What is Edge Computing? - Schneider Electric
什麼是邊緣計算？
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Brandon Moser, Manager, Professional Services, Digi InternationalSeptember 09, 2021
物聯網 (IoT) 的發展導致在網路邊緣收集的數據量也相應成長。反過來，管理該數據量的需求推動了邊緣運算用例的快速成長。
簡而言之，邊緣運算是在盡可能接近物聯網設備監控的過程，或事物的情況下進行的處理。邊緣運算可以由直接連接到感測器的設備、傳輸數據的路由器，或 Gateway 或現場佈署在壁櫥或外殼中的小型伺服器安裝來執行。
在物聯網擴張的早期，連接設備的數量相對較少，這意味著組織有能力將所有物聯網數據，發送到雲端或企業數據中心進行處理、分析和儲存。但是，最近幾乎所有行業中連接設備的激增，以及它們收集的數據量穩步增加，使這種方法變得不切實際。因此需要邊緣運算。
我們曾多次在 Digi 博客中討論過邊緣運算。我們提供了邊緣運算定義，並概述了其在節省組織頻寬、時間和金錢方面的業務優勢。在本文中，我們將研究邊緣運算示例，以及它們如何應對網路邊緣，對設備和數據優化日益成長的需求。但首先，讓我們回顧一下推動其成長的一些因素。
邊緣運算成長的關鍵驅動力
除了連接設備數量的增加外，邊緣運算的結果還有三個關鍵因素：
延遲 —— 對於那些時間敏感的應用，被監控的需要近乎即時的響應，延遲接近於零在這些情況下，尋找於在這些情況下，或數據中心的數據雲過程是不實際的。
—— 傳輸頻寬的物理限制和大量數據的成本，使運算得出一種目的的替代方案。
終結 —— 網路擁塞可能會中斷數據流，在銷售點系統等中導致無法接受的中斷。
平均標準，物聯網感測器收集的最重要的監控數據是「心跳」數據，這只是保證系統運行正常。不需要將這些數據傳輸到雲或遠端企業數據中心。透過網路過濾掉這塊各種不同的數據數據，靠近收集數據的實體位置，運算設備可以減少需要傳輸的數據量，時間並明顯減少延遲。
邊緣運算用例的以及可以在邊界執行各種處理的智慧設備的數量都在數量成長。人工智慧和機器學習能力的成長規模擴大運算用例的範圍。
邊緣運算示例
邊緣運算的示例可以在各種應用和行業中找到。 不同的邊緣運算用例之間，也有相當多的重疊。 例如，自動駕駛汽車中的邊緣運算功能，與交通管理應用中的邊緣運算功能密切相關。
以下是一些最有前途的邊緣運算示例。
自動駕駛汽車、電動汽車和充電站
為了安全運行，自動駕駛汽車需要即時收集和處理有關其位置、方向、速度、交通狀況等的數據。這涉及足夠的車載運算能力，使每輛自動駕駛汽車實際上，都有自己的網路邊緣。邊緣運算設備可以從車輛感器測和攝影機收集數據，在幾毫秒內對其進行處理並做出決策，幾乎沒有延遲。出於明顯的安全原因，這種即時決策是自動駕駛汽車的必要條件。
車道偏離警告和自助停車應用等，邊緣運算功能已經廣泛可用。隨著車輛與其環境交互的能力變得越來越普遍，對快速響應網絡的需求也將越來越大。自動駕駛汽車將與其他聯網車輛、交通管理系統、路邊單位和行人在繁忙的街道和十字路口協同運行。
電動汽車需要持續監控，並且可以使用邊緣運算來管理數據，以支持預測性維護。電動汽車電池必須受到監控，因為它們的壽命取決於司機的個人習慣、他們旅行地區的擁堵情況，以及充電頻率。邊緣運算支持數據聚合，以報告可操作的數據，以用於性能和維護。
在電動汽車充電站中，邊緣運算可以支持對一系列使用，和可用性指標的即時監控和數據聚合，以支持充電站的優化，和未來充電站的佈局規劃。
5G 和聯網車輛技術，或「V2X」（車輛對任何事物）通信成熟。
今天高度複雜的系統，如紐約市的交通管理系統，可以調整交通信號的時間，管理額外車道的打開和關閉，確保在公共緊急情況下，可以繼續通信，並採取其他即時行動 以提高安全性和便利性。 如上所述，智慧交通管理系統，將在採用接近零延遲的自動駕駛汽車方面發揮關鍵作用。
公共交通系統
在公共交通應用中，安裝在公車、客運鐵路系統和輔助公交輛中的邊緣運算系統，可以聚合和發送僅支持車載流程，和調度員洞察所需的數據。
例如，為了駕駛員和乘客的安全，必須將不同類型的數據發送到乘客資訊系統、車隊監控和追踪系統，以及車輛和車站的智慧監控。有關到達時間或延誤的資訊，或其他時間敏感資訊，可以透過數位看板或行動應用 app 傳播給乘客。
