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| 本文作者： 李菁瑛 | 2020-12-06 10:30 |
邊緣計(jì)算對(duì)于許多物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用至關(guān)重要，它能夠降低延遲和降低帶寬使用。然而，當(dāng)談到物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，大多數(shù)人都忽略了邊緣計(jì)算的一個(gè)最重要的優(yōu)勢(shì)。
在討論這個(gè)被忽視的關(guān)鍵好處之前，讓我們先定義什么是邊緣計(jì)算和云計(jì)算。
“云計(jì)算是計(jì)算機(jī)系統(tǒng)資源的按需可用性，特別是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)（云存儲(chǔ)）和計(jì)算能力，而無(wú)需用戶直接主動(dòng)管理”。（維基百科）
“邊緣計(jì)算是一種分布式計(jì)算范式，它使計(jì)算和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)更接近需要的位置，以提高響應(yīng)時(shí)間和節(jié)省帶寬”。（維基百科）
在云計(jì)算時(shí)代之前，企業(yè)必須自己購(gòu)買物理服務(wù)器來(lái)獲得所需的計(jì)算能力和存儲(chǔ)，前期投入和后期管理是十分昂貴的（購(gòu)買所有的硬件和設(shè)置、維護(hù)和更新）。云計(jì)算的誕生，意味著企業(yè)不再需要購(gòu)買和管理硬件，企業(yè)可以支付所需費(fèi)用，云服務(wù)商來(lái)負(fù)責(zé)管理。
云計(jì)算產(chǎn)生了深遠(yuǎn)的影響，為企業(yè)提供了可擴(kuò)展性、可靠性、安全性和易用性。然而，云計(jì)算并不是完美的，需要權(quán)衡利弊。
云計(jì)算是集中化的，這意味著無(wú)論終端設(shè)備（例如智能手機(jī)）位于何處，數(shù)據(jù)都需要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)（如4G蜂窩連接）從終端設(shè)備傳輸?shù)皆铺峁┥痰臄?shù)據(jù)中心，然后再反向操作，到達(dá)終端設(shè)備。對(duì)于需要快速傳輸大量數(shù)據(jù)的應(yīng)用程序，這可能既緩慢又昂貴。
這就是邊緣計(jì)算的用武之地。為了了解邊緣計(jì)算的好處，通常以自動(dòng)駕駛車輛為例：
延遲：自動(dòng)駕駛車輛需要在瞬間做出決定。如果一輛車在你面前突然轉(zhuǎn)彎，你會(huì)希望你的車不得不等待從遠(yuǎn)處云端得到指示嗎？不！你肯定想讓你的汽車在它的本地計(jì)算機(jī)上處理盡快做出決定。
帶寬：無(wú)人駕駛汽車輛捕獲的大量數(shù)據(jù)估計(jì)為每小時(shí)4TB，與你的智能手機(jī)每天平均100MB的數(shù)據(jù)相比，這是40000倍的數(shù)據(jù)。流式傳輸所有這些數(shù)據(jù)既昂貴又可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)擁塞。
出于這兩個(gè)原因，在自動(dòng)駕駛車輛的邊緣（在這種情況下，在車輛本身上）執(zhí)行計(jì)算是有意義的。
云計(jì)算和邊緣計(jì)算的問(wèn)題不是二選一，云和邊緣都有各自的優(yōu)勢(shì)，問(wèn)題是應(yīng)該在何時(shí)使用云計(jì)算和邊緣計(jì)算。
一條有用的經(jīng)驗(yàn)法則是：“云計(jì)算運(yùn)行在大數(shù)據(jù)上，而邊緣計(jì)算運(yùn)行于‘即時(shí)數(shù)據(jù)’，即傳感器或用戶生成的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)”（維基百科）。
邊緣基本上意味著“非云”，因?yàn)榻M成邊緣的內(nèi)容可能因應(yīng)用程序而異。為了解釋，讓我們看一個(gè)例子。
