邊緣計算：它是什麼？ 好處、風險及更多

邊緣計算是一種分佈式計算框架，它使企業軟件的計算和數據存儲能力更接近用戶或數據源。

邊緣計算的目標是減少用戶和服務器之間的延遲，以及最小化應用程序的帶寬使用。 據估計，到 2025 年，全球將產生 175 Zettabytes 的數據，其中邊緣設備佔總量的一半以上。

邊緣計算不是一種標準化技術，而是一種架構方法，一種進一步優化數據中心和雲系統的方法。

這篇文章著眼於邊緣計算，它對一般互聯網、基礎設施和未來應用程序的開發意味著什麼。

簡史

早期的互聯網很簡單——你設置了一個服務器，訪客就來了。 但是隨著網絡的發展並包含視頻等大量媒體內容，服務器開始過載，帶寬被阻塞，延遲激增。

為了解決這個問題，內容交付網絡不斷發展以提供一種巧妙而實用的解決方案。 您可以按原樣維護您的網站，但外包大量數據（如視頻）的交付。 內容交付網絡存在於多個位置，即使是小型公司也可以更輕鬆、更便宜地優化其網站體驗。

如果用戶訪問這樣一個優化的網站，公司服務器將正常顯示該網頁。 但是，如果頁麵包含大量數據，則其位置將簡單地包含在網頁代碼中，因此頁面可以直接從該位置加載大量數據。

結果是一切加載速度更快，因為瀏覽器從中加載視頻的內容交付網絡比公司的原始服務器更靠近用戶。

邊緣計算是這種方法的進一步發展。 在這裡，隨著互聯網用戶和連接設備產生的數據比以往任何時候都多，計算時間關鍵或不容忍延遲的任務離用戶更近了。

邊緣計算的工作原理

邊緣計算是互聯網用戶與網站數據中心或云之間的一層。 邊緣是比雲數據中心更接近用戶的任何計算基礎設施。 企業應用程序在邊緣自動部署、更新和終止。

作為一項技術，邊緣計算沒有標準，這意味著不同的公司以自己獨特的方式實施它。 但是，實現邊緣計算需要以下功能。

• 雲——您的核心計算系統。 可以是 AWS、Google Cloud 或您自己的私有云之類的服務。
  
• 邊緣節點——這是任何可以執行代碼並通過互聯網連接回雲數據中心的硬件系統。
  
• 管理平台——一個軟件應用程序或操作系統，用於管理所有邊緣節點和雲中的軟件部署和管理。
  
• 自動化——雲和邊緣節點之間的負載平衡。 一個系統，可在需要時在正確的邊緣節點上部署和終止正確的應用程序，而無需人工輸入。 像 Kubernetes 這樣的容器化方法在這裡是贏家。

