一文輕松讀懂邊緣計算

邊緣計算（Edge computing）是相對云計算而言的，它是指收集并分析數(shù)據(jù)的行為發(fā)生在靠近數(shù)據(jù)生成的本地設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)中。邊緣計算又被叫做分布式云計算、霧計算或第四代數(shù)據(jù)中心。

大概很多人都有這樣的經(jīng)歷：不小心，手被火燒或被開水燙了，人會立即移開自己的手，這個反應(yīng)是人的自組織條件反射反應(yīng)。我們假設(shè)一下，如果我們的手被火燒或被開水燙由我們大腦根據(jù)匯集的信息做反應(yīng)決定，再采取行動的話，那會是一個什么樣的場景？

假設(shè)我們把人的條件反射標記為邊緣計算，把人的大腦的反應(yīng)標記為云計算的話，那么我們就可以淺顯而又深刻地了解邊緣計算和云計算的區(qū)別。

一什么是邊緣計算

邊緣計算（Edge computing）是相對云計算而言的，它是指收集并分析數(shù)據(jù)的行為發(fā)生在靠近數(shù)據(jù)生成的本地設(shè)備和網(wǎng)絡(luò)中，而不是必須將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎阗Y源集中化的云端進行處理。邊緣計算又被叫做分布式云計算、霧計算或第四代數(shù)據(jù)中心。

邊緣計算首先通過在WAN網(wǎng)絡(luò)上虛擬化網(wǎng)絡(luò)服務(wù)而出現(xiàn)。最初是由一個平臺來驅(qū)動的，適應(yīng)了云計算用戶的習(xí)慣，這也便是思科(Cisco)于2011年曾提出的霧計算概念的由來。隨著新的邊緣計算能力的出現(xiàn)，邊緣計算不再需要構(gòu)建集中的數(shù)據(jù)中心，創(chuàng)建了具有潛在數(shù)千個可應(yīng)用的大規(guī)模分布式節(jié)點的能力。

二為什么需要邊緣計算

Gartner預(yù)計到2020年全世界有多達250億的智能設(shè)備會連接互聯(lián)網(wǎng)，如此多的設(shè)備會產(chǎn)生50萬億GB的數(shù)據(jù)，這相當2015年全球數(shù)據(jù)量的5倍多。如果將這些設(shè)備產(chǎn)生的數(shù)據(jù)全部傳輸?shù)皆贫?，對網(wǎng)絡(luò)帶寬、網(wǎng)絡(luò)流量成本控制、云端存儲能力都是一個巨大的挑戰(zhàn)。同時，一些應(yīng)用需要及時響應(yīng)，如工廠的機械設(shè)備的故障預(yù)測，時延即意味著損失。另外一些邊緣設(shè)備還涉及個人隱私和安全。為了應(yīng)對物聯(lián)網(wǎng)場景中海量數(shù)據(jù)傳輸、存儲和云計算能力的挑戰(zhàn)，領(lǐng)先的云計算廠商紛紛推出邊緣計算的產(chǎn)品。將部分數(shù)據(jù)分析功能，放到了應(yīng)用場景的附近(終端或網(wǎng)關(guān))來實現(xiàn)，這種就近提供的智能服務(wù)可以滿足行業(yè)數(shù)字化在敏捷聯(lián)接、實時業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)優(yōu)化、應(yīng)用智能、安全與隱私保護等方面的關(guān)鍵需求。

邊緣計算的由來

邊緣計算是近幾年才興起的一個概念，它的出現(xiàn)是源于云計算在實際運用中的不足：

事例1:制造業(yè)打造智能工廠時，會有大量的智能化終端和設(shè)備通過工業(yè)網(wǎng)絡(luò)接入，企業(yè)需要計算和處理的日常業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)越來越龐大。同時，工業(yè)上有大量需要實時處理的場景，需要在毫秒級別進行實時響應(yīng)。由于網(wǎng)絡(luò)的限制，云計算架構(gòu)難以實現(xiàn)實時響應(yīng)。（延時即事故）