在醫(yī)院需要知道所有醫(yī)療資產(chǎn)（例如，靜脈輸液泵、心電圖機(jī)等）的位置，并使用藍(lán)牙室內(nèi)跟蹤物聯(lián)網(wǎng)解決方案。這個(gè)解決方案有藍(lán)牙標(biāo)簽，你可以把它附加到你想要追蹤的資產(chǎn)上（例如，靜脈注射泵）。你還擁有藍(lán)牙集線器，每個(gè)房間一個(gè)，用于監(jiān)聽(tīng)來(lái)自標(biāo)簽的信號(hào)，以確定每個(gè)標(biāo)簽所在的房間（以及資產(chǎn)所在的房間）。
在這種情況下，標(biāo)簽和集線器都可以被視為“邊緣”，標(biāo)簽可以執(zhí)行一些簡(jiǎn)單的計(jì)算，只有在感官數(shù)據(jù)發(fā)生較大變化時(shí)才會(huì)將數(shù)據(jù)發(fā)送到集線器。如果一個(gè)標(biāo)簽從一個(gè)不同的標(biāo)簽移動(dòng)到一個(gè)不同的數(shù)據(jù)中心，就可以計(jì)算出一個(gè)不同的標(biāo)簽。上述兩種方法可以結(jié)合使用，或者兩者都不能使用，標(biāo)簽可以將所有原始數(shù)據(jù)發(fā)送到集線器，集線器可以將所有原始數(shù)據(jù)發(fā)送到云端。
正如本文開(kāi)頭所說(shuō)，在評(píng)估邊緣計(jì)算時(shí)，幾乎所有人都忽略了一個(gè)關(guān)鍵好處。
我們已經(jīng)介紹了延遲（更快的響應(yīng)）和帶寬（減少帶寬需求并節(jié)省數(shù)據(jù)成本）的好處。不過(guò)，這些好處是針對(duì)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)特定子集，如自動(dòng)車輛、智能家居或安全攝像頭。
“物聯(lián)網(wǎng)”一詞的一個(gè)問(wèn)題是它的定義很廣。耗資數(shù)萬(wàn)美元的自動(dòng)車輛收集萬(wàn)億字節(jié)的數(shù)據(jù)并使用4G蜂窩網(wǎng)絡(luò)被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)。同時(shí)，花費(fèi)幾美元的傳感器只收集字節(jié)數(shù)據(jù)并使用低功耗廣域網(wǎng)（lpwan）也被認(rèn)為是物聯(lián)網(wǎng)。
問(wèn)題是每個(gè)人都在關(guān)注高帶寬的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，比如自動(dòng)車輛、智能家居和安全攝像頭。這是因?yàn)槊總€(gè)人都是消費(fèi)者，所以寫這些東西的人在寫C端內(nèi)容比寫B(tài)端內(nèi)容的時(shí)候有更多的讀者，因?yàn)槠髽I(yè)物聯(lián)網(wǎng)與較少的人直接相關(guān)，并且可能會(huì)有些乏味。
LPWAN物聯(lián)網(wǎng)有望實(shí)現(xiàn)快速增長(zhǎng)，這將是人們最能感受到物聯(lián)網(wǎng)真正變革性的地方。
對(duì)于LPWAN IoT應(yīng)用，能耗至關(guān)重要，因?yàn)樗贿m用于其他IoT應(yīng)用程序。自動(dòng)駕駛汽車將配備大量電池，并定期充電，智能家居設(shè)備和安全攝像頭直接插入插座。
但是，如果您的公司將GPS追蹤器放置在汽車拍賣場(chǎng)中所有20,000輛車輛上，那么這些GPS追蹤器中的電池可持續(xù)使用幾年！在少于幾年的任何時(shí)間范圍內(nèi)更換20,000個(gè)電池將是巨大的操作難題，并且管理成本高昂。僅通過(guò)管理系統(tǒng)的巨額成本就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了從實(shí)時(shí)了解車輛位置所獲得的收益。
當(dāng)談到電池供電設(shè)備的能源消耗時(shí)，您知道哪些能源消耗最多嗎？無(wú)線廣播。傳感器和簡(jiǎn)單的計(jì)算通常不會(huì)消耗很多能量，但是發(fā)送和接收無(wú)線消息卻會(huì)消耗很多能量。數(shù)量越少，發(fā)送和接收的消息越少，設(shè)備可以使用電池供電的時(shí)間就越長(zhǎng)（所有無(wú)線連接都表示功耗，范圍和帶寬之間的折衷）。
因此，如果設(shè)備對(duì)設(shè)備本身、消息的數(shù)量和大小進(jìn)行計(jì)算，并使用邏輯來(lái)減少消息，那么邊緣計(jì)算對(duì)于LPWAN物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用是非常有效的。