邊緣計算有兩種實現方式：

1. 雲服務——從谷歌云到 AWS 和 Azure 的主要雲計算平台都具有集成服務，可以輕鬆實施邊緣計算。
   
2. DIY 架構– 在這裡，您必須自己設置硬件和軟件服務器系統。 Red Hat 提供了一個名為 OpenShift 的混合雲操作系統和一個名為 Device Edge 的輕量級版本，非常適合創建邊緣節點。

邊緣計算的好處

在邊緣託管應用程序的能力為各種應用程序帶來了許多好處。 這些好處包括：

1. 延遲減少——邊緣計算節點更靠近邊緣設備意味著更少的延遲（數據從設備傳輸到服務器並返回所需的時間）。
   
2. 提高運營效率——通過利用邊緣較低的延遲並將其與雲的最大計算資源相結合，可以最大限度地提高系統效率。
   
3. 提高可靠性——同時使用核心雲和邊緣節點的系統因此更具彈性和可靠性。
   
4. 降低帶寬成本——不必通過 Internet 將如此多的數據發送到公司的雲數據中心，這意味著根據應用程序可以顯著節省成本。
   
5. 合規性——在用戶所在地處理用戶數據的能力可以幫助公司遵守數據隱私法規。

挑戰與風險

邊緣計算也帶來了挑戰，主要挑戰包括：

1. 更大的攻擊面——分佈在多個節點上的系統為潛在的攻擊創造了更大的攻擊面。 這可以從基礎設施安全到用戶隱私問題。
   
2. 增加的安全挑戰——例如，在多個位置維護基礎設施比必須物理保護單個數據中心帶來更多的安全挑戰。
   
3. 有限的計算能力——典型的邊緣基礎設施提供的計算能力比雲環境少得多，這使得云成為嚴格計算密集型應用程序的第一選擇。

邊緣計算與雲計算

邊緣是雲的一部分。 它是一種在物理上更接近用戶的類似服務，是雲的擴展，通過處理時間緊迫的任務來提高計算效率。

如果沒有云，就不可能擁有邊緣架構。 此外，一旦時間和延遲問題並不重要，雲計算就比邊緣更有優勢。

邊緣計算與人工智能

一些人工智能應用程序，例如安全和 ID 系統，可以從低延遲網絡中受益匪淺。 邊緣計算使直接在生成數據的邊緣設備附近運行機器學習模型成為可能。

優點包括更快的響應時間、更低的帶寬消耗和更高的安全性。 邊緣計算和人工智能是互補的技術，可能會繼續相互加強。

邊緣計算與 5G 網絡

5G 網絡承諾更高的速度和更低的延遲，但從用戶到雲數據中心再回到用戶的平均往返時間為 100-300 毫秒。 這意味著 5G 網絡只能自己提供更高的速度，但不能提供更低的延遲。

為了縮短延遲時間，5G 網絡需要邊緣計算集成來實現 10-20 毫秒的延遲，這會讓它們大放異彩。 只有在這些較低的延遲下，自動駕駛汽車、工業機器和許多其他現實世界的應用才會變得可行。

流行的邊緣設備

邊緣設備在與其物理環境交互或執行其他有用功能的同時在本地收集和處理數據。

以下是可以從邊緣計算架構中受益的流行設備類型：

1. 智能音箱
2. 智能手機
3. 機器人
4. 智能手錶
5. 物聯網 (IoT) 設備
6. 自動駕駛汽車
7. 銷售點 (POS) 系統

邊緣計算應用

廣泛的行業可以從邊緣計算的集成中受益。 這裡有一些：

1. 用於高效發電和配電的智能電網。
2. 滿足居住者需求的智能家居。
3. 具有基礎設施監控、交通和安全應用的智能城市。
4. 具有物聯網傳感器和氣候控制的現代農業系統可提高產量。
5. 城市交通管理。
6. 適用於無人機、汽車和軍事應用的自主導航服務。
7. 遠程資產監控，例如石油和天然氣裝置。
8. 集成工業 4.0 原則的製造工廠。
9. 零售商店和產品倉庫管理。
10. 醫院的病人監護系統。
11. 發動機等高科技產品的預測性維護。
12. 語音和音頻處理應用程序。
13. 機器學習應用。
14. 虛擬和增強現實係統。
15. 改進的安全應用程序。
16. 流媒體和內容交付服務。

基礎設施和服務提供商

根據您想要使用邊緣計算的方式，有不同的服務提供商提供獨特的解決方案。 以下是頂級公司。

• KubeEdge – 邊緣設備的開源容器化解決方案。
• Red Hat OpenShift – 分佈式雲操作系統。
• Alef Private Edge – 即插即用的邊緣即服務產品。
• Azure IoT Edge – Microsoft 的 IoT Edge。
• Google Cloud – 完全託管的雲和邊緣計算即服務。
• ClearBlade – 邊緣計算軟件解決方案。

常見問題 (FAQ)

結論

對邊緣計算及其許多好處和應用的探索已經結束，應該清楚的是，這種做法將繼續存在並且只能繼續增長。

儘管不同的行業可能有不同的需求，但在您的競爭對手之前找到利用邊緣計算的方法可能符合您組織的最大利益。