事例2:無人汽車需要在高速移動狀態(tài)對周圍環(huán)境做出反應(yīng)，所以響應(yīng)時間是個極其重要的指標。假設(shè)汽車行駛速度為65英里每小時，緊急制動響應(yīng)時間即便只慢了幾毫秒，汽車緊急制動距離就會多出幾英尺，這或許就是發(fā)生事故和沒有發(fā)生事故的區(qū)別。（延時即生命）

事例3:通過大量傳感器，對油田生產(chǎn)數(shù)據(jù)實現(xiàn)自動化采集，但如果每個傳感器都向云端發(fā)送聯(lián)接，海量的數(shù)據(jù)給網(wǎng)絡(luò)帶來巨大壓力。（海量即擁堵）

事例4:假如你家的空調(diào)是智能化控制的，而且依托于云計算。但你家沒有停電，卻斷網(wǎng)了，那怎么辦？無法進行云端控制，盡管你汗如雨下，空調(diào)也是擺設(shè)，這豈不是是十分尷尬？邊緣計算解決了這沒有網(wǎng)絡(luò)情況下的控制。（無網(wǎng)無服務(wù)）

1、云計算和邊緣計算的區(qū)別

2、邊緣計算的幾個特質(zhì)

?分布式和低延時計算

邊緣計算聚焦實時、短周期數(shù)據(jù)的分析，能夠更好地支撐本地業(yè)務(wù)的實時智能化處理與執(zhí)行

?效率更高

由于邊緣計算距離用戶更近，在邊緣節(jié)點處實現(xiàn)了對數(shù)據(jù)的過濾和分析，因此效率更高

?更加智能化

AI+邊緣計算的組合出擊讓邊緣計算不止于計算，更多了一份智能化

?更加節(jié)能

云計算和邊緣計算結(jié)合，成本只有單獨使用云計算的39%

?緩解流量壓力

在進行云端傳輸時通過邊緣節(jié)點進行一部分簡單數(shù)據(jù)處理，進而能夠設(shè)備響應(yīng)時間，減少從設(shè)備到云端的數(shù)據(jù)流量

三技術(shù)進步為布署邊緣計算提供了可能

在物聯(lián)網(wǎng)場景下，每個智能設(shè)備都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，傳輸如此海量的數(shù)據(jù)從本地到云端，則需要消耗大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬。為了加快服務(wù)和計算處理數(shù)據(jù)的時間，將計算從云端移向采集數(shù)據(jù)的邊緣節(jié)點則是必然之選。

如上表所示，在30年前，計算通常發(fā)生在資源集中的大型機上。而20年前，隨著PC的發(fā)展，C/S架構(gòu)變得流行，任務(wù)處理變成分布式模型，客戶端處理業(yè)務(wù)邏輯，數(shù)據(jù)庫存儲和交換數(shù)據(jù)。又經(jīng)過10年的發(fā)展，為了提升用戶體驗、提供更敏捷的軟件升級和改進，B/S架構(gòu)占據(jù)主流，業(yè)務(wù)處理和存儲又集中到了云端完成。現(xiàn)今，隨著連入云端的智能設(shè)備越來越多、數(shù)據(jù)量越來越大，而且智能設(shè)備芯片的運算能力越來越強，這為使用邊緣節(jié)點完成對初始數(shù)據(jù)的處理和分析便提供了必要的條件。

四怎么布署邊緣計算

在物聯(lián)網(wǎng)場景下，每個智能設(shè)備都會產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù)，傳輸如此海量的數(shù)據(jù)從本地到云端，則需要消耗大量的網(wǎng)絡(luò)帶寬。為了加快服務(wù)和計算處理數(shù)據(jù)的時間，將計算從云端移向采集數(shù)據(jù)的邊緣節(jié)點則是必然之選。其實，在大數(shù)據(jù)場景下，將計算部署到靠近數(shù)據(jù)的節(jié)點早有先例。Hadoop中的MapReduce就是通過將mapper和reducer部署到數(shù)據(jù)存儲的節(jié)點，從而高效的處理HDFS中存放的海量數(shù)據(jù)。