智慧城市、清潔能源和綠色技術
綠色科技運動正在興起。城市和智慧電網系統，可以使用邊緣運算設備，來監控公共建築和設施，以提高照明、供暖、清潔能源等方面的效率。例如：
智慧照明控制，使用邊緣運算設備來控制單個燈或燈組，以最大限度地提高效率，同時確保公共場所的安全。
太陽能場使用嵌入式邊緣運算設備，來感知天氣變化、調整定位，並報告電池使用等指標。
風電場使用邊緣運算連接到蜂窩塔，並使用蜂窩路由器和交換機將傳感測器數據路由到變電站
醫療保健和醫療應用
醫療保健和醫療行業從感測器、監視器、可穿戴設備和其他設備收集患者數據，為醫療保健專業人員提供準確、即時的患者狀況洞察。
邊緣運算解決方案可以將該資訊提供給儀表板，以獲得重要指標的完整、一目了然的視圖。
配備人工智慧 (AI) 和機器學習的邊緣運算解決方案，可以辨識異常數據，以便醫療專業人員能夠以最少的誤報即時響應健康需求。
邊緣運算也可用於機器人輔助手術，其中接近零延遲是必不可少的。 此外，透過在本地處理數據，邊緣運算設備可以幫助解決數據隱私和患者保密問題。
零售應用
零售應用從 POS 系統、商品庫存操作、安控影像和其他業務活動中，生成大量數據。 邊緣運算可以幫助分析，這些多樣化的數據，並確定需要立即關注的問題，以及長期的銷售趨勢和商機，例如最有效的店內促銷和特定商店位置的最佳產品配置。
邊緣運算還提供了在本地處理客戶資訊的方法，而數據不會離開客戶居住的地理區域，這是一個日益受到關注的問題，因為它與歐盟的 GDPR 要求等隱私法規有關。
工業過程監控和預測性維護
工業應用中的感測器和物聯網設備，例如水和廢水管理、石油和天然氣以及加工廠，可以跟踪各種指標，並監控機器的性能。例如，邊緣運算架構可以支持高度複雜的 SCADA（監控和數據採集）系統之間的高效通信，以管理來自感測器和 PLC（可程式邏輯控制器）的大量數據。
Digi Remote Manager® —— Digi 的遠端物聯網設備管理平台 —— 是許多此類操作的關鍵組件。 SCADA 系統經常透過 Microsoft Azure、Amazon Web Services 和 Google Cloud 等雲端平台，與關鍵商業智慧應用整合，而 Digi Remote Manager 促進了這種整合，確保將所有數據傳送到正確的應用。
此外，邊緣運算功能支持故障檢測，和預測性維護的管理。預測機器或組件，何時會發生故障，允許工廠操作員在故障發生之前，進行維護或更換零件，從而節省因生產力損失而造成的成本。
如果感測器檢測到故障或指示，即將發生故障的情況，邊緣運算設備可以觸發執行器立即採取糾正措施，例如，調整流體的流速或修改工業機器人的運動。採取行動後，可以將結果報告給雲端，以進行通知或採取進一步行動。邊緣運算加上雲端運算，使機器和物聯網感測器之間的通信成為可能，以提高品質控制。
在石油和天然氣行業，邊緣運算促進的即時響應，可以防止小問題變成災難性故障。石油和天然氣工廠通常位於偏遠地區，邊緣運算可以在設施附近進行分析處理，這意味著對數據中心連接品質的依賴較小，但將邊緣運算與雲端連接起來，允許遠端團隊監控大型站點的數量。
製造業
工業物聯網在製造工廠中，增加了數百萬個連接設備，以收集有關生產線性能和成品品質的數據。 邊緣運算的低延遲，可以立即響應裝配線上的問題，有助於推動品質和效率的提高，同時減少對人工監督的需求。
製造業中的另一個邊緣運算用例是品質保證。 使用機器人的全自動裝配線，依靠邊緣緣算解決方案，以及人工智慧和機器學習，來辨識生產錯誤，並提高產品品質。
農業
使用精準農業技術的農民，可以使用邊緣運算來追踪生長條件，例如溫度、濕度、土壤濕度水準、養分水準和其他指標，以指導有關澆水、施肥和其他活動的決策。邊緣運算不僅適用於大面積的農田，而且適用於溫室和水培種植設施，在這些設施中，感測器使操作員，能夠精確追踪輸入。
水產養殖（養魚）是另一個，現場數據處理非常重要的行業。 精確監測複雜的環境變量，對於確保魚類的健康，以及適當的餵養和自動化非常重要，可以消除這些過程中的猜測，從而提高活力和生長，同時降低成本。 請參閱 bioFeeder 案例研究。
安全和工人安全
邊緣運算可以利用來自現場攝影機、員工安全設備和感測器的數據，來幫助企業防止未經授權的對現場的實體訪問，並監督工作場所條件，以確保員工遵守既定的安全政策。這對於在危險或偏遠地區工作的工作場所尤其重要，例如在建築工地或海上石油平台上。
