邊緣計算是在事物、數據和操作的起源地附近進行的計算的術語。用於邊緣計算的智能設備可以是具有專門處理能力的物聯網終端、具有一定數據採集和數據計算能力的物聯網網關或路由器。本文將詳細探討邊緣計算網關。
邊緣計算網關提供強大的物聯網邊緣計算能力，可以提高整個數據傳輸過程的效率，降低延遲，減少流量和帶寬。部署邊緣計算網關可以幫助企業更快、更自主地做出決策，因爲洞察是在數據源獲得的，這可以減少延遲；同時，由於集中存儲的數據較少，降低了集中數據管理的存儲和管理成本；邊緣計算還可以確保提高安全性和隱私性，因爲它不會保留或傳輸細粒度數據。
什么是邊緣計算？
爲了提供近端計算和服務，邊緣計算設備將網絡、計算、存儲和應用程序結合在靠近對象或數據源的一側。越來越多的科技公司开始了自己在邊緣計算上的業務布局。智能工廠、智能城市、智能制造、智能零售等概念將越來越盛行。
在使用物聯網邊緣計算技術的過程中，這些業務需要使用各種智能網關、邊緣設備和雲來進行數據收集、處理和存儲。這些設備與分布式數據庫和數據處理一起構成了完整的邊緣計算系統。但這個系統並不是獨立存在的，它和雲計算平台之間會有大量的數據傳輸和應用交互。
爲什么物聯網網關需要邊緣計算能力？
企業經常爲其物聯網解決方案 部署大量物聯網設備，這給管理和監控它們帶來了挑战。物聯網網關是將物聯網設備連接到雲並促進雙向數據傳輸的集中器。因此，可以上傳物聯網傳感器數據進行處理，並且基於雲的應用程序可以向物聯網設備發送命令。
物聯網網關增加邊緣計算能力，可以減少網絡流量和延遲，同時解決海量數據帶來的中央處理能力不足的問題。下面將詳細介紹：
- 遏制雲計算成本上升
節省成本是實施邊緣計算的主要動機之一。正如我們之前提到的，隨着數據量和用戶數量的增長，計算和存儲的成本將呈指數級增長。一般來說，不同用戶規模所需的服務器可以如下所示（粗略估計）：
| 用戶規模 | QPS（每秒查詢次數） | 所需服務器 | |
| 1 | 100,000 | 100 | 10 |
| 2 | 1,000,000 | 1,000 | 50 |
| 3 | 10,000,000 | 10,000 | 500 |
| 4 | 100,000,000 | 1,000,000 | 10,000 |
從表中可以看出，用戶數量從10萬增長到1億，增長了近100倍。爲什么服務器呈現1000倍的增長？因爲當體量增大時，架構變得復雜，各種任務，比如緩存、隊列、服務發現、網關、自動化運維、監控等就成爲必須的。
如果採用去中心化的邊緣計算，大量的計算工作將在邊緣完成，這將大大降低服務器投資，大大降低成本。
- 分擔計算負擔
通過部署物聯網邊緣網關設備，有效處理附近物聯網終端產生的海量數據，可以輕松解決雲中心計算能力帶來的諸多問題。邊緣計算理論上可以滿足很多行業在敏捷性、實時性、數據優化、AI智能、安全隱私保護等方面的關鍵需求。
邊緣計算網關的優點
物聯網設備會生成大量數據。當企業擁有重要的物聯網設備生態系統並希望將數據從所有這些設備傳輸到雲時，這些物聯網設備可能會使用企業的所有互聯網帶寬，而雲存儲價格昂貴。
通過使用邊緣計算僅處理一些基本且有價值的數據，可以避免此類問題。通過限制需要發送到雲的數據量，此方法有助於削減支出和帶寬利用率。
假設一家企業擁有一組支持 IP 的安全攝像頭，將所有原始監控錄像發送到雲端進行處理。當多個攝像機主要集中在空曠的空間時，將原始監控錄像發送到雲端當然沒有意義，而且會浪費帶寬。在邊緣處理視頻片段比一次上傳所有監控材料更有效，可以減輕這種帶寬浪費的情況。
邊緣設備可以區分出企業認爲值得保留的有意義的片段和不相關的片段，並將需要審核的視頻片段發送到網關設備，然後網關設備將數據上傳到雲端。從這個示例中可以看出，物聯網邊緣計算網關對於幫助組織降低物聯網相關的帶寬使用至關重要。
物聯網邊緣計算網關架構
物聯網邊緣網關基礎設施由四個架構級別組成：
- 網絡層：在這一層，來自各種來源的數據被編譯並以安全的方式發送到處理系統。數據採集系統（DAS）負責執行數據聚合和格式轉換。在這一層，物聯網邊緣計算網關可以安全地連接物聯網設備和處理基礎設施。
