導(dǎo)讀:伴隨著物聯(lián)網(wǎng)的迅猛發(fā)展,以及 5G 時代的到來,邊緣計算越來越得到廣泛的重視與應(yīng)用。本文從邊緣計算的基本概念、邊緣計算———物聯(lián)網(wǎng)深度發(fā)展的解決方案、邊緣計算——物聯(lián)網(wǎng)深度發(fā)展的解決方案、邊緣計算的廣泛應(yīng)用、邊緣計算面臨的挑戰(zhàn)等多方面,論述了邊緣計算在縮短數(shù)據(jù)的傳輸距離,消除帶寬延遲問題,提升應(yīng)用和性能的可靠性,降低運(yùn)行成本的作用。
體工業(yè)的迅猛發(fā)展把算的廣泛應(yīng)用、邊緣計算面臨的挑戰(zhàn)等多方面,論述了邊緣計算在縮短數(shù)據(jù)的傳輸距離,消除帶寬延遲問題,提升應(yīng)用和服務(wù)的性能和可靠性,降低運(yùn)行成本的作用。人們生活帶到了智能時代,如:智能手環(huán)、智能手表、智能手機(jī)這樣的隨身玩物,更為整個工業(yè)世界帶來了爆發(fā)式增長的、各類全新的傳感器,世界半導(dǎo)體貿(mào)易統(tǒng)計組織( WSTS) 數(shù)據(jù)顯示,上世紀(jì)九十年代初,半導(dǎo)體世界市場規(guī)模僅為約 500 億美元,而 2018 年則增長至接近 10 倍的4779 億美元。根據(jù) IDC 預(yù)測,到 2020 年,全球?qū)⒂?500 億終端設(shè)備、2120 億個傳感器接入互聯(lián)網(wǎng),每天產(chǎn)生超過 44ZB 的數(shù)據(jù)大部分來自它們。海量的設(shè)備和龐大的數(shù)據(jù)量更組成了互聯(lián)網(wǎng)的一個全新分支———物聯(lián)網(wǎng)。
物聯(lián) 5G 網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn),以及云基礎(chǔ)設(shè)施上的負(fù)載越來越大,智能應(yīng)用的數(shù)量劇增,推動了邊緣計算的興起。在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中,數(shù)據(jù)處理、分析和存儲越來越多地發(fā)生在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè),接近用戶和設(shè)備需要訪問信息的地方,邊緣計算已成了一個重要的發(fā)展方向。物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展推動了邊緣計算的興起。
邊緣計算的概念
邊緣計算是指在智能設(shè)備或數(shù)據(jù)源頭的一端,提供網(wǎng)絡(luò)、存儲、計算、應(yīng)用等能力,達(dá)到更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng),更安全的本地數(shù)據(jù)傳輸。邊緣計算可以滿足系統(tǒng)在實(shí)時業(yè)務(wù)、智能應(yīng)用、安全隱私保護(hù)等方面的要求,為用戶提供本地的智能服務(wù)。
邊緣計算一般由云端系統(tǒng)、本地核心節(jié)點(diǎn)和普通設(shè)備組成,云端系統(tǒng)負(fù)責(zé)設(shè)備管理、配置設(shè)備驅(qū)動函數(shù)和聯(lián)動函數(shù)、設(shè)置消息路由等功能,本地核心節(jié)點(diǎn)一般是計算能力較強(qiáng)的設(shè)備,如路由器和網(wǎng)關(guān),提供本地計算、消息轉(zhuǎn)發(fā)、設(shè)備管理的能力,設(shè)備一般如燈、開關(guān)等輕量級設(shè)備,可以接收網(wǎng)關(guān)下發(fā)的指令,和上報數(shù)據(jù)給網(wǎng)關(guān)。
通過縮短設(shè)備與提供給設(shè)備資源之間的距離,另外減少網(wǎng)絡(luò)跳數(shù),邊緣計算消除了當(dāng)今互聯(lián)網(wǎng)在延遲和帶寬方面的限制,從而帶來全新的應(yīng)用類別。就邊緣計算而言,計算系統(tǒng)和存儲系統(tǒng)也位于邊緣,盡可能接近生成所處理的數(shù)據(jù)的部件、設(shè)備、應(yīng)用或人。思科在 2014 年 1 月推出了其霧計算,以此將云計算功能引入到網(wǎng)絡(luò)邊緣。實(shí)際上,霧是標(biāo)準(zhǔn),邊緣是概念。霧實(shí)現(xiàn)了邊緣計算概念中的可重復(fù)結(jié)構(gòu),那樣企業(yè)就可以將計算推送到集中系統(tǒng)或云之外的地方,以獲得更好的性能和可擴(kuò)展性。
邊緣計算-物聯(lián)網(wǎng)深度決方案
基數(shù)龐大的傳感器就像人的末梢神經(jīng),監(jiān)業(yè)機(jī)體的每一臺設(shè)備、每一個流程,并將數(shù)據(jù)源源不斷匯集到數(shù)據(jù)中心里,讓企業(yè)能夠通過數(shù)據(jù)形成新的工業(yè)感知。這種全新的感知不僅能夠極大地提高生產(chǎn)效率,更能催生出自動駕駛、智能城市等全新的工業(yè)應(yīng)用場景。
2.1 邊緣計算的形成