邊緣計算環(huán)境是構(gòu)成物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)的諸多元素的一個子集，它剔除了管理、安全和分析功能。邊緣計算是聯(lián)接物理世界和虛擬世界的一道“橋梁”。

1、設(shè)備域：邊緣計算在這一層，可以對感知的信息直接進行計算處理。比如在制造領(lǐng)域，可以對設(shè)備進行適時監(jiān)控，能夠?qū)崿F(xiàn)預(yù)防性維護；在視頻采集、音頻采集中直接部署智能鑒別的能力;又或者像手機一樣，能夠由語音輸入直接轉(zhuǎn)換成文字輸出。

2、網(wǎng)絡(luò)域：通過部署計算能力，實現(xiàn)各網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的自動轉(zhuǎn)換，對數(shù)據(jù)格式進行標準化處理。要解決物理網(wǎng)中數(shù)據(jù)異構(gòu)的問題，就需要在網(wǎng)絡(luò)域中部署邊緣計算，以實現(xiàn)數(shù)據(jù)格式的標準化和數(shù)據(jù)傳遞的標準化(例如將所有的感知數(shù)據(jù)都換算成MQTT類型數(shù)據(jù)，并通過HTTP方式傳遞)。同時，網(wǎng)絡(luò)域的邊緣計算，還能對“融合網(wǎng)絡(luò)”進行智能化管理，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的冗余，保證網(wǎng)絡(luò)的安全，并可進一步參與網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化工作。

3、數(shù)據(jù)域：邊緣計算，使得數(shù)據(jù)管理更智能、存儲方式更靈活。首先，邊緣計算可以對數(shù)據(jù)的完整性和一致性進行分析，并進行數(shù)據(jù)清洗工作，消滅系統(tǒng)中的“臟”數(shù)據(jù)。其次，邊緣計算可以對計算和存儲能力、以及系統(tǒng)負載進行動態(tài)地部署。最后，邊緣計算還能和云端計算保持高效協(xié)同、合理分擔(dān)運算任務(wù)。

4、應(yīng)用域：邊緣計算提供屬地化的業(yè)務(wù)邏輯和應(yīng)用智能。它使得應(yīng)用具有靈便、快速反應(yīng)的能力，并在離線的情況下(和云端失去聯(lián)系時)，仍能夠獨立地提供本地化的應(yīng)用服務(wù)。

五邊緣計算的典型應(yīng)用場景

邊緣網(wǎng)絡(luò)基本上由終端設(shè)備（例如移動手機、智能物品等等）、邊緣設(shè)備（例如邊界路由器、機頂盒、網(wǎng)橋、基站、無線接入點等等）、邊緣服務(wù)器等構(gòu)成。這些組件可以具有必要的性能，支持邊緣計算。作為一種本地化的計算模式，邊緣計算提供了對于計算服務(wù)需求更快的響應(yīng)速度，通常情況下不將大量的原始數(shù)據(jù)發(fā)送云網(wǎng)絡(luò)。然而，總體來說，邊緣計算不需要會主動協(xié)助 IaaS,、PaaS、 SaaS和其他云服務(wù)，更多地專注于終端設(shè)備端。

邊緣計算的概念是因工業(yè)制造之因而起。在工業(yè)領(lǐng)域，云端固然必不可少，但是仍需要邊緣與云端的協(xié)同工作。單點故障在工業(yè)級應(yīng)用場景中是絕對不能被接受的，因此除了中心云的統(tǒng)一控制外，工業(yè)現(xiàn)場的系統(tǒng)也必須具備一定的活力，能夠自主判斷并解決問題。邊緣計算可以更便捷的處理工廠設(shè)備產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，及時檢測異常情況，更好的實現(xiàn)預(yù)測性監(jiān)控，提升工廠運行效率的同時也能預(yù)防設(shè)備故障問題。

