邊緣計(jì)算是一種物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，幫助解決在數(shù)百萬連接的設(shè)備和云或數(shù)據(jù)中心之間傳輸數(shù)據(jù)時的延遲和低效率問題。邊緣計(jì)算背后的主要思想是在數(shù)據(jù)生成的地方對數(shù)據(jù)進(jìn)行管理，而不是依賴于將數(shù)據(jù)上傳到傳統(tǒng)上處理過的集中資源。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，邊緣計(jì)算對于提高數(shù)據(jù)收集、處理和路由的效率越來越重要。
邊緣計(jì)算正在接近一個臨界點(diǎn)。如今，根據(jù)分析公司Gartner的數(shù)據(jù)，只有不到10%的企業(yè)數(shù)據(jù)是在邊緣創(chuàng)建和處理的。但到2025年，Gartner預(yù)計(jì)這一數(shù)字將達(dá)到75%①。
邊緣計(jì)算的重要性可以歸納為三個關(guān)鍵點(diǎn):
1. 在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序中產(chǎn)生數(shù)據(jù)的絕大多數(shù)設(shè)備都位于網(wǎng)絡(luò)的“邊緣”，而不是在數(shù)據(jù)中心內(nèi)，該數(shù)據(jù)中心被設(shè)計(jì)用來處理大量數(shù)據(jù)。在邊緣和數(shù)據(jù)中心之間來回路由所有數(shù)據(jù)效率很低。更有意義的是，在接近物聯(lián)網(wǎng)解決方案的物理位置處理數(shù)據(jù)，并確定是否需要上傳。
2. 在許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，必須快速處理數(shù)據(jù)，以便在必要時立即采取保護(hù)行動。例如，在關(guān)鍵任務(wù)的工業(yè)應(yīng)用中，延遲問題可能會導(dǎo)致諸如油箱或泵的過載、干枯或故障。
3. 雖然數(shù)以百萬計(jì)的分布式設(shè)備生成的數(shù)據(jù)可能需要在數(shù)據(jù)中心或云中存儲、處理和分析，但大部分并不需要。例如，雖然在某些應(yīng)用程序中發(fā)送關(guān)于設(shè)備是否正常運(yùn)行的檢查點(diǎn)數(shù)據(jù)可能很重要，但對于許多應(yīng)用程序來說，只有在設(shè)備運(yùn)行超出其規(guī)范時才重要地將數(shù)據(jù)路由到總部。
在這篇文章中，我們將探討邊緣計(jì)算的一些好處，并介紹Digi將邊緣計(jì)算構(gòu)建到物聯(lián)網(wǎng)部署中的解決方案組合。
管理邊緣數(shù)據(jù)量和帶寬問題
許多邊緣派生數(shù)據(jù)只是表明一切都在順利運(yùn)行 – 通常稱為“心跳數(shù)據(jù)”。例如，水泵或馬達(dá)在99.999%的時間內(nèi)以相同的轉(zhuǎn)速運(yùn)行。隨著時間的流逝，收集數(shù)百萬個相同的數(shù)據(jù)讀數(shù)的價值可能微乎其微。然而，如果出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)，應(yīng)盡快識別并采取行動，以避免潛在的災(zāi)難。在這種情況下，邊緣計(jì)算是無價的。
在大多數(shù)情況下，在網(wǎng)絡(luò)邊緣、事件和進(jìn)程附近執(zhí)行計(jì)算任務(wù)是最有效的。正如一位業(yè)內(nèi)觀察人士所說，“大海撈針難”的古老格言，邊緣計(jì)算“讓我們把數(shù)據(jù)的‘大海撈針’變得更小，從而更有可能更有效地找到可操作的信息‘針’。②”
幸運(yùn)的是，設(shè)備智能和計(jì)算能力正在增強(qiáng)，“智能”設(shè)備現(xiàn)在有了更強(qiáng)大的功能來處理以前需要傳統(tǒng)計(jì)算堆棧幫助的進(jìn)程。例如，智能邊緣設(shè)備可以通過智能編程來破譯需要人工干預(yù)的數(shù)據(jù)，然后將其發(fā)送給下一個接收方。
不斷增長的數(shù)據(jù)并不是推動邊緣計(jì)算發(fā)展的唯一挑戰(zhàn)。隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的增多，可用帶寬總是有限的。邊緣計(jì)算允許設(shè)備自主做出決策，幫助吸收和管理不斷增長的處理量，而這些處理總是需要完成。
