终于有人把物联网和边缘计算的关系说清楚了

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终于有人把物联网和边缘计算的关系说清楚了

pala123 2019-08-01 22:13:58 浏览969
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今年特别火的物联网是什么?边缘计算和物联网有什么关系?也许之前你有点搞不清,看完这篇文章相信您会对边缘计算和物联网有新的认识。

物联网(英语:Internet of Things,缩写IoT)是互联网、传统电信网等信息承载体,让所有能行使独立功能的普通物体实现互联互通的网络。在物联网上,每个人都可以应用电子标签将真实的物体上网联结,在物联网上都可以查出它们的具体位置。通过物联网可以用中心计算机对机器、设备、人员进行集中管理、控制,也可以对家庭设备、汽车进行遥控,以及搜索位置、防止物品被盗等,类似自动化操控系统,同时透过收集这些小事的数据,最后可以聚集成大数据,包含重新设计道路以减少车祸、都市更新、灾害预测与流行病控制等等社会的重大改变,实现物和物相联。

物联网的起源
物联网源头最早要追溯到1991年,剑桥大学特洛伊计算机实验室的科学家们,常常要下楼去看咖啡煮好了没有,但又怕会影响工作,为了解决麻烦,他们编写了一套程序,咖啡壶旁边安装了一个便携式摄像头,利用终端计算机的图像捕捉技术,以3帧/秒的速率传递到实验室的计算机上,以方便工作人员随时查看咖啡是否煮好,这就是物联网早的雏形。1993年,作为首个 X-Windows 系统案例,“特洛伊咖啡壶服务器”事件还被传到了网上,近240万人点击过这个名噪一时的“咖啡壶”网站。就网络数字摄像机而言,确切地说,其市场开发、技术应用以及日后的种种网络扩展都是始源于这个世界上富盛名的“特洛伊咖啡壶”。

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图1-咖啡壶

1995年,比尔•盖茨在《未来之路》一书中曾提到了“物联网”的构想,言指“互联网仅仅实现了计算机的联网而没有实现万事万物的互联”,这在当时并没有受到关注,正如书中写的一样,“虽然现在看来这些预测不太可能实现,甚至有些荒谬。但是我保证这是本严肃的书,而绝不是戏言。十年后我的观点将会得到证实。”

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图2-未来之路

1999 年美国麻省理工学院正式提出物联网概念,早期的物联网是指依托射频识别(Radio Frequency Identification ,RFID)技术和设备,按约定的通信协议与互联网相结合,使物品信息实现智能化识别和管理,实现物品信息互联而形成的网络。随着技术和应用的发展,物联网内涵不断扩展。现代意义的物联网可以实现对物的感知识别控制、网络化互联和智能处理有机统一,从而形成高智能决策。

2005年11月17日,在突尼斯举行的信息社会世界峰会上,国际电信联盟发布了《ITU互联网报告2005:物联网》,报告指出,无所不在的“物联网”通信时代即将来临,世界上所有的物体从轮胎到牙刷、从房屋到纸巾都可以通过互联网主动进行数据交换。射频识别技术、传感器技术、纳米技术、嵌入式系统这四项技术将得到更加广泛的应用。物联网开始进入大众视角。

物联网是通信网和互联网的拓展应用和网络延伸,它利用感知技术与智能装臵对物理世界进行感知识别,通过网络传输互联,进行计算、处理和知识挖掘,实现人与物、物与物信息交互和无缝链接,达到对物理世界实时控制、精确管理和科学决策目的。

物联网主要技术
在物联网应用中有四项关键技术为物联网开辟出极为广阔的应用前景:

1、传感器技术:这也是计算机应用中的关键技术。大家都知道,到目前为止绝大部分计算机处理的都是数字信号。自从有计算机以来就需要传感器把模拟信号转换成数字信号计算机才能处理。

2、RFID标签:也是一种传感器技术,RFID技术是融合了无线射频技术和嵌入式技术为一体的综合技术,RFID在自动识别、物品物流管理有着广阔的应用前景,这也是为什么“物流”这个词总是与“物联网”同时出现。

3、纳米技术:纳米技术(nanotechnology)是用单个原子、分子制造物质的科学技术,研究结构尺寸在1至100纳米范围内材料的性质和应用。纳米传感器非常小,因此可以从数百万个不同的点采集信息。随后,外部设备可以对数据进行整合,生成极其详细的图像,从而显示光、振动、电流、磁场、化学浓度和其他环境因素最细微的变化。由纳米技术延伸出来的纳米物联网可能是物联网领域下一个重大进展。

4、嵌入式系统技术:是综合了计算机软硬件、传感器技术、集成电路技术、电子应用技术为一体的复杂技术。经过几十年的演变,以嵌入式系统为特征的智能终端产品随处可见;小到人们身边的MP3,大到航天航空的卫星系统。嵌入式系统正在改变着人们的生活,推动着工业生产以及国防工业的发展。如果把物联网用人体做一个简单比喻,传感器相当于人的眼睛、鼻子、皮肤等感官,网络就是神经系统用来传递信息,嵌入式系统则是人的大脑,在接收到信息后要进行分类处理。这个例子很形象的描述了传感器、嵌入式系统在物联网中的位置与作用。

