邊緣計算是指在距離數(shù)據(jù)源最近的一側集成網(wǎng)絡、計算、存儲和應用能力以提供末端服務的開放平臺。其應用通常運行在邊緣側，能夠實現(xiàn)更快的網(wǎng)絡服務響應，滿足實時業(yè)務、人工智能、安全和隱私保護等行業(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行的計算的術語。用于邊緣計算的智能設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)關或路由器。本文將詳細探討邊緣計算網(wǎng)關。

邊緣計算網(wǎng)關提供強大的物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算能力，可以提高整個數(shù)據(jù)傳輸過程的效率，降低延遲，減少流量和帶寬。部署邊緣計算網(wǎng)關可以幫助企業(yè)更快、更自主地做出決策，因為洞察是在數(shù)據(jù)源獲得的，這可以減少延遲；同時，由于集中存儲的數(shù)據(jù)較少，降低了集中數(shù)據(jù)管理的存儲和管理成本；邊緣計算還可以確保提高安全性和隱私性，因為它不會保留或傳輸細粒度數(shù)據(jù)。

什么是邊緣計算？

為了提供近端計算和服務，邊緣計算設備將網(wǎng)絡、計算、存儲和應用程序結合在靠近對象或數(shù)據(jù)源的一側。越來越多的科技公司開始了自己在邊緣計算上的業(yè)務布局。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)邊緣計算技術的過程中，這些業(yè)務需要使用各種智能網(wǎng)關、邊緣設備和云來進行數(shù)據(jù)收集、處理和存儲。這些設備與分布式數(shù)據(jù)庫和數(shù)據(jù)處理一起構成了完整的邊緣計算系統(tǒng)。但這個系統(tǒng)并不是獨立存在的，它和云計算平臺之間會有大量的數(shù)據(jù)傳輸和應用交互。

為什么物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關需要邊緣計算能力？

企業(yè)經常為其物聯(lián)網(wǎng)解決方案部署大量物聯(lián)網(wǎng)設備，這給管理和監(jiān)控它們帶來了挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關是將物聯(lián)網(wǎng)設備連接到云并促進雙向數(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)進行處理，并且基于云的應用程序可以向物聯(lián)網(wǎng)設備發(fā)送命令。

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

遏制云計算成本上升

節(jié)省成本是實施邊緣計算的主要動機之一。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)模所需的服務器可以如下所示（粗略估計）：

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。為什么服務器呈現(xiàn)1000倍的增長？因為當體量增大時，架構變得復雜，各種任務，比如緩存、隊列、服務發(fā)現(xiàn)、網(wǎng)關、自動化運維、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，這將大大降低服務器投資，大大降低成本。

分擔計算負擔

通過部署物聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)關設備，有效處理附近物聯(lián)網(wǎng)終端產生的海量數(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、實時性、數(shù)據(jù)優(yōu)化、AI智能、安全隱私保護等方面的關鍵需求。

邊緣計算網(wǎng)關的優(yōu)點

物聯(lián)網(wǎng)設備會生成大量數(shù)據(jù)。當企業(yè)擁有重要的物聯(lián)網(wǎng)設備生態(tài)系統(tǒng)并希望將數(shù)據(jù)從所有這些設備傳輸?shù)皆茣r，這些物聯(lián)網(wǎng)設備可能會使用企業(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)送到云端進行處理。當多個攝像機主要集中在空曠的空間時，將原始監(jiān)控錄像發(fā)送到云端當然沒有意義，而且會浪費帶寬。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的情況。

邊緣設備可以區(qū)分出企業(yè)認為值得保留的有意義的片段和不相關的片段，并將需要審核的視頻片段發(fā)送到網(wǎng)關設備，然后網(wǎng)關設備將數(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)關對于幫助組織降低物聯(lián)網(wǎng)相關的帶寬使用至關重要。

物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算網(wǎng)關架構

物聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)關基礎設施由四個架構級別組成：

●網(wǎng)絡層：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）負責執(zhí)行數(shù)據(jù)聚合和格式轉換。在這一層，物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算網(wǎng)關可以安全地連接物聯(lián)網(wǎng)設備和處理基礎設施。

