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边缘计算如何层次化部署?

2017-08-31  来源:中国信息产业网-人民邮电报  作者:王一鸣

智能分层部署

“边缘计算”和“雾计算”的差异,给我们以启示:物联网中的计算能力,具有分层部署的特征。这个特征,不同于互联网中的云计算部署模式,可以从两个维度来讨论。

参考物联网的边缘架构模型

边缘计算联盟ECC针对边缘计算,定义了四个领域:设备域(感知与控制层)、网络域(连接和网络层)、数据域(存储和服务层)、应用域(业务和智能层)。这四个“层域”就是边缘计算的计算对象。

设备域:边缘计算在这一层,可以对感知的信息直接进行计算处理。比如在视频采集、音频采集中直接部署智能鉴别的能力;又或者像手机一样,能够由语音输入直接转换成文字输出。

网络域:通过部署计算能力,实现各网络协议的自动转换,对数据格式进行标准化处理。要解决物理网中数据异构的问题,就需要在网络域中部署边缘计算,以实现数据格式的标准化和数据传递的标准化(例如将所有的感知数据都换算成MQTT类型数据,并通过HTTP方式传递)。同时,网络域的边缘计算,还能对“融合网络”进行智能化管理,实现网络的冗余,保证网络的安全,并可进一步参与网络的优化工作。

数据域:边缘计算,使得数据管理更智能、存储方式更灵活。首先,边缘计算可以对数据的完整性和一致性进行分析,并进行数据清洗工作,消灭系统中的“脏”数据。其次,边缘计算可以对计算和存储能力以及系统负载进行动态地部署。最后,边缘计算还能和云端计算保持高效协同、合理分担运算任务。

应用域:边缘计算提供属地化的业务逻辑和应用智能。它使得应用具有灵便、快速反应的能力,并在离线的情况下(和云端失去联系时),仍能够独立地提供本地化的应用服务。

在物联网贴近用户和应用场景的地方,边缘计算被部署在以上4个层域中。它使得设备具有智能化的感知能力,装配自适应的连接策略和(数字)部署策略,解决系统中的数据异构问题,并提供局部的业务逻辑甚至智能。

参考物联网应用/地域/覆盖范围

从始创的感知数据到终结的云端智能,数据会根据应用的需要而经历多次的汇聚和计算。例如从智慧家庭到智慧城市,海量的数据汇集并非一步到位实现的。此外,数据汇聚的每个阶段中还各有独立的应用和业务,这意味着计算有层级化部署的需要。

智慧城市被分成了四个“物联网(大小)层级”:家、小区、社区、城市(如上图)。这四层各有应用和服务,服务范围和覆盖区域从家到城市逐渐扩大。各层级中有部分应用相对独立,与上下层级无关;而另有一部分应用则会“层层升级”:家庭医生(家)>社区医疗(社区)>医疗卫生(城市)。

从物联网层级的角度来看,云计算和边缘计算的关系,会依据应用来区分:

1、对于各层级独有的业务,只需在对应层级独立部署针对性的计算能力(只需要“云计算”)。

2、对于穿透(关联)多层级的应用,需要从上至下都部署计算能力。下层计算和上层计算的关系就是边缘计算和云计算的关系。“社区医疗-社区”是“家庭医生-家”的“云”,而又是“医疗卫生-城市”的“边缘”。

3、“边缘”和“云”的关系互换:针对单个应用,可能会在(物理网的)上层级部署边缘计算,而在下层级部署云计算。

值得一提的是,某个应用(如社区商城)可能会出现下列情况:应用的核心逻辑和预测分析主要部署在“社区”和“小区”中,针对地区人口的喜好售卖消费商品;应用需要从“城市”层级提取一些外部数据(例如商品的全市平均价格等等);应用在“城市”中没有大量的应用域计算需求。若是如此,那么上层的“城市”对于下层的“社区”、“小区”而言就是“边缘”了。理所当然,该应用在“城市”层域中部署的计算能力就是边缘计算。“关系互换”的情况在工业领域可能会更多。例如工业生产中的质量管理、流程管理。

工厂的质量和流程管理系统通常都部署在生产现场,大量的生产数据就保存在“边缘”的网络中。而要实现智能生产,还需要提取许多和质量、供应链有关的外部信息(用户投诉、产品/零部件返修信息、产品生命周期信息、合作方的质量信息等)。这些信息最终会随着物联网,汇集到“边缘”的质量和流程管理系统中进行质量分析、预测。显然,对于质量和流程管理系统来说,自身以外的互联网和物联网,都是边缘网络。

可以预见,工业生产的“云计算”会更多地部署在物联网的边缘,工业生产现场的附近。

根据应用的需要,计算能力会部署在物联网各个(大小)层级中。不管“计算”部署在哪个层级,若承担了现场指挥的主要职责,就属于边缘计算;若承担了大数据和智能化预测的主要职责,就属于云计算。

随着应用在计算部署上的灵活性不断增加,云计算和边缘计算会走向融合,并越来越难区分。当物联网中充满了随处可取、随处即用的通用计算能力时,“泛在计算”将应势而生。

关键词:云计算 部署 物联网 数据域 MQTT 层级 城市 社区 边缘计算 计算能力