最近,有越來越多的公司開始使用跨多個站點和網路的分布式基礎設施,以實現雲計算體系結構的簡化管理和靈活性。各企業機構目前普遍有乙個新的需求,即跨廣域網使用雲功能,並在網路邊緣進行微小化部署。儘管這樣的運營模式還處於早期階段,但許多新出現的用例和場景將從這樣的分布式基礎設施中受益。
這樣的分布式雲計算被形象地稱為邊緣計算(edge computing)。
隨著萬物互聯時代的到來和無線網路的不斷發展,網路邊緣的裝置數量和產生的資料都快速增長。根據idc**,到2023年全球資料總量將大於40zb,而iot產生資料的45%都將在網路邊緣處理。以雲計算模型為核心的集中式處理模式將無法高效處理邊緣裝置產生的資料,集中式處理模型將所有資料通過網路傳輸到雲計算中心,利用雲計算中心超強的計算能力來集中式解決計算和儲存問題,但在萬物互聯的背景下,傳統的集中式雲計算顯示了其不足,包括:
傳統雲計算模型在應對實時性要求極高的萬物互聯場景應用會產生系統延遲的問題。例如在無人駕駛汽車場景下,汽車需要精確到毫秒級別的反應時間,一旦出現延遲則有可能釀成涉及人身財產安全的嚴重後果。
邊緣裝置實時產生大量資料,這樣龐大的資料集傳至集中式的資料中心,將會造成巨大的網路頻寬壓力。
資料中心消耗極多能源,根據sverdlik的研究,到2023年美國所有資料中心能耗將增長4%,達到730億千瓦時,我國資料中心所消耗的電能也已經超過了匈牙利和希臘兩國用電總和。隨著使用者應用程式越來越多,處理的資料量越來越大, 能耗將會成為限制雲計算中心發展的瓶頸。
萬物互聯中的資料與使用者生活聯絡密切相關,智慧型終端裝置如室內智慧型網路攝像頭,將資料傳輸到雲端會增加洩露使用者隱私的風險。
為了解決以上問題,面向邊緣裝置所產生海量資料計算的邊緣計算模型應運而生。
在維基百科中,邊緣計算指的是一種分布式運算的架構,即將應用程式、資料資料與服務的運算,由網路中心節點,移往網路邏輯上的邊緣節點來處理。它允許在資料來源處進行資料的收集和分析,這一過程需要利用並不保證持續連線到網路的資源,如膝上型電腦、智慧型手機、平板電腦和感測器等。
gartner認為,邊緣計算描述的是一種計算拓撲。在這一拓撲結構中,資訊處理、內容收集和資料的傳遞和儲存均在更靠近此資料資訊源(生產者)和接收器(使用者)的地點位置進行。「邊緣」本身指的是物理世界中的感測器、控制器等與數字世界的閘道器、本地處理、資料細化等進行互動之處。
配圖**自gartner
openstack認為,邊緣計算中的「邊緣」是指行政領域中盡可能靠近離散資料來源或終端使用者的郊區地帶。這一概念適用於電信網路、具有分布式「店面」(如零售)的大型企業、其他應用,特別是在物聯網環境中。
配圖**自openstack
隨著邊緣計算能力的不斷提高和完善,一種適應新需求的計算正規化已經出現,它不再受構建集中資料中心需求的約束。相反,對於某些應用程式,邊緣計算正在以結合虛擬化和雲計算過往經驗的基礎上,創造出具有潛在數千個的、大規模的、分布式節點的能力,這些節點可以應用於多個領域的不同場景,例如目前備受關注的工業物聯網,或者是用於遠端監測網路,如跟蹤數千數百萬個地點的水資源實時使用情況。
邊緣計算的概念必須涵蓋邊緣站點(如計算、網路和儲存基礎設施)以及在其上執行的應用(工作量)。邊緣計算環境中的任何應用都可能運用到由雲計算、塊儲存、物件儲存、虛擬網路、裸機或容器提供的任一或所有功能。
根據openstack,邊緣計算能力體現(但不僅限於)在以下方面:
1、跨不同基礎設施間的一致操作模式
2、在全球範圍內數千個地點的大規模分布環境中的執行能力
3、為位於全球偏遠地點的客戶提供網路服務
4、滿足應用程式整合、協調和服務的交付要求
5、打破硬體限制,降低成本
6、實現有限或間歇性網路連線
7、可處理具有嚴格低延遲要求的應用程式(ar/vr、語音等)
8、實現地理圍欄,保證敏感隱私資料僅留在本地
配圖來自istock
邊緣計算類似於中心化雲計算(即資料中心),表現在:
1、包括計算、儲存和網路資源
2、其資源可由使用者和應用共享
3、從資源池的虛擬化和抽象化受益
4、其發展得益於商品硬體的支援
5、使用api來支援互操作性
同時,邊緣計算存在有別於大型的資料中心的不同之處,包括:
1、由於邊緣計算部署的邊緣站點盡可能靠近終端使用者,有效改善了高延遲和連線不穩定的問題
2、邊緣計算可能需要使用專門的硬體,比如用於ar/vr功能的gpu/fpga平台
3、可以實現邊緣站點的大量擴充套件,將部署的邊緣裝置分布在相比於傳統大型資料中心而言更多的、不同的位置
4、掌握邊緣站點的具體位置及識別訪問鏈結在何處終止十分重要,乙個需要靠近使用者進行執行的應用需要在正確的邊緣部位方可正常執行
5、在邊緣計算架構中,整個**池可被認為是動態的。由於其物理分離屬性,在某些情況下,邊緣站點將通過廣域網進行相互連線和核心連線。邊緣站點會隨著時間加入或斷開與網路池的連線
6、邊緣站點是遠端且無人操作的,這就需要有支援對站點進行間歇性網路訪問的相應工具實現遠端管理
7、邊緣站點支援從大至資料中心,小至單個裝置的不同站點數量和規模
8、邊緣站點可能受到空間或電源要求等的資源限制,或向現有站點新增容量時也可能受到限制
9、一些用例需要大規模的多租戶
10、可能需要將邊緣計算與資料中心雲隔離,以確保「外部雲」域不會影響服務。
邊緣計算整合了資料採集、處理、執行三大能力,避免了資料上傳下達所產生的時延弊端,提公升了本地物聯網裝置的處理能力和響應速度。
在網路邊緣處理大量臨時資料,不再全部上傳雲端,這極大地減輕了網路頻寬和資料中心功耗的壓力
邊緣計算將使用者隱私資料不再上傳,而是儲存在網路邊緣裝置上,減少了網路資料洩露的風險,保護了使用者資料安全和隱私。
基於安全的資料才會有可靠的業務,邊緣計算本身不把資料傳向雲端,在廣域網發生故障的情況下,也能夠實現局域範圍內的資料服務,進而實現本地業務的可靠執行。
我們知道,未來會有一半以上的資料在其源頭進行處理,也會有諸如工業製造、智慧型汽車、智慧型家居等多樣的應用場景。使用者可以根據自己的業務需求自定義物聯網應用,這就好比我們在安裝office過程中會有多種的安裝選項。
隨著感測器**和計算成本的持續下降,更多的「東西」將被連線到網際網路,這為邊緣計算提供更紮實的硬體裝置支援。而隨著邊緣計算更多地被採用,企業將有更多的機會在各個領域測試和部署邊緣計算技術。
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