在其經典小說《化身博士》中,講述了一個擁有雙重人格的人物的故事:溫文爾雅的杰基爾博士和邪惡且反社會的海德先生,如果只遇見其中一種人格,人們會把他們看作兩個完全不同的人,但他們又確實是同一個人的兩個面孔。在計算領域也是如此,人們可能看到的是兩種相對立的方法 - 邊緣計算和云計算,它們都在解決物聯網(IoT)中那些類似的問題,但這些計算方案就像同一枚硬幣的正反面。
邊緣計算隨著互聯網和移動行業的發展而得到普遍應用,它描述了一種架構,在這種架構里,靠近用戶節點預取和緩存網絡數據,通過超低延遲來改善客戶體驗。為了使這一概念標準化,邊緣計算行業做出了很多努力,比如“開放式邊緣計算”。在物聯網的背景下,邊緣計算意味著大多數設備計算任務都是在現場執行的,這些任務可以在終端節點或網關(作為連接簡單終端節點和互聯網的橋梁)中完成。
而源自IT領域的云計算架構同樣描述了在連接到云服務器(而不是企業內部服務器)上執行的企業軟件。在物聯網的背景下,這意味著大部分處理和決策都是在云端完成的。理論上,這兩種計算是相互對立的。云計算方法意味著讓邊緣設備更簡單,功耗更低、性能更低、成本更低。因為所有的邏輯和編程都在云端,靈活、更新簡單,并且可以遵循完善的IT流程。但是另一方面,邊緣計算也有它的好處。由于邊緣計算完成了大部分工作,所以它更適應網絡中斷,并且很容易實現全天候的可用性方案。設備直接處理傳感器數據,因此可以進行實時決策:從決策方面看,工業系統需要的確定性行為(可預測的延遲),延遲通常在250us到20ms之間,而服務器和IT系統則可以接受的范圍是0.5-2s。最重要的是,只需要很低的速率連接到互聯網即可,因為所需網絡帶寬較低且云中的數據存儲較少,從而使得網絡和云的成本較低。
差異模糊化
雖然邊緣計算和云計算看似對立,但事實上兩者有著融合的趨勢,這使得取舍已經不那么重要。節點的性能越來越好,無論是節點還是網關,邊緣計算都變得更加智能。在物聯網中,安全性和連接性變得更加重要。這要求更高性能的控制器、連接更多軟件以及更高的靈活性。將IP加入終端節點的好處是將高級通信棧推向邊緣,同時也需要功能更強大的處理器以及更多內存、性能和軟件。在邊緣進行根源可信性和運行安全監控將成為常態,因為沒有人知道未來黑客會發現哪些安全漏洞,所以必須能夠為每個節點遠程更新固件。隨著物聯網的發展,IT軟件和嵌入式軟件將會發生沖突,開發人員可通過編碼語言和開發平臺進行二者的融合。物聯網正在推動“ 硬件的軟件化 ”,亞馬遜最新發布的GreenGrass平臺承諾在云端使用的軟件與設備上相同——是這一趨勢的明顯證明。在所有這些發生的同時,微處理器(MPU)和微控制器(MCU)的性能也在驚人地增長。具有兆字節閃存和百位千字節內存的200MHz頻率范圍的MCU已經很常見,如瑞薩電子Synergy S7系列。另外,如瑞薩電子RZ/A 系列,同樣能夠運行Linux的入門級MPU 。MCU和MPU系列都提供先進的軟件支持,包括開源或得到一家制造商的全面支持,瑞薩電子Synergy平臺就是如此。
混合計算方法
事實上,沒有哪一種選擇,純邊緣計算或純云計算,是完全令人滿意的。查看表1中突出顯示的優點和缺點,再從客戶的角度想一想需要什么。每種解決方案的缺點都是不可接受的:沒有人想要費電的昂貴節點,沒有人希望發生服務中斷或者降低物聯網設備功能的網絡故障,沒有人愿意為網絡和云訪問付出太多的代價,因為訪問只是一項賦能技術,而不是物聯網提供的最終服務。理想的物聯網設備,必須提供表-2中的所有優勢。邊緣計算也可以成為云計算,在安全、網絡堆棧和平臺方面創造一種新環境,對云計算與邊緣計算進行融合,邊緣計算既可以像云計算一樣靈活,也可以像嵌入式設備一樣堅韌。性能更強的嵌入式設備使邊緣計算更加智能化,不論是在終端節點中還是經過網關,同時也控制了成本和功率。
邊緣云計算
科技領域的歷史學家肯定會指出,這種混合組合的想法并不新鮮。在計算機還很昂貴的時代,70和80年代的原始計算解決方案是“客戶端—服務器”模式,這意味著服務器大型機(云)完成所有工作,而客戶端(邊緣)只是一個用戶界面。隨著多年來顯著的性能改進和計算能力的成本降低,如90年代PC和工作站所彰顯的那樣,鐘擺已經完全擺動到了另一側。當互聯網時代到來,業界的風向標再次被推向另一端。甲骨文在90年代后期嘗試引入“網絡計算機”的嘗試(失敗)。在過去的十年中,亞馬遜和微軟等大型企業不斷增加對服務器計算和存儲的投資,推動了SaaS和PaaS解決方案的發展趨勢,這兩種解決方案都是云計算選擇。然而,現在的邊緣比以往更加智能,最穩妥的解決方案應該是邊緣和云共同為用戶提供最佳服務。同樣的歷史正在物聯網中重演,速度也更快。從最初的只有傻瓜設備的云解決方案開始,市場正迅速向智能設備/智能云混合方式演進。當這兩種解決方案之間的二元論逐漸消失時,就是邊緣計算和元計算融合的時代了。
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原文標題:大咖談技術丨物聯網時代:邊緣計算與云計算的新融合
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