除工業(yè)制造之外，邊緣計算在物聯(lián)網(wǎng)時代不斷增長的數(shù)據(jù)催生了對邊緣計算的需求，下圖是邊緣計算的典型應(yīng)用場景：

1、工業(yè)制造

邊緣計算可以更便捷的處理工廠設(shè)備產(chǎn)生的海量數(shù)據(jù)，及時檢測異常情況，更好的實現(xiàn)預(yù)測性監(jiān)控，提升工廠運行效率的同時也能預(yù)防設(shè)備故障問題。

2、安全監(jiān)控、ARVR

邊緣計算提供快速、高效、精準的實時響應(yīng)，將驅(qū)動安防行業(yè)人工智能應(yīng)用邁入全新層次。

3、智能交通

智能交通信號燈可以根據(jù)路上車流的情況動態(tài)的調(diào)整信號燈的顏色，提高交通流暢度，減少擁堵，還可以應(yīng)用于緊急情況，例如：信號燈可以為緊急情況開辟出一條綠色通道。

4、自動駕駛

自動駕駛在躲避障礙物的過程，若按照先上傳云端、分析處理、再返回設(shè)備的模式，將造成信號傳輸?shù)难舆t，緊急情況下極易發(fā)生交通事故。

5、智慧家居

家中有非常多的智能家居的設(shè)備，智能家居不同產(chǎn)品之間互動場景的定義，需要邊緣計算。另外，對于智慧家居來說，接入網(wǎng)絡(luò)的安全性和私密性也為人們所看重，邊緣云可以在物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和數(shù)據(jù)中心之間建立加密通道，進一步提高系統(tǒng)的安全性和隱私性。

6、智慧城市

邊緣計算就好比城市神經(jīng)末梢，將人工智能與分布在城市中的傳感器結(jié)合，可以高效處理城市運營問題，如在道路兩側(cè)路燈桿上安裝傳感器，收集城市路面信息，檢測空氣質(zhì)量、光照強度、噪音水平等環(huán)境數(shù)據(jù)。

7、智慧路燈

嵌入到路燈內(nèi)部的傳感器、執(zhí)行器、計算和存儲單元可以組合起來構(gòu)成邊緣計算的節(jié)點，傳感器采集的數(shù)據(jù)發(fā)送到位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的計算和存儲節(jié)點，經(jīng)過計算將結(jié)果返回給執(zhí)行器，執(zhí)行器對路燈進行控制，而不是將數(shù)據(jù)發(fā)送到位于網(wǎng)絡(luò)邊緣的云計算中心。這樣既可以提高系統(tǒng)的實時性，又可以減輕云端的壓力。

8、風(fēng)力發(fā)電

在風(fēng)力發(fā)電機機組上布置邊緣節(jié)點，實時收集數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)信息上傳至工業(yè)網(wǎng)關(guān)，如風(fēng)速、啟動等做優(yōu)化，將模型轉(zhuǎn)化為算法或者規(guī)則，即時控制機組。

9、醫(yī)療保健

醫(yī)療設(shè)備上存儲的數(shù)據(jù)可用于更新患者的數(shù)字醫(yī)療記錄。邊緣計算將連接起來這些醫(yī)療設(shè)備，在緊急情況下為醫(yī)院和醫(yī)生提供可靠和最新的患者信息。

10、無人機

邊緣計算使無人機能夠檢查數(shù)據(jù)并實時響應(yīng)數(shù)據(jù)，廣泛應(yīng)用于各種領(lǐng)域，如當無人機識別到車禍時，無人機可以向附近的行人提供有價值的信息。

六結(jié)語

據(jù)IDC預(yù)測，未來超過50%的數(shù)據(jù)需要在網(wǎng)絡(luò)邊緣側(cè)分析、處理和儲存。邊緣計算將延伸至交通運輸系統(tǒng)、智能駕駛、實時觸覺控制、增強現(xiàn)實等諸多領(lǐng)域，成為運營商數(shù)字化轉(zhuǎn)型的關(guān)鍵使能技術(shù)。