- 傳感器層： 在傳感器層，設備收集數據以供後續處理。
- 數據預處理層： 在傳輸到基於雲的基礎設施之前，物聯網傳感器數據在該層進行預處理並進行基礎數據分析。物聯網邊緣設備在這一層運行。
- 雲應用層： 借助基於雲的基礎設施，用戶和應用程序可以訪問數據和深入數據分析的結果。數據存儲在這一層也是可行的。
IoT邊緣計算網關設備組成
邊緣計算網關是一種物聯網網關設備，可彌合基於雲的物聯網平台、傳感器、設備和系統之間的通信差距。物聯網邊緣計算網關設備通常提供本地處理和存儲解決方案，以及基於傳感器輸入數據自主管理現場設備的能力。
IoT 邊緣網關硬件
物聯網邊緣網關位於邊緣系統的接合處，充當設備生態系統內部和外部網絡連接的主要接入點。它可以將其他設備使用的生態系統的本地內聯網連接到公共互聯網。
物聯網網關軟件
例如，就工業物聯網而言，物聯網網關軟件提高了機器和過程數據的透明度。它採用規則來檢查特定數據，以確保您的輸出符合高標准。它還實時監控過程數據，包括溫度、壓力、振動等。
物聯網邊緣計算網關如何工作？
無論企業准備對物聯網進行廣泛投資，還是只想开始使用一些邊緣計算設備，部署物聯網邊緣計算網關都將帶來短期和長期效益。讓我們看看它是如何工作的。
- 連接物聯網設備
與通用遙控器類似，物聯網網關允許您從一個位置控制所有設備，從而節省您的時間和精力。同樣，物聯網邊緣計算網關充當連接設備之間數據傳輸的中央樞紐。通過雲，人們和物聯網設備能夠相互通信。當向 IoT 設備發送或接收信息時，會利用 IoT 網關和支持雲的軟件與 IoT 設備進行通信。
另一方面，物聯網網關允許越來越多的物聯網設備和智能傳感器相互連接，通過將數據過濾爲有用信息來促進通信，並簡化其在整個物理空間中的功能。
- 轉換物聯網設備之間的通信
盡管物聯網設備正在迅速融入我們的日常生活，新的服務和產品不斷湧現，以改善我們生活的幾乎每個領域，但目前物聯網設備語言還沒有通用標准。當添加更多物聯網設備時，協議轉換網關變得更加重要，因爲它們使它們更容易相互通信。
- 加強安全
隨着物聯網設備數量的增加，會引發更多的安全問題。所有物聯網設備都容易受到外部幹擾和黑客攻擊，但物聯網網關在互聯網和物理設備之間增加了另一層安全性。
- 智能邊緣
物聯網網關是“主動智能邊緣”的典型示例。這意味着數據可以由物聯網網關本身進行翻譯和處理，無需第三方實體或個人的協助。
邊緣計算網關應用場景
邊緣計算引入物聯網網關是不可避免的，哪些場景需要邊緣計算網關？
當企業需要處理一些實時響應的業務時，比如即時響應用戶的一些本地需求，比如共享單車解鎖、利用人臉識別系統進行門禁管理，對數據進行採集和結構化（比如提取車牌）視頻中的信息，文本化後傳回數據中心，實現實時設備監控（主要是離线設備的數據採集和監控），以及一些去中心化的P2P應用（邊緣節點可以方便附近的P2P通信）設備（當充當服務發現服務器時），它們將需要物聯網邊緣計算網關。
邊緣計算的應用場景多種多樣，其中很多甚至是我們無法想象的。以下使用示例供參考：
- 電力：路燈控制，城市電網電壓電流數據實時監測報警，或太陽能電池板監測；
- 安全：遠程門禁系統、防盜裝置報警；
- 能源： 油田、煤礦、石油、天然氣數據採集、供熱系統監測；
- 交通：車輛牌照監控系統、車輛違章監控、紅綠燈控制；
- 環境保護： 收集實時數據，用於自來水、污水管道、泵站、水廠的監測和維護。
總結
不言而喻，邊緣計算網關在物聯網時代至關重要。正如我們之前介紹的，邊緣計算網關負責處理和分析來自設備的數據，以使它們實時響應需要低延遲的應用。
雖然邊緣計算有很多好處，但它也帶來了許多困難，例如管理和維護分布式設備、處理海量數據以及確保網絡安全。因此，物聯網應用的成功取決於選擇合適的邊緣計算網關平台和架構，以及其高效的配置。
資料來源：DUSUN
標題：邊緣計算網關如何賦能物聯網？
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