
承接上文介绍了雾计算的简单的应用和由来,下文将会介绍物联网的一个重要技术 - 边缘计算(Edge computing)。下文将会阐述边缘计算的由来,并介绍它与物联网的关系,而且会利用无人驾驶作为用例,介绍云计算的短处和边缘计算的应用。
先定义一下边缘计算(wikepedia,2019):
这里提到很多艰涩的专业名词,例如是“分散式运算”,“节点”等,其实只是描述:边缘技术是一种技术将大型应用程式的一部分转移到(即分散式运算)日常设备中处理(即边缘节点中)。
在云计算的典型结构中(如上图),通常可分为“云(云层) - 网(雾层) - 端(边缘)”三层。“端”这一层覆盖所有终端的应用程式,亦通常是被管理的角色。当云计算一计算出结果,就会到透过“网”层,将指令发送到“端”层的应用程式执行,而应用程式收到数据后,则会发送到“云”层作计算。
而边缘计算则可以想像为给予“端”层一定程度的“自治”。在边缘计算的架构中,终点被赋予简单的存储和计算能力(与雾计算不同,这里重点是“简单”的功能) ,令它能偶尔脱离云的管理,并根据环境数据作出回应。
增加终端系统简单的计算和存取能力看似一小步,但其实这个布局有着莫大的好处,当中包括:
- 低延迟:数据由近场产生,能快速回应
- 独立性:在没有网络连接下,系统亦能运作
- 合规性:无需传送用户资料,保护个人数据
- 简化数据:终端先处理部份数据,数据简化后才向云服务器传输
- 安全性:数据传输减少,减少网络安全风险
无人驾驶是边缘计算其中一个经典用例,亦是一个很好例子说明云计算的短处和为什么需要边缘计算。
下图展示的是常用的云计算架构,当中包括1)一架智能汽车(客户端),并且正在使用无人驾驶功能,2)互联网(Internet),用作传输数据,以及3)云服务(云计算)服务器),用作提供无人驾驶服务。
假设汽车正在以60ms-1的速度行驶,并在起始位置感测到前方3m有阻碍物。由于汽车正在使用云计算的架构,汽车本身并没有分析的功能,汽车会将感测到的影像 传送到云服务器中作分析(步骤1)。
很不幸地,由于汽车现在在北区甚远,信息在005s后才能到云服务 无上停驶,但也要经过005s才能将指令发送到汽车上执行(步骤2)。
在这段发送信息到回收指令的过程中(~01s),汽车会继续以均速行驶(60ms-1),并到6m后(= 60ms-1×01s)才会收到指令停下来 。而且会撞到在3m前的路人,酿成车祸。
汽车在起始位置感测到前方3m有阻碍物,会立刻执行停车指令(步骤1)。然后再发送影像和决策内容到云服务器中作进阶分析(步骤2),以改善无人驾驶性能。 (注:这里看似与雾计算方式相似,但在过程中,应用程式没有作任何的数据分析,只根据感应器内容作出回应。若然是雾计算的话,感应器信息会发送到雾服务中,再作分析,然后通知终端设备作出回应。)
由此可见,云服务器距离数据产生的位置较远,因此会造成较大的延迟。而无人驾驶这些需要实时作出决策的活动,则很大机会需要使用边缘计算,使计算的服务靠近产生数据的源头,做到计算更接近实际行动。
随着科技的进步,数据传输速度的快速提升,不少日常物品,例如是家用电器,车辆等,都已经嵌入感测器,并透过网络接结与互联网交换资讯,形成了庞大的物件网络(即物联网)。
物件会在运行时会收集到大量的环境数据。有些人会问,为什么不把数据都在本地(local drive)处理,其他数据再传到云服务做储存。这可能是其中一个可以实行的方法,但如果所有数据都在本地处理,物件本身要设有很多的存储装置和处理服务器。这会大大增加电力消秏和物件重量,增加成本。
因此,最好的方法是结合云计算和边缘计算的优势做出最佳的配置。在一些决定物件重大安全性的事件(例如如上文无人驾驶例子的刹车)可将决定的主导权放到边缘上,其他没有急切性的事情,则放到云服务器低成本集中处理。透过云与边缘的良好分工,大大减少成本,亦能提高运算效率。“边缘计算”的概念本身并不是一个“新鲜词”。早在2003年,CDN服务商Akamai就与IBM合作推出了最早的“边缘计算”。如果以时间维度看,从亚马逊在2006年推出AWS看作是云计算的起点开始,那么它要比云计算被提出的时间更更加的早。
不过,过去很多年的时间由于技术和应用场景等各种原因,边缘计算一直没有获得太多的关注,直到5G时代的到来,才让一直处在“很边缘”的边缘计算得到了全新的发展良机。
云计算是通过使计算分布在大量的分布式计算机上,而非本地计算机或远程服务器中,企业数据中心的运行将与互联网更相似。这使得企业能够将资源切换到需要的应用上,根据需求访问计算机和存储系统。
云计算vs边缘计算
云计算的不足