物联网应用领域
物联网用途十分广泛,如图遍及交通运输、环境保护、公共设施、医疗、制造业、商业金融、家庭等多个行业。

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图3- 物联网应用场景

物联网把新一代IT技术充分运用在各行各业之中,具体地说,就是把感应器嵌入和装备到电网、铁路、桥梁、隧道、公路、建筑、供水系统、大坝、油气管道等各种物体中,然后将“物联网”与现有的互联网整合起来,实现人类社会与物理系统的整合,在这个整合的网络当中,存在能力超级强大的中心计算机群,能够对整合网络内的人员、机器、设备和基础设施实施实时的管理和控制,在此基础上,人类可以以更加精细和动态的方式管理生产和生活,达到“智慧”状态,提高资源利用率和生产力水平,改善人与自然间的关系。

边缘计算赋能物联网
物联网是实现行业数字化转型的重要手段,并将催生新的产业生态和商业模式。而借助于边缘计算可以提升物联网的智能化,促使物联网在各个垂直行业落地生根。图4展示了应用于物联网中的边缘计算的设备形态和所处的位置。

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图4-边缘计算应用于物联网

边缘计算在物联网中应用的领域非常广泛,特别适合具有低时延、高带宽、高可靠、海量连接、 异构汇聚和本地安全隐私保护等特殊业务要求的应用场景。

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图5-边缘计算在物联网中应用

图5示例了边缘计算在智能交通、智慧城市和智能家居等行业或领域的应用情况, 下面将对这些场景进行相关的介绍和分析。

智慧交通

在城市道路交通中,每个路口都会设置监控摄像头,每周甚至每天都会有海量的视频数据产生,如果这些监控设备产生的数据聚在一起,会是个天文数字。 在云端进行实时的海量数据分析与储存对计算能力和网络带宽是 一个巨大的挑战。如果借助边缘计算,在本地对海量视频数据进行存储和分析,仅识别和截取存 在道路交通事故或违法行为的视频传递给云/数据中心做进一步分析和长久存储,这样可以大大减少到云端的数据传输,并且能够支持实时的智能交通控制。

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图6-边缘计算在智慧交通中的应用

图6展示边缘计算在城市交通中的应用,通过边缘计算的实时数据处理和分析功能,可以支持无人驾驶、交通流量疏导和拥堵预测这类业务功能。另外也提供本地的监控数据存储,对数据进行处理和清洗后再把有效数据传递给云/数据中心做进一步分析的边云协同。

智慧城市

智慧城市是构建“宜居、舒适、安全”的城市生活环境,实现城市“感知、互联和智慧”。智慧城市建设是涉及诸多信息系统、综合集成技术的大型信息化工程。物联网技术将为城市基础设施的整体升级提供智能化的支撑,而边缘计算将丰富智慧城市的应用场景。

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图7-边缘计算在智慧城市中的应用

如图7所示,一般智慧城市具有家庭、小区、社区和城市4个层级。每个层级都有对应的应用和服务,比如家庭有智能家居、智能安 防和家庭娱乐系统等,小区有门禁 和视频监控、车辆人员管理和物业服务等;社区有社区商场、社区医疗和社区政务等;城市有交通、物流、医疗、金融和市政服务等。边缘计算将在智慧城市这4个层级之间提供层次化的管理和服务功能, 并协同彼此之间的发展。

智能家居

在当前的智能家居中,智能家电设备基本上都是由智能单品构成的,比如密码锁、智能照明、智能空调、安防监控、智能卫浴、家庭影院多媒体系统 等,这些智能家电设备需要依赖于云平台才能实现手机端在外网的远程控制。这种基于云平台的智能家 居在网络出现故障时将无法进行控 制,特别是多个智能单品联动的场景将无法对多个设备进行协调。智能家电设备都是通过Wi-Fi模块连接到云/数据中心,用户对存放在云/ 数据中心的家庭数据也存在泄漏的担忧,另外大量的监控视频数据也会消耗智能家居设备到云/数据中心之间的通信带宽。

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图8-边缘计算在智能家居的应用

如图8所示,采用边缘计算技术,可以把家庭视频数据存放在本地边缘计算网关设备上,确保用户的隐私不被泄漏;多个智能单品之间的联动也可以通过本地边缘计算进行近实时的协调;边缘计算节点还能实现定期与云计算同步更新控制和设备状态信息。

物联网不断发展的过程会遇到越来越多的诸如:传输、带宽、安全、数据处理、数据分析等众多挑战,单纯靠云计算已然无法完全解决问题,边缘计算可以有效缓解以及解决这些挑战,边云融合边云协同是以后的趋势。

特别鸣谢
中兴通讯南京研究所的楚俊生先生、林兆骥先生以及中兴通讯上海研究所的张博生先生三人对本文的支持。

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