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边缘计算,智能的层次化部署

网优雇佣军  · 公众号  · 通信  · 2017-07-28 17:40

正文


如果经常留意“边缘计算”的文章,则会发现它有个兄弟,叫“雾计算”。大多数发表的文章,对这两个词的解释是差不多的:他们都是相对于“云计算”而言的,在网络边缘,更接近原生数据(物理感知)的地方进行的计算。


此前,我们看到的大多数互联网信息处理模式,都是“端-管-云”的模式。在应用的现场,“端”只负责收集数据、执行指令,而“云”负责所有的数据分析和控制逻辑功能。“边缘计算”或者“雾计算”,就是将部分数据分析和控制逻辑功能,放到了应用场景的附近来实现,它们有一个很形象的叫法:“贴地计算。”


虽然,整体上“边缘计算”和“雾计算”的意思差不多,但其实还是有差别的。


“边缘计算”,源自工业领域,主要部署在终端设备或网络接入点上。 目前已经普遍存在于工业物联网(嵌入式物联网)应用、制造业、零售、ATM机、智能手机和虚拟/混合现实等领域。边缘计算使得工业生产中的设备,无需云计算的帮助,也能具有近端的决策控制能力。


“雾计算”(Fog Computing),脱壳于“云计算”,是指将云计算的(部分)功能,部署在网络边缘的设备中,局部的集中化计算。 它其实是云计算(Cloud Computing)的延伸概念,由思科(Cisco)于2011年被提出。


由此可见,“边缘计算”和“雾计算”确实还是有一些差异的。边缘计算主要是在“端”中,这个端是指电子终端设备或传感器;而雾计算还是在“云”中,部署在一定区域内的数据集中站点上。拿一个智慧家庭的(WIFI)网络来举例,一个APP在手机内进行的脱网计算就是边缘计算,而家庭智能盒子(智能的Wifi网关)就是雾运算的主体。


虽然两者有所差别,但网络中不少行业文章并没有严格区分这个差别。事实上,由于物联网业务场景广泛,很多应用在“端”和“网关”上的计算都会有所涉及。所以,以笔者之见,既然他们都是相对于“云计算”而言的,那么也就没有必要区分他们部署的位置(生产设备、传感设备、网关/服务器),一般情况下都以“边缘计算”为表述。



“边缘计算”和“雾计算”的差异,其实给了笔者一个启示:物联网中的计算能力,具有分层部署的特征。这个特征,不同于互联网中的云计算部署模式,可以从两个维度来讨论。


一、参照物联网的边缘架构模型,讨论边缘计算的层域化部署


边缘计算联盟ECC针对边缘计算,定义的了四个领域: 设备域(感知与控制层)、网络域(连接和网络层)、数据域(存储和服务层)、应用域(业务和智能层)。 这四个“层域”就是边缘计算的计算对象。



1、 设备域: 边缘计算在这一层,可以对感知的信息直接进行计算处理。比如在视频采集、音频采集中直接部署智能鉴别的能力;又或者像手机一样,能够由语音输入直接转换成文字输出。


2、 网络域: 通过部署计算能力,实现各网络协议的自动转换,对数据格式进行标准化处理。要解决物理网中数据异构的问题,就需要在网络域中部署边缘计算,以实现数据格式的标准化和数据传递的标准化(例如将所有的感知数据都换算成MQTT类型数据,并通过HTTP方式传递)。同时,网络域的边缘计算,还能对“融合网络”进行智能化管理,实现网络的冗余,保证网络的安全,并可进一步参与网络的优化工作。


3、 数据域: 边缘计算,使得数据管理更智能、存储方式更灵活。首先,边缘计算可以对数据的完整性和一致性进行分析,并进行数据清洗工作,消灭系统中的“脏”数据。其次,边缘计算可以对计算和存储能力、以及系统负载进行动态地部署。最后,边缘计算还能和云端计算保持高效协同、合理分担运算任务。


4、 应用域: 边缘计算提供属地化的业务逻辑和应用智能。它使得应用具有灵便、快速反应的能力,并在离线的情况下(和云端失去联系时),仍能够独立地提供本地化的应用服务。


在物联网贴近用户和应用场景的地方,边缘计算被部署在以上4个层域中。它使得设备具有智能化的感知能力,装配自适应的连接策略和(数字)部署策略,解决系统中的数据异构问题,并提供局部的业务逻辑甚至智能。


二、参照物联网应用/地域/覆盖范围,讨论边缘计算的层级化部署


从始创的感知数据到终结的云端智能,数据会根据应用的需要而经历多次的汇聚和计算。例如从智慧家庭到智慧城市,海量的数据汇集并非一步到位就实现的。此外,数据汇聚的每个阶段中还各有独立的应用和业务,这样便意味着 计算有层级化部署的需要。



以上图举例,智慧城市被分成了四个“物联网(大小)层级”:家、小区、社区、城市。


这四层“智慧”层级各有应用和服务,服务的范围和覆盖的区域从家到市逐渐扩大。各层级中有部分应用相对独立,与上下层级无关;而另有一部分应用则会“层层升级”:家庭医生(家)->社区医疗(社区)->医疗卫生(城市)。


从物联网层级的角度来看,云计算和边缘计算的关系,会依据应用来区分:


1、对于各层级独有的业务,只需在对应层级独立部署针对性的计算能力(只需要“云计算”)。







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