随着边缘计算的兴起,在太多场景中需要计算庞大的数据并且得到即时反馈。这些场景开始暴露出云计算的不足,主要有以下几点:大数据的传输问题:据估计,到2020 年,每人每天平均将产生 15GB 的数据。随着越来越多的设备连接到互联网并生成数据,以中心服务器为节点的云计算可能会遇到带宽瓶颈。数据处理的即时性:据统计,无人驾驶汽车每秒产生约 1GB 数据,波音 787 每秒产生的数据超过 5GB;2020 年我国数据储存量达到约 39ZB,其中约 30% 的数据来自于物联网设备的接入。海量数据的即时处理可能会使云计算力不从心。隐私及能耗的问题:云计算将身体可穿戴、医疗、工业制造等设备采集的隐私数据传输到数据中心的路径比较长,容易导致数据丢失或者信息泄露等风险;数据中心的高负载导致的高能耗也是数据中心管理规划的核心问题。
边缘计算的优势和发展
边缘计算的发展前景广阔,被称为“人工智能的最后一公里”,但它还在发展初期,有许多问题需要解决,如:框架的选用,通讯设备和协议的规范,终端设备的标识,更低延迟的需求等。随着 IPv6 及 5G 技术的普及,其中的一些问题将被解决,虽然这是一段不小的历程。相较于云计算,边缘计算有以下这些优势。
优势一:更多的节点来负载流量,使得数据传输速度更快。
优势二:更靠近终端设备,传输更安全,数据处理更即时。
优势三:更分散的节点相比云计算故障所产生的影响更小,还解决了设备散热问题。
两者既有区别,又互相配合上文讲了云计算的缺点以及边缘计算的优点,那么是不是意味着在未来,边缘计算更胜云计算一筹呢?其实不然!云计算是人和计算设备的互动,而边缘计算则属于设备与设备之间的互动,最后再间接服务于人。边缘计算可以处理大量的即时数据,而云计算最后可以访问这些即时数据的历史或者处理结果并做汇总分析。
边缘计算是指在靠近物或数据源头的网络边缘侧,融合了网络、计算、存储以及应用处理能力的分布式平台,就近提供智能服务。和云计算的区别是:作用的不同。
边缘计算是云计算的一个逆 *** 作,云计算强调的是计算和存储等能力从边缘端或桌面端集中过来,而边缘计算则是将这种计算和存储等能力重新下沉到边缘。
边缘计算和云计算两者实际上都是处理大数据的计算运行的一种方式。边缘计算是对云计算的一种补充和优化,云计算把握整体,而边缘计算更专注局部。
云计算(cloud computing)是分布式计算的一种,指的是通过网络“云”将巨大的数据计算处理程序分解成无数个小程序,然后,通过多部服务器组成的系统进行处理和分析这些小程序得到结果并返回给用户。
云计算的核心概念就是以互联网为中心,在网站上提供快速且安全的云计算服务与数据存储,让每一个使用互联网的人都可以使用网络上的庞大计算资源与数据中心。
物联网平台的定义:
物联网平台是一个中间层,一方面位于物联网设备层和物联网网关(和数据)层之间,另一方面是应用。因此,物联网平台也被称为应用支撑平台/智能管理平台。
物联网平台的基本功能和优势:
物联网平台支持物联网设备和端点管理、连接和网络管理、数据管理、处理和分析、应用开发、安全、访问控制、监控、事件处理和接口/集成。
物联网平台有自己的根,需要管理、监控、存储、翻译、保护和分析物联网数据;启用应用程序;物联网设备管理;因为物联网缺乏标准和互 *** 作性、连接性和集成性;安全性、固件更新以及用户和访问管理;可视化并与应用程序、用户和开发人员联系。
物联网平台可以更快、更便宜、更好地构建物联网解决方案,实现物联网项目。它们的基本功能包括连接和网络管理、设备管理、数据采集、处理分析和可视化、应用支持、集成和存储。
随着更多物联网设备/资产、数据、相关技术、网络/连接解决方案的出现,以及基础设施和高效、可互 *** 作和安全连接的发展,物联网平台已经成为专业的物联网部署。
物联网平台已经成为物联网部署的重要组成部分,几种类型和供应商都有各自的侧重点和市场策略。此外,物联网平台的现实和市场非常复杂,因为物联网项目、应用和解决方案具有不同的架构、连接和管理设备的方式、管理和分析数据的可能性、构建应用的能力和利用的选项。对于任何特定环境下的任何给定物联网用例,物联网都是有意义的:例如:消费应用、企业物联网应用和工业物联网或工业40。
物联网平台并没有一个标准的定义,就如物联网并不是一项新技术,而是已有技术在新情景和新用例中的应用。每一个行业巨头都可以根据自己的业务特点,整合业务和产品线,抽离共性技术、业务流程等重组出一个“业务平台”,并称之为物联网平台。例如,系统服务/软件厂商通过开放开发工具、API 来搭建一个 AEP 平台;工业巨头将某一细分领域的 Kown-how 数字化并封装成一套解决方案,便能够提供一个工业互联网平台。当然,一个平台的构建并没有说的那么简单,它是一个系统的工程,需要上下游的资源整合优化,以及根据业务需求和顶层规划进行有逻辑的重组,而不是简简单单的叠加。
基于平台供应商数量众多的现实,大多数的供应商只能提供平台能力的一部分。实际上,这类公司并不能称为物联网平台提供商。如果仅仅提供连接管理或者应用使能这类简单功能,那么只能被称为连接管理平台或者应用使能平台,而不能称为综合性物联网平台。
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