人們需要了解邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的組件、組件的作用以及它們之間的緊密聯(lián)系，這些組件其中包括傳感器、執(zhí)行器、設(shè)備和網(wǎng)關(guān)。
有人將物聯(lián)網(wǎng)比作生物實(shí)體的一種技術(shù)版本，因?yàn)橥ㄟ^(guò)大量傳感器可以看到、聽(tīng)到和感覺(jué)到周圍的環(huán)境。就像人類從其感官獲得的信息而做出反應(yīng)一樣(例如在身體過(guò)熱時(shí)出汗)，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)使用硬件和軟件組件進(jìn)行無(wú)縫通信并協(xié)同工作。
隨著連接的傳感器和移動(dòng)設(shè)備數(shù)量的迅速增長(zhǎng)，物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)必須不斷發(fā)展。如今的IT架構(gòu)根本無(wú)法跟上物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備生成的數(shù)據(jù)增長(zhǎng)，也無(wú)法提供傳輸和處理這些數(shù)據(jù)所需的處理能力。而解決這一難題的唯一的方法就是將邊緣計(jì)算與物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)相結(jié)合。
邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)連接從集中式資源轉(zhuǎn)移到更靠近生成數(shù)據(jù)的設(shè)備，在邊緣進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)處理，以維持?jǐn)?shù)據(jù)量和連接速度。移動(dòng)到邊緣的重點(diǎn)是改變網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級(jí)并進(jìn)行優(yōu)化。
這種架構(gòu)將會(huì)提高物聯(lián)網(wǎng)的性能、帶寬、效率、可靠性和安全性。
什么是邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)?
邊緣計(jì)算是一種分布式IT架構(gòu)，在這種架構(gòu)中處理數(shù)據(jù)時(shí)應(yīng)盡可能靠近原始數(shù)據(jù)源。而在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中，意味著要處理更靠近物聯(lián)網(wǎng)硬件的數(shù)據(jù)，而不是將其發(fā)送到云平臺(tái)或本地?cái)?shù)據(jù)中心進(jìn)行處理。
邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)涵蓋了從系統(tǒng)端點(diǎn)(包括設(shè)備、傳感器、執(zhí)行器和設(shè)備)到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的所有內(nèi)容。網(wǎng)關(guān)是物聯(lián)網(wǎng)的通信樞紐，它為網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行關(guān)鍵功能，例如傳感器數(shù)據(jù)聚合、傳感器協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換，以及在網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到云平臺(tái)或本地網(wǎng)絡(luò)之前的傳感器數(shù)據(jù)處理。
考慮到物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備部署量在近幾年呈爆炸式增長(zhǎng)，擁有合適的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)是具有高可用性和功能更強(qiáng)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部分。
邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的重要性
物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，需要以毫秒為單位來(lái)執(zhí)行進(jìn)程。根據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)Gartner公司的調(diào)查，目前約有10%的企業(yè)生成數(shù)據(jù)是在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心或云平臺(tái)之外創(chuàng)建和處理的。預(yù)計(jì)到2025年，這一數(shù)字將達(dá)到75%。IDC公司也注意到了類似的發(fā)展趨勢(shì)，并預(yù)計(jì)在2025年全球生成的數(shù)據(jù)量將增長(zhǎng)到175ZB。
例如在一個(gè)部署物聯(lián)網(wǎng)的辦公大樓中，安裝了數(shù)以千計(jì)的傳感器監(jiān)測(cè)溫度、照明、噪音、空氣質(zhì)量和安全系統(tǒng)。關(guān)鍵系統(tǒng)中的執(zhí)行器對(duì)傳感器檢測(cè)到的變化作出響應(yīng)，以根據(jù)環(huán)境變化關(guān)閉和打開(kāi)車燈、解鎖安全門或調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)。每個(gè)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和執(zhí)行器可能使用不同的協(xié)議(如Wi-Fi、藍(lán)牙、串行端口、MQTT、Zigbee)連接到網(wǎng)絡(luò)，并且可能具有不同的管理和安全模型。
架構(gòu)良好的邊緣物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可以處理來(lái)自所有設(shè)備的數(shù)據(jù)流入以及部分?jǐn)?shù)據(jù)處理。但是，某些功能(例如打開(kāi)安全門)無(wú)法等待數(shù)據(jù)從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備到基于云計(jì)算的應(yīng)用程序或數(shù)據(jù)中心的往返時(shí)間。其他邊緣設(shè)備(例如不經(jīng)常使用的低功耗控制器)無(wú)法分析收集到的數(shù)據(jù)，因?yàn)樗鼈內(nèi)狈τ?jì)算能力，而其他設(shè)備卻會(huì)生成大量數(shù)據(jù)，但原始形式的數(shù)據(jù)并沒(méi)有價(jià)值。
邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的好處
實(shí)施良好的邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可減少系統(tǒng)的整體延遲，從而提高應(yīng)用程序的使用率和設(shè)備的性能。它還可以減少物聯(lián)網(wǎng)與其他服務(wù)或網(wǎng)絡(luò)部分(例如云平臺(tái))之間的架構(gòu)端點(diǎn)的數(shù)據(jù)和通信瓶頸，因此它可以按照員工和客戶的需求運(yùn)行。
邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)還可以幫助組織：
快速有效地部署物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目;
降低整體物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的安全風(fēng)險(xiǎn);
在技術(shù)堆棧中水平和垂直擴(kuò)展物聯(lián)網(wǎng)項(xiàng)目;
將新的處理技術(shù)(例如機(jī)器學(xué)習(xí)和人工智能)添加到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。
這并不是說(shuō)部署的邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)適用于每個(gè)組織。在沒(méi)有足夠的安全性或IT基礎(chǔ)設(shè)施策略的情況下實(shí)施該技術(shù)的組織將難以應(yīng)對(duì)更大的風(fēng)險(xiǎn)。
IT專業(yè)人士和技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)者必須學(xué)會(huì)在競(jìng)爭(zhēng)性的業(yè)務(wù)目標(biāo)和當(dāng)今部署的顛覆性技術(shù)之間進(jìn)行權(quán)衡。Gartner公司的高級(jí)分析師Ross Winser認(rèn)為，傳統(tǒng)的工具和流程正迅速達(dá)到極限。他在一篇博客文章中寫(xiě)道，通過(guò)讓IT專業(yè)人士和組織領(lǐng)導(dǎo)者盡早參與物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)規(guī)劃討論，可以避免不可預(yù)見(jiàn)的服務(wù)差距帶來(lái)的級(jí)聯(lián)效應(yīng)，存在這些差距可能會(huì)使組織在應(yīng)用物聯(lián)網(wǎng)時(shí)面臨障礙。
設(shè)計(jì)和實(shí)施邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)，需要考慮什么因素?