邊緣計(jì)算的好處
這里有一些關(guān)鍵的好處，使邊緣計(jì)算吸引了一系列的應(yīng)用:
· 減少延遲：邊緣計(jì)算允許更快地響應(yīng)本地事件，因?yàn)閿?shù)據(jù)不需要來回地從邊緣傳輸?shù)皆啤Ｊ褂眠吘売?jì)算，延遲可以減少到接近零。
· 降低成本：網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)流量的減少導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)成本降低，特別是無線蜂窩連接。
· 增強(qiáng)安全性和私密性：通過邊緣計(jì)算，敏感數(shù)據(jù)，如醫(yī)學(xué)圖像，不需要離開設(shè)備。應(yīng)用程序可以建立規(guī)則和加密來安全地識別和傳輸特定的、需要的數(shù)據(jù)。
· 離線操作能力：邊緣計(jì)算設(shè)備可以自己收集、存儲和處理數(shù)據(jù)。不需要永久連接到網(wǎng)絡(luò)。除了支持較低的延遲外，邊緣設(shè)備的電池管理和安全性也能帶來好處。
· 可編程設(shè)備:可編程設(shè)備延長了資本設(shè)備的使用壽命，因?yàn)樗鼈兛梢噪S著嵌入硬件的發(fā)展而發(fā)展，反映出新的應(yīng)用、新的功能和先進(jìn)的安全能力。
邊緣計(jì)算用例
從技術(shù)上講，邊緣計(jì)算已經(jīng)在我們身邊廣泛應(yīng)用，從智能手機(jī)上的指紋讀取器到十字路口的實(shí)時交通監(jiān)控。下面的用例只是不斷增長的邊緣計(jì)算應(yīng)用程序的一個示例。
· 自適應(yīng)診斷：可以改善機(jī)器和設(shè)備的正常運(yùn)行時間，減少服務(wù)費(fèi)用和降低保修成本。邊緣計(jì)算生成的錯誤代碼，結(jié)合歷史修復(fù)信息，還可以為技術(shù)人員提供上下文，縮短故障診斷和完成修復(fù)所需的時間。
· 近海石油鉆井平臺：基于其價值，存儲數(shù)據(jù)以備記錄，識別并保留性能分析。邊緣裝置可對設(shè)備進(jìn)行安全監(jiān)控，并在超出預(yù)設(shè)限制時自動關(guān)閉設(shè)備。
· 制造：工業(yè)傳感器監(jiān)控工廠設(shè)備，以保持性能設(shè)置，提高效率和預(yù)測維修需求。
· 智能城市：交通攝像頭和信號改善了安全性和交通流量?？梢詫步ㄖM(jìn)行監(jiān)控，以提高照明、供暖等方面的效率。
· 醫(yī)療保健：可穿戴設(shè)備存儲心率和溫度等信息，并提供藥物提醒。在病人摔倒的情況下，其他醫(yī)用可穿戴設(shè)備會將特定數(shù)據(jù)發(fā)送給病人的醫(yī)生進(jìn)行分析，或者發(fā)送警報。
· 農(nóng)業(yè)：農(nóng)民使用傳感器跟蹤土壤水分水平和其他田間條件，然后啟動應(yīng)用程序的自動化過程，并將任何關(guān)鍵數(shù)據(jù)發(fā)送到管理界面，如Digi Remote Manager進(jìn)行分析。
實(shí)時邊緣處理最引人注目的例子是聯(lián)網(wǎng)汽車和自動駕駛汽車的出現(xiàn)，在這些領(lǐng)域，接近零延遲是至關(guān)重要的。在這種環(huán)境中，實(shí)時決策是一種必不可少的能力，在這種環(huán)境中，即使是幾毫秒的延遲都可能是生死攸關(guān)的問題。自動駕駛汽車還將記錄信息，并定期連接到云端，上傳性能數(shù)據(jù)和下載軟件更新。
邊緣計(jì)算解決方案
為了開發(fā)和充分利用邊緣計(jì)算，部署物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序的團(tuán)隊(duì)需要配套的硬件、軟件和工具。例如:
· Digi Remote Manager提供了一個內(nèi)嵌的工具箱的邊緣計(jì)算能力。企業(yè)可以開發(fā)對其應(yīng)用程序至關(guān)重要的邊緣計(jì)算功能，或者與Digi的專業(yè)服務(wù)團(tuán)隊(duì)合作開發(fā)所需的功能，并使用Digi Remote Manager將該功能推出到所有Digi 邊緣設(shè)備上。Digi Remote Manager還集成了第三方云服務(wù)，我們將在下面討論。