邊緣運算設備可以與影像監控，和生物特徵掃描結合使用，以確保只有經過授權的個人，才能進入限制區域。監控系統可以受益於邊緣運算的低延遲和可靠性，因為通常需要在幾秒鐘內響應安全威脅。邊緣運算還顯著降低了影像監控的頻寬成本，因為絕大多數監控畫面不需要響應。查看案例研究。
邊緣運算解決方案
有兩大類用戶需要邊緣運算技術：
需要直接連接，以將設備連接到物聯網網路，並快速建立邊緣運算功能，以實現最佳系統性能和數據管理的網路管理員和系統整合商。
設計和建構具有嵌入式邊緣運算功能的產品的開發人員，和原始設備製造商 (OEM)，需要可編程開發模組、無線電和 Gateway 來支持快速開發和快速上市。
Digi 提供的邊緣運算解決方案，可以滿足兩類用戶的需求。
面向網路管理員和系統整合商的 Digi 邊緣運算解決方案
邊緣運算用例。 Digi 路由器還可以過濾和壓縮數據，以最小化頻寬需求。
Digi TX64 5G 蜂窩路由器提供快速的上行鏈路速度，使其成為公共交通、交通和行動環境中，要求嚴苛的應用的理想選擇。Digi TX64 5G 提供真正的企業級路由、安全性和防火牆 —— 為 5G 覆蓋範圍有限的區域，提供整合 VPN 和可靠的 4G 故障轉移。
企業級 Digi EX50 5G 蜂窩路由器在各種室內邊緣運算用例中，提供可靠的主要或備份連接，並具有擴展的工作溫度範圍，可佈署在智慧工廠、倉庫、建築工地或基礎設施棚中。
Digi IX20 蜂窩路由器是工業基礎設施、數位看板、零售亭等邊緣運算應用的多功能選擇，其工業級組件能夠承受，許多工業環境中的惡劣環境條件。
Digi Connect® Sensor+ 連接佈署在任何工業環境中的感測器，以收集和傳輸感測器讀數，並路由關鍵數據，以獲得洞察力和自動化，例如在達到預定義閾值時操作開關，以關閉管道中的閥門。這種觸發功能使 Digi Connect Sensor，成為邊緣環境的熱門選擇。
A佈署和優化具有邊緣運算的網路，不可或缺的工具是 Digi Remote Manager®，這是一個集中管理和控制平台，讓用戶可以從他們的台式機、平板電腦或智慧手機上編輯設備配置、更新韌體、安排和自動執行任務。
Digi Remote Manager 支持對整個分佈式 IoT 設備網路進行遠端管理，無論你的設備是市政交通系統中的行動路由器，還是建築工地或 SCADA 系統中的工業設備。 使用 Digi 遠端管理器，你可以一次配置任意數量的設備、密切關注整個網路、獲取警報、自動化安全監控，並輕鬆建立邊緣運算功能。
面向 OEM 的 Digi 邊緣運算解決方案
Digi 系統級模組 (SOM)，例如 Digi ConnectCore® 8X，提供多個處理單元，能夠在網路邊緣執行 AI 和機器視覺任務。
例如，機器視覺解決方案可以為工業中的自動檢測、過程控制和機器人引導等應用執行，基於圖像的分析。
Digi XBee® 嵌入式設備可透過編程在邊緣執行各種功能。這些緊湊的嵌入式調製解調器，可以定期讀取數據，並在達到特定閾值時啟動操作。 MicroPython 可編程性還使開發人員，能夠控制邊緣運算設備的功能。
Digi EX15 物聯網 Gateway 是一體化解決方案。這些設備執行 Gateway 功能，包括聚合數據，將其從類比格式轉換為數位格式，並在透過網路傳輸之前，對其進行加密，並且還充當蜂窩路由器，在任何地方提供安全、持久的連接。
當然，安全性是邊緣的關鍵考慮因素，因為它無處不在。 Digi TrustFence® 的可擴展性和內置功能為所有 Digi 嵌入式解決方案，提供了強大的邊緣運算佈署安全優勢。
邊緣計算的設計、開發和佈署服務
對於需要透過額外的工程，或佈署資源來增強能力的人，Digi 提供支持服務。
Digi Wireless Design Services 提供設計諮詢、產品開發、集成板支持包、認證協助和其他上市支持。
Digi 專業服務可以支持組織，實施幾乎任何邊緣運算用例，從 Python 編碼和 BASH 腳本，到設備配置和現場佈署服務。
Digi 如何幫助你
我們分享的邊緣運算示例，展示了這種成長趨勢的廣度，及其支持的許多垂直行業。我們的邊緣運算解決方案正在幫助組織、工業機構和智慧城市，從他們的物聯網佈署中，獲得更好的性能和效率。 Digi 隨時準備在邊緣運算規劃的任何方面，為你提供幫助，從定義策略到編程邊緣智慧，再到建構你的解決方案。
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