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2020年1月6日 星期一

What is edge computing?



來源:維基百科

邊緣計算是一種分佈式計算範例,它使計算和數據儲存更接近需要的位置,從而縮短了響應時間並節省了頻寬。


邊緣計算的起源是在 1990 年代後期創建的內容交付網路中,該網路用於服務部署在靠近用戶的邊緣伺服器中的 Web 和影像內容。在 2000 年代初期,這些網路演變為在邊緣伺服器上託管應用和應用組件,導致了第一批商業邊緣計算服務,託管了諸如經銷商定位器、購物車、即時數據聚合器, 和廣告插入引擎。現代邊緣計算,透過虛擬化技術大大擴展了該方法,從而使在邊緣伺服器上的部署和運行更加容易。

邊緣計算的定義
邊緣計算的定義是任何類型的一種電腦運算程序,都可以在接近請求的地方提供低延遲。 Karim Arabi 在 IEEE DAC 2014 主題演講中,和隨後在 2015 年的 MIT MTL 研討會上的受邀演講中,將邊緣計算大致定義為雲之外的所有計算,都發生在網路邊緣,尤其是在應用程序中,需要即時處理數據的地方。


在他的定義中,雲端計算在大數據上運行,而邊緣計算在「即時數據」上運行,即時數據是由感測器或使用端生成的即時數據。

根據《邊緣狀態報告》,邊緣計算集中在「最接近最後一英里網路的伺服器」上。 ETSI MEC ISG 標準委員會主席 Alex Reznik 粗略地定義了這個術語:「任何不傳統數據中心可能成為某人的「優勢」。

用於遊戲流媒體的邊緣節點,稱為遊戲小遊戲,通常距離客戶端一兩跳。 Per Anand和Edwin認為,「邊緣節點與行動通信應用客戶端之間的距離大多為一到兩跳,以滿足即時遊戲的響應時間約束」。


邊緣計算的基本概念
網路邊緣的物聯網設備的增加,正在產生大量要計算到數據中心的數據,從而將網路頻寬需求推到了極限。儘管網路技術得到了改進,但數據中心仍不能保證,可接受的傳輸速率和響應時間,這可能是許多應用場合的關鍵要求。

此外,邊緣設備不斷消耗來自雲端的數據,從而迫使公司建立內容交付網路,以分散數據和服務供應,從而充分利用與最終用戶的物理距離。以類似的方式,邊緣計算的目的是將計算從數據中心移到網路邊緣,利用智慧對象、移動電話或網路閘道器(Gateway),代表雲端執行任務並提供服務。

透過將服務移至邊緣,可以提供內容暫存、服務交付、儲存和物聯網管理,從而縮短響應時間,並提高傳輸速率。同時,將邏輯分佈在不同的網路節點中,會帶來新的問題和挑戰。


隱私權與安全性
這種範例的分佈式性質,引入了雲端計算中,使用的安全方案的轉變。 由於數據可能會在最終,到達雲之前透過網路連接的不同分佈式節點之間傳輸,因此不僅應該對數據進行加密,而且應採用不同的加密機制。 

邊緣節點也可能是資源受限的設備,從而限制了安全方法的選擇。 此外,還需要從集中的自上而下的基礎架構,轉變為分散的信任模型。 另一方面,透過將數據保留在邊緣,可以將收集到的數據的所有權,從服務提供商轉移到最終使用者。

可擴展性
分佈式網路中的可伸縮性,必需面對不同的問題。 首先,與更強大的雲端數據中心基礎架構相比,它必須考慮到設備的異構性,這些異構性具有不同的性能和能量約束,高度動態的條件以及連接的可靠性。 

此外,安全性要求可能會在節點之間的通信中引入更多延遲,這可能會減慢縮放過程。


Reliability 可靠性
故障轉移的管理,對於維持服務的壽命非常重要。 如果單個節點發生故障且無法存取訪問,則用戶仍應能夠獲得存取訪問服務,而不會受到干擾。 此外,邊緣計算系統必須提供操作以從故障中恢復,並提醒用戶有關事件。 

為此,每個設備必須維護整個分佈式系統的網路拓撲,以便易於檢測錯誤和進行恢復。其他可能影響此方面的因素,是所使用的連接技術,它可能提供不同級別的可靠性,以及由於特定的環境條件,而在邊緣產生的數據的準確性,可能不可靠。

邊緣計算的應用領域
邊緣計算應用服務,減少了必須移動的數據量,隨之而來的流量,以及數據必須精準控制傳輸的距離。這提供了較低的等待時間,並降低了傳輸成本。如早期研究所示,用於臉部辨識算法等,即時應用的計算分流,顯示出顯著的響應時間改善。


進一步的研究顯示,在行動通訊使用者,附近使用資源豐富的機器(稱為cloudlets)來提供通常在雲端中找到的服務,可以將某些任務,卸載到邊緣節點時縮短執行時間。

另一方面,由於設備和節點之間的傳輸時間,卸載每個任務可能會導致速度降低,因此可以根據工作負載定義最佳配置。

該架構的另一種用途是雲端遊戲,其中遊戲的某些方面,可以在雲端中運行,同時將渲染的影像,傳輸到輕量級客戶端(如行動設備,VR 眼鏡等)。這種類型的流也稱為像素流。常規的雲端遊戲,可能會遭受高延遲和頻寬不足的困擾,因為由於某些服務需要高解析度,因此傳輸的數據量非常大。

其他值得注意的應用,包括聯網的自動駕駛汽車、智慧城市,和家庭自動化系統 ……,幾乎是任何場景,未來都需要這樣的機制。可以這樣說,邊緣計算就是讓嵌入式設備更智慧化,而不是什麼都要倚賴雲端。


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