· 可以通過云服務(wù)來管理邊緣計(jì)算基礎(chǔ)設(shè)施，如Microsoft Azure, Google Cloud和亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)(AWS)的AWS IoT Greengrass。這些服務(wù)使企業(yè)能夠在將軟件部署到設(shè)備上之前，利用云進(jìn)行管理、分析和數(shù)據(jù)存儲，以及在云上創(chuàng)建和測試軟件。
· 對于集成邊緣計(jì)算的產(chǎn)品開發(fā)人員來說，選擇耐用、安全、尺寸、重量和功能符合邊緣機(jī)器要求的設(shè)備是很重要的。
o Digi XBee蜂窩智能調(diào)制解調(diào)器為開發(fā)邊緣計(jì)算應(yīng)用程序提供了邊緣智能和完整的生態(tài)系統(tǒng)，這些應(yīng)用程序經(jīng)過充分優(yōu)化，可在現(xiàn)場無縫工作。例如，Digi XBee 3 LTE-M/NB-IoT提供集成的MicroPython編程能力，對Microsoft Azure和Amazon AWS的MQTT支持，空中固件更新，內(nèi)置的安全性與Digi TrustFence，并與Digi Remote Manager集成的遠(yuǎn)程管理。
o Digi ConnectCore嵌入式解決方案，以及AWS Greengrass，旨在支持具有云連接的邊緣設(shè)備的長期使用壽命。Digi ConnectCore8X embedded system on-module (SOM)設(shè)備基于NXP i.MX 8X應(yīng)用程序處理器。ConnectCore 8X緊湊的尺寸(40毫米x 45毫米)提供了Digi SMTplus表面安裝形式，這允許產(chǎn)品設(shè)計(jì)師選擇edge-castellated SMT技術(shù)或LGA選項(xiàng)，以實(shí)現(xiàn)最大的設(shè)計(jì)靈活性。這種形狀因素降低了成本，同時增加了制造的靈活性。ConnectCore 8X還提供內(nèi)置的Digi TrustFence設(shè)備安全性。
· Digi的高性能蜂窩路由器是支持關(guān)鍵任務(wù)邊緣計(jì)算通信的理想選擇，確保關(guān)鍵數(shù)據(jù)在應(yīng)用程序和邊緣設(shè)備之間快速、安全地傳輸。例如，Digi TX64移動接入路由器，是一個強(qiáng)大的高速，5G準(zhǔn)備平臺可用的LTE-Advanced Cat 11或LTE-Advanced Pro Cat 18蜂窩模塊，內(nèi)置Digi TrustFence安全，集成的Digi Remote Manager可見性和控制在邊緣。
· Digi網(wǎng)關(guān)，如Digi XBee工業(yè)網(wǎng)關(guān)，通過將數(shù)據(jù)聚合到用于交付的正確協(xié)議，支持多協(xié)議環(huán)境。Digi XBee工業(yè)網(wǎng)關(guān)可編程定制，使用Digi XBee射頻模塊進(jìn)行操作，集成了Digi Remote Manager進(jìn)行遠(yuǎn)程設(shè)備管理。
邊緣計(jì)算是注定要成為無處不在的管理成本、巨大的數(shù)據(jù)量和關(guān)鍵任務(wù)應(yīng)用程序的可伸縮性,和團(tuán)隊(duì)開發(fā)和部署這些應(yīng)用程序必須與一個合作伙伴,可以提供所需的端到端支持 – 從正確的工具到物聯(lián)網(wǎng)的經(jīng)驗(yàn)。
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?、賀ob van der Meulen, “Edge computing promises near real-time insights and facilitates localized actions,” Smarter with Gartner, October 3, 2018
?、赟tephanie Overby, How to explain edge computing in plain English, The Enterprisers Project, July 22, 2019
