時響應(yīng)的業(yè)務(wù)時，比如即時響應(yīng)用戶的一些本地需求，比如共享單車解鎖、利用人臉識別系統(tǒng)進(jìn)行門禁管理，對數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和結(jié)構(gòu)化（比如提取車牌）視頻中的信息，文本化后傳回數(shù)據(jù)中心，實(shí)現(xiàn)實(shí)時設(shè)備監(jiān)控（主要是離線設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控），以及一些去中心化的P2P應(yīng)用（邊緣節(jié)點(diǎn)可以方便附近的P2P通信）設(shè)備（當(dāng)充當(dāng)服務(wù)發(fā)現(xiàn)服務(wù)器時），它們將需要物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算網(wǎng)關(guān)。

邊緣計算的應(yīng)用場景多種多樣，其中很多甚至是我們無法想象的。以下使用示例供參考：

電力：路燈控制，城市電網(wǎng)電壓電流數(shù)據(jù)實(shí)時監(jiān)測報警，或太陽能電池板監(jiān)測；安全：遠(yuǎn)程門禁系統(tǒng)、防盜裝置報警；能源：油田、煤礦、石油、天然氣數(shù)據(jù)采集、供熱系統(tǒng)監(jiān)測；交通：車輛牌照監(jiān)控系統(tǒng)、車輛違章監(jiān)控、紅綠燈控制；環(huán)境保護(hù)：收集實(shí)時數(shù)據(jù)，用于自來水、污水管道、泵站、水廠的監(jiān)測和維護(hù)。

總結(jié)

不言而喻，邊緣計算網(wǎng)關(guān)在物聯(lián)網(wǎng)時代至關(guān)重要。正如我們之前介紹的，邊緣計算網(wǎng)關(guān)負(fù)責(zé)處理和分析來自設(shè)備的數(shù)據(jù)，以使它們實(shí)時響應(yīng)需要低延遲的應(yīng)用。

雖然邊緣計算有很多好處，但它也帶來了許多困難，例如管理和維護(hù)分布式設(shè)備、處理海量數(shù)據(jù)以及確保網(wǎng)絡(luò)安全。因此，物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的成功取決于選擇合適的邊緣計算網(wǎng)關(guān)平臺和架構(gòu)，以及其高效的配置。

資料來源：DUSUN