物联网时代:边缘计算与云计算的新融合

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描述

在其经典小说《化身博士》中,讲述了一个拥有双重人格的人物的故事:温文尔雅的杰基尔博士和邪恶且反社会的海德先生,如果只遇见其中一种人格,人们会把他们看作两个完全不同的人,但他们又确实是同一个人的两个面孔。在计算领域也是如此,人们可能看到的是两种相对立的方法 - 边缘计算和云计算,它们都在解决物联网(IoT)中那些类似的问题,但这些计算方案就像同一枚硬币的正反面。

边缘计算随着互联网和移动行业的发展而得到普遍应用,它描述了一种架构,在这种架构里,靠近用户节点预取和缓存网络数据,通过超低延迟来改善客户体验。为了使这一概念标准化,边缘计算行业做出了很多努力,比如“开放式边缘计算”。在物联网的背景下,边缘计算意味着大多数设备计算任务都是在现场执行的,这些任务可以在终端节点或网关(作为连接简单终端节点和互联网的桥梁)中完成。

而源自IT领域的云计算架构同样描述了在连接到云服务器(而不是企业内部服务器)上执行的企业软件。在物联网的背景下,这意味着大部分处理和决策都是在云端完成的。  理论上,这两种计算是相互对立的。云计算方法意味着让边缘设备更简单,功耗更低、性能更低、成本更低。因为所有的逻辑和编程都在云端,灵活、更新简单,并且可以遵循完善的IT流程。  但是另一方面,边缘计算也有它的好处。由于边缘计算完成了大部分工作,所以它更适应网络中断,并且很容易实现全天候的可用性方案。设备直接处理传感器数据,因此可以进行实时决策:从决策方面看,工业系统需要的确定性行为(可预测的延迟),延迟通常在250us到20ms之间,而服务器和IT系统则可以接受的范围是0.5-2s。最重要的是,只需要很低的速率连接到互联网即可,因为所需网络带宽较低且云中的数据存储较少,从而使得网络和云的成本较低。

差异模糊化

虽然边缘计算和云计算看似对立,但事实上两者有着融合的趋势,这使得取舍已经不那么重要。节点的性能越来越好,无论是节点还是网关,边缘计算都变得更加智能。在物联网中,安全性和连接性变得更加重要。这要求更高性能的控制器、连接更多软件以及更高的灵活性。将IP加入终端节点的好处是将高级通信栈推向边缘,同时也需要功能更强大的处理器以及更多内存、性能和软件。在边缘进行根源可信性和运行安全监控将成为常态,因为没有人知道未来黑客会发现哪些安全漏洞,所以必须能够为每个节点远程更新固件。随着物联网的发展,IT软件和嵌入式软件将会发生冲突,开发人员可通过编码语言和开发平台进行二者的融合。物联网正在推动“ 硬件的软件化 ”,亚马逊最新发布的GreenGrass平台承诺在云端使用的软件与设备上相同——是这一趋势的明显证明。在所有这些发生的同时,微处理器(MPU)和微控制器(MCU)的性能也在惊人地增长。具有兆字节闪存和百位千字节内存的200MHz频率范围的MCU已经很常见,如瑞萨电子Synergy S7系列。另外,如瑞萨电子RZ/A 系列,同样能够运行Linux的入门级MPU 。MCU和MPU系列都提供先进的软件支持,包括开源或得到一家制造商的全面支持,瑞萨电子Synergy平台就是如此。

混合计算方法

事实上,没有哪一种选择,纯边缘计算或纯云计算,是完全令人满意的。查看表1中突出显示的优点和缺点,再从客户的角度想一想需要什么。每种解决方案的缺点都是不可接受的:没有人想要费电的昂贵节点,没有人希望发生服务中断或者降低物联网设备功能的网络故障,没有人愿意为网络和云访问付出太多的代价,因为访问只是一项赋能技术,而不是物联网提供的最终服务。  理想的物联网设备,必须提供表-2中的所有优势。边缘计算也可以成为云计算,在安全、网络堆栈和平台方面创造一种新环境,对云计算与边缘计算进行融合,边缘计算既可以像云计算一样灵活,也可以像嵌入式设备一样坚韧。性能更强的嵌入式设备使边缘计算更加智能化,不论是在终端节点中还是经过网关,同时也控制了成本和功率。

边缘云计算

科技领域的历史学家肯定会指出,这种混合组合的想法并不新鲜。在计算机还很昂贵的时代,70和80年代的原始计算解决方案是“客户端—服务器”模式,这意味着服务器大型机(云)完成所有工作,而客户端(边缘)只是一个用户界面。随着多年来显著的性能改进和计算能力的成本降低,如90年代PC和工作站所彰显的那样,钟摆已经完全摆动到了另一侧。  当互联网时代到来,业界的风向标再次被推向另一端。甲骨文在90年代后期尝试引入“网络计算机”的尝试(失败)。在过去的十年中,亚马逊和微软等大型企业不断增加对服务器计算和存储的投资,推动了SaaS和PaaS解决方案的发展趋势,这两种解决方案都是云计算选择。然而,现在的边缘比以往更加智能,最稳妥的解决方案应该是边缘和云共同为用户提供最佳服务。  同样的历史正在物联网中重演,速度也更快。从最初的只有傻瓜设备的云解决方案开始,市场正迅速向智能设备/智能云混合方式演进。当这两种解决方案之间的二元论逐渐消失时,就是边缘计算和元计算融合的时代了。

关于我们

瑞萨电子作为全球领先的微控制器供应商、模拟功率器件和SoC产品的领导者,提供专业可信的创新嵌入式设计和完整的半导体解决方案,旨在通过使用其产品的数十亿联网智能设备安全可靠地改善人们的工作和生活方式。我们将与您分享最新产品技术资讯和新闻动态。

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