讓我們看一下燃料箱遠(yuǎn)程監(jiān)控的例子。簡(jiǎn)言之，通過(guò)在油箱上放置設(shè)備，可以遠(yuǎn)程監(jiān)控油箱的油位。在沒(méi)有遠(yuǎn)程監(jiān)控物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的情況下，企業(yè)必須猜測(cè)何時(shí)需要加注儲(chǔ)罐。這是低效率的，因?yàn)槿剂纤緳C(jī)會(huì)把車開(kāi)到不需要加油的油箱，或者來(lái)不及到需要加油的油箱。
燃油箱的遠(yuǎn)程監(jiān)控要好得多。盡管如此，數(shù)百萬(wàn)個(gè)燃料箱仍分布在廣闊的地區(qū)（例如，用于美國(guó)中西部的農(nóng)業(yè)），因此，監(jiān)控設(shè)備必須使用一個(gè)電池可持續(xù)使用數(shù)年。就像上面的汽車跟蹤示例一樣，頻繁更換這些電池將帶來(lái)驚人的運(yùn)營(yíng)成本。
為了減少電池消耗，我們可以向邊緣添加一些基本邏輯（在本例中，邊緣是監(jiān)視設(shè)備）。燃油油位讀數(shù)越多越好，但每次讀取燃油油位和無(wú)線發(fā)送的每條信息都會(huì)消耗能量。一種在保持頻繁的燃油油位讀數(shù)的同時(shí)減少電池電量消耗的創(chuàng)新方法是讓設(shè)備定期（例如每2小時(shí)）讀取燃油油位讀數(shù)，但以較低頻率（例如，每24小時(shí)）發(fā)送包含這些讀數(shù)的無(wú)線信息。當(dāng)設(shè)備確實(shí)發(fā)送消息時(shí)，它包括自上一條消息以來(lái)的所有讀數(shù)。每24小時(shí)發(fā)送一條消息，每小時(shí)讀取2次，即每條消息讀取12次。
你或許想問(wèn)，“如果油箱的燃油油位在24小時(shí)內(nèi)降至臨界值以下怎么辦？”，在一個(gè)嚴(yán)酷的冬天，依靠燃油箱保持溫暖的人將無(wú)法在沒(méi)有燃油的情況下多待一天。這也可以通過(guò)將一些基本計(jì)算移至邊緣來(lái)解決。
每次設(shè)備醒來(lái)讀取讀數(shù)時(shí)（即每2小時(shí)），它也可以快速檢查燃油油位是否低于閾值（例如，低于30%）。如果發(fā)生這種情況，設(shè)備可以立即發(fā)送消息，而不是等到24小時(shí)后的下一條計(jì)劃消息。通過(guò)這種方式，該設(shè)備仍然可以減少發(fā)送的消息總數(shù)（這是高能耗的），同時(shí)確保在正確的時(shí)間捕獲和共享正確的數(shù)據(jù)。
這是一個(gè)很好的例子，說(shuō)明了邊緣計(jì)算如何使使用lpwan的物聯(lián)網(wǎng)解決方案受益。與用于LPWAN物聯(lián)網(wǎng)解決方案的自主車輛、智能家居或安全攝像頭不同，延遲和帶寬并不那么重要。在這個(gè)遠(yuǎn)程油箱監(jiān)控示例中，每隔兩個(gè)小時(shí)讀取一次讀數(shù)就足夠了，所以減少毫秒級(jí)的延遲幾乎不重要。
另外，每個(gè)油箱的數(shù)據(jù)量很低，只有燃油油位、電池電量和其他設(shè)備基本狀態(tài)的字節(jié)數(shù)據(jù)，所以帶寬峰值不受影響。
在這個(gè)例子中，云仍然扮演著一些角色。
雖然可以將某些邏輯移到邊緣以節(jié)省電池壽命，但其他邏輯和分析更為數(shù)據(jù)密集型的計(jì)算更適合云計(jì)算。盡管每個(gè)儲(chǔ)罐的數(shù)據(jù)都很低，但是來(lái)自數(shù)百萬(wàn)個(gè)儲(chǔ)罐的匯總數(shù)據(jù)仍然非常龐大。將機(jī)器學(xué)習(xí)和預(yù)測(cè)性分析應(yīng)用于此數(shù)據(jù)集以預(yù)測(cè)何時(shí)需要對(duì)儲(chǔ)罐進(jìn)行加注對(duì)于云而言是完美的。
此外，你可能希望根據(jù)這些預(yù)測(cè)的燃油水平，當(dāng)前的道路狀況和當(dāng)前的燃油價(jià)格將駕駛員安排到油箱，這對(duì)于云計(jì)算來(lái)說(shuō)也是完美的，在邊緣沒(méi)有意義。
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本文編譯自：https://www.iotforall.com/why-edge-computing-matters-in-iot
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