●傳感器層：在傳感器層，設備收集數(shù)據(jù)以供后續(xù)處理。

●數(shù)據(jù)預處理層：在傳輸?shù)交谠频幕A設施之前，物聯(lián)網(wǎng)傳感器數(shù)據(jù)在該層進行預處理并進行基礎數(shù)據(jù)分析。物聯(lián)網(wǎng)邊緣設備在這一層運行。

●云應用層：借助基于云的基礎設施，用戶和應用程序可以訪問數(shù)據(jù)和深入數(shù)據(jù)分析的結果。數(shù)據(jù)存儲在這一層也是可行的。

IoT邊緣計算網(wǎng)關設備組成

邊緣計算網(wǎng)關是一種物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關設備，可彌合基于云的物聯(lián)網(wǎng)平臺、傳感器、設備和系統(tǒng)之間的通信差距。物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算網(wǎng)關設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)場設備的能力。

IoT 邊緣網(wǎng)關硬件

物聯(lián)網(wǎng)邊緣網(wǎng)關位于邊緣系統(tǒng)的接合處，充當設備生態(tài)系統(tǒng)內部和外部網(wǎng)絡連接的主要接入點。它可以將其他設備使用的生態(tài)系統(tǒng)的本地內聯(lián)網(wǎng)連接到公共互聯(lián)網(wǎng)。

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關軟件

例如，就工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)而言，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關軟件提高了機器和過程數(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準。它還實時監(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)關如何工作？

無論企業(yè)準備對物聯(lián)網(wǎng)進行廣泛投資，還是只想開始使用一些邊緣計算設備，部署物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算網(wǎng)關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)設備

與通用遙控器類似，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關允許您從一個位置控制所有設備，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)關充當連接設備之間數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹醒霕屑~。通過云，人們和物聯(lián)網(wǎng)設備能夠相互通信。當向 IoT 設備發(fā)送或接收信息時，會利用 IoT 網(wǎng)關和支持云的軟件與 IoT 設備進行通信。

另一方面，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關允許越來越多的物聯(lián)網(wǎng)設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通信，并簡化其在整個物理空間中的功能。

轉換物聯(lián)網(wǎng)設備之間的通信

盡管物聯(lián)網(wǎng)設備正在迅速融入我們的日常生活，新的服務和產品不斷涌現(xiàn)，以改善我們生活的幾乎每個領域，但目前物聯(lián)網(wǎng)設備語言還沒有通用標準。當添加更多物聯(lián)網(wǎng)設備時，協(xié)議轉換網(wǎng)關變得更加重要，因為它們使它們更容易相互通信。

加強安全

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

智能邊緣

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關是“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)關本身進行翻譯和處理，無需第三方實體或個人的協(xié)助。

邊緣計算網(wǎng)關應用場景

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

當企業(yè)需要處理一些實時響應的業(yè)務時，比如即時響應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)進行門禁管理，對數(shù)據(jù)進行采集和結構化（比如提取車牌）視頻中的信息，文本化后傳回數(shù)據(jù)中心，實現(xiàn)實時設備監(jiān)控（主要是離線設備的數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控），以及一些去中心化的P2P應用（邊緣節(jié)點可以方便附近的P2P通信）設備（當充當服務發(fā)現(xiàn)服務器時），它們將需要物聯(lián)網(wǎng)邊緣計算網(wǎng)關。

邊緣計算的應用場景多種多樣，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)實時監(jiān)測報警，或太陽能電池板監(jiān)測；

●安全：遠程門禁系統(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：收集實時數(shù)據(jù)，用于自來水、污水管道、泵站、水廠的監(jiān)測和維護。

總結

不言而喻，邊緣計算網(wǎng)關在物聯(lián)網(wǎng)時代至關重要。正如我們之前介紹的，邊緣計算網(wǎng)關負責處理和分析來自設備的數(shù)據(jù)，以使它們實時響應需要低延遲的應用。

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