隨著海量數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)心內(nèi)的高速匯集,傳統(tǒng)上數(shù)據(jù)中心為核心的 IT 總體架構(gòu)卻遇到了空前的挑戰(zhàn)。各類終端和傳感器必須通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)匯集到數(shù)據(jù)中心里,再通過網(wǎng)絡(luò)將經(jīng)過處理的數(shù)據(jù)反饋給終端,從而形成完整的感知和控制回路。
巨大的數(shù)據(jù)量讓整個數(shù)據(jù)中心的南北向網(wǎng)絡(luò)面臨沉重?fù)?dān)。在以帶寬計費(fèi)的網(wǎng)絡(luò)世界中,帶寬太小就無法滿足工業(yè)對實(shí)時感知的現(xiàn)實(shí)需求,而足量的帶寬卻又意味著及其高昂的成本和種種網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的限制。顯然,這種以數(shù)據(jù)中心為核心的傳統(tǒng) IT架構(gòu)思路已經(jīng)不能支撐物聯(lián)網(wǎng)的深度發(fā)展。于是,邊緣計算應(yīng)運(yùn)而生。
2.2 邊緣計算的可靠性
對于制造業(yè)、醫(yī)療、公用事和市政等,物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展未幾年可能會得到快速的發(fā)展,無論是設(shè)備的數(shù)量還是數(shù)據(jù)量都會呈幾何式增長。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)可能會導(dǎo)致延遲現(xiàn)象,而邊緣計算解決方案可以幫助增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力,縮短數(shù)據(jù)的傳輸距離,從而消除帶寬和延遲問題,最終提升應(yīng)用和服務(wù)的性能和可靠性,并降低運(yùn)行成本,從而進(jìn)一步幫助避免延遲。數(shù)據(jù)處理發(fā)生在距離數(shù)據(jù)來源最近的地方,這使得用戶更容易實(shí)時的監(jiān)測洞察到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況。
邊緣計算的廣泛應(yīng)用
2018 年 9 月在無錫發(fā)布17-2018 年中國物發(fā)展年度報告》顯示,2017 年,我國物聯(lián)網(wǎng)市場已進(jìn)入實(shí)質(zhì)性發(fā)展階段,全年市場規(guī)模突破 1 萬億元,預(yù)計 2021 年,我國物聯(lián)網(wǎng)平臺支出將位居全球第一。
蓬勃發(fā)展的物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)也給邊緣計算帶來了前所未有的新需求。以自動駕駛為例,由于自動駕駛汽車上遍布各種傳感器,這些傳感器每小時所采集到的數(shù)據(jù)量就有數(shù)十 TB,汽車正是基于對這些數(shù)據(jù)的實(shí)時分析來實(shí)現(xiàn)自動駕駛。問題來了,當(dāng)汽車遭遇突發(fā)狀況時,系統(tǒng)如何在第一時間毫不遲疑地做出反應(yīng)呢? 依靠數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫颂幚?,再下發(fā)指令的方式顯然行不通。
并非只有自動駕駛這樣的場景需要邊緣計算,在醫(yī)療行業(yè)、制造行業(yè)、智能家居行似這樣的應(yīng)用場景同樣大量存在。在這些場景里,邊緣計算的應(yīng)用可以讓系統(tǒng)做出實(shí)時響應(yīng),從而避免網(wǎng)絡(luò)中斷或延遲所造成的負(fù)面影響。研究公司Grand View 表示,物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備產(chǎn)生的大量數(shù)據(jù)可能會導(dǎo)致延遲現(xiàn)象,而邊緣計算解決方案可以幫助增強(qiáng)數(shù)據(jù)處理能力,從而進(jìn)一步幫助避免延遲。數(shù)據(jù)處理發(fā)生在距離數(shù)據(jù)來源最近的地方,這使得用戶更容易實(shí)時的監(jiān)測洞察到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的運(yùn)行情況??傊?,物聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展是推動邊緣計算興起的最大因素之一。
總之,邊緣計算的時代來了。邊緣計算是一種解決方案,邊緣計算也是云服務(wù),是由原來據(jù)中心慢慢推向了部分用戶側(cè)的邊緣計算與云計算的協(xié)和,它是由于用戶的業(yè)務(wù)需求所決定的,邊緣計算更準(zhǔn)確的是一種 IT 和 CT 更融合的解決方案。
作者簡介: 蔣志斌( 1967-) ,男,湖南永州人,齊齊哈爾大學(xué)圖書館,副研究館從事圖書情報研究。
參考文獻(xiàn):
施巍松,張星洲,王一帆,張慶陽.邊緣計算: 現(xiàn)狀與展望
林小新.云計算、緣計算和霧計算——了解每種計算的實(shí)際應(yīng)用
劉啟誠.邊緣計算產(chǎn)業(yè)進(jìn)入重要機(jī)遇期
李林哲,周佩雷,程鵬,史治國.邊緣計算綜述: 構(gòu)架、挑戰(zhàn)與應(yīng)用