設(shè)計(jì)和實(shí)施邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)取決于許多因素：
物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，包括其工作壽命、集成技術(shù)和通信協(xié)議;
需要在邊緣部署多少智能;
設(shè)備的物理位置;
受邊緣物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備影響的系統(tǒng)。
從根本上講，邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)(這并沒(méi)有包括數(shù)據(jù)中心、云計(jì)算和企業(yè)層)將由以下兩層組成：邊緣設(shè)備層和中間服務(wù)器層。
邊緣設(shè)備層
邊緣設(shè)備層是物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的最外層。它由各種硬件組件組成，其中包括傳感器、設(shè)備和執(zhí)行器。
傳感器可以監(jiān)視連接的產(chǎn)品和機(jī)器的真實(shí)狀態(tài)。雖然大多數(shù)人認(rèn)為它們只是物理對(duì)象，但是收集和傳輸數(shù)據(jù)的任何東西都可以視為傳感器——例如，光線傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、GPS接收器和以及車載診斷傳感器等。
當(dāng)談到物聯(lián)網(wǎng)時(shí)，人們通常會(huì)想到帶有傳感器的硬件設(shè)備來(lái)激活和控制它們并傳輸物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。例如嵌入智能車輛和家用電器中的微控制器，以及嵌入機(jī)器人或工業(yè)設(shè)備中的單板計(jì)算機(jī)，如Raspberry Pi設(shè)備。
執(zhí)行器控制或響應(yīng)物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的某些事物。它們可以是影響產(chǎn)品或環(huán)境物理狀態(tài)的硬件或軟件。API基于從物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的其他部分收集的數(shù)據(jù)觸發(fā)執(zhí)行器，如智能燈具、遠(yuǎn)程控制接入點(diǎn)、電機(jī)、機(jī)器人和軟件命令。
中間服務(wù)器層
物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的這一層也稱為控制層，包含物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和其他服務(wù)器，這些服務(wù)器可促進(jìn)通信、減輕處理功能并推動(dòng)邊緣操作。這是一個(gè)在將邊緣設(shè)備收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心或云平臺(tái)之前對(duì)其進(jìn)行本地預(yù)處理的地方。
數(shù)據(jù)預(yù)處理可減輕帶寬限制，并優(yōu)化轉(zhuǎn)發(fā)到系統(tǒng)其余部分的數(shù)據(jù)量。最小化傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量會(huì)影響網(wǎng)絡(luò)傳輸成本，特別是在蜂窩網(wǎng)絡(luò)中，從而節(jié)省大量成本。大多數(shù)網(wǎng)關(guān)都支持雙向通信，并根據(jù)已定義的規(guī)則和指導(dǎo)原則確定通信的優(yōu)先級(jí)。例如，網(wǎng)關(guān)可以保存所有南北向流量的數(shù)據(jù)傳輸，而關(guān)鍵設(shè)備更新程序包則以其他方式提供。
此外，它允許對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)應(yīng)用關(guān)鍵業(yè)務(wù)規(guī)則和過(guò)濾器?；谶@些過(guò)濾器處理、傳輸或存儲(chǔ)數(shù)據(jù)以備日后使用，使組織能夠更有效地管理數(shù)據(jù)并提供更有用的見(jiàn)解。
IT基礎(chǔ)設(shè)施的支柱
邊緣計(jì)算仍在發(fā)展，但它正迅速成為每個(gè)組織IT基礎(chǔ)設(shè)施的支柱之一。部署在邊緣設(shè)備層上的設(shè)備和傳感器的數(shù)量每天都在增加。IT專業(yè)人員必須知道這如何影響他們的整體架構(gòu)。
考慮到組織對(duì)數(shù)據(jù)的依賴，物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的選擇和部署變得至關(guān)重要。組織需要找到使用物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新方法，而只有構(gòu)建良好的基礎(chǔ)架構(gòu)才能適當(dāng)擴(kuò)展和支持邊緣物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)。
