如何構(gòu)建有效的邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)

物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)被比作生物體的技術(shù)版本，因為它的傳感器可以看到、聽到和感覺到周圍的環(huán)境。就像人類對我們從感官中獲得的信息做出反應(yīng)一樣——比如當(dāng)我們過熱時出汗——物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)則是使用硬件和軟件組件來無縫通信和協(xié)同工作。隨著連接的傳感器和移動設(shè)備數(shù)量的增加，物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)必須不斷發(fā)展?，F(xiàn)在的IT架構(gòu)根本無法與物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備生成的數(shù)據(jù)量競爭，也無法維持傳輸和處理該數(shù)據(jù)所需的處理能力。跟上的唯一方法是將邊緣計算與物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)集成。

邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)將網(wǎng)絡(luò)連接從集中式資源轉(zhuǎn)移到更靠近產(chǎn)生數(shù)據(jù)的設(shè)備的資源、通信和傳統(tǒng)處理，以維持?jǐn)?shù)據(jù)量和速度。向邊緣移動的重點是對整個網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)傳輸進行優(yōu)先級排序和優(yōu)化。

這種類型的架構(gòu)在整個物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)中分配智能，以提高性能、帶寬、效率、可靠性和安全性。

什么是邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)？

邊緣計算是一種分布式IT架構(gòu)，在該架構(gòu)中，數(shù)據(jù)的處理盡可能靠近原始來源。在物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)中，這意味著在更靠近物聯(lián)網(wǎng)硬件的地方處理數(shù)據(jù)，而不是將其發(fā)送到云端或本地數(shù)據(jù)中心進行處理。

邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)涵蓋從系統(tǒng)端點（包括設(shè)備、傳感器、執(zhí)行器和電器）到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)的所有內(nèi)容。所述網(wǎng)關(guān)是通信集線器的網(wǎng)絡(luò)的物聯(lián)網(wǎng)。它為網(wǎng)絡(luò)執(zhí)行關(guān)鍵功能，例如傳感器數(shù)據(jù)聚合、傳感器協(xié)議之間的轉(zhuǎn)換以及網(wǎng)關(guān)將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)到云或本地網(wǎng)絡(luò)之前的傳感器數(shù)據(jù)處理。

鑒于過去幾年物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備部署的爆炸式增長，擁有合適的邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)是高可用性和高功能物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵部分。

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適當(dāng)?shù)倪吘壩锫?lián)網(wǎng)架構(gòu)的重要性

在連接物聯(lián)網(wǎng)的辦公樓環(huán)境中，數(shù)以千計的傳感器監(jiān)控溫度、光線、噪音、空氣質(zhì)量和安全系統(tǒng)。關(guān)鍵系統(tǒng)中的執(zhí)行器響應(yīng)傳感器檢測到的變化，以根據(jù)外部天氣關(guān)閉和打開燈、解鎖安全門或調(diào)整HVAC系統(tǒng)。每個物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和執(zhí)行器可能使用不同的協(xié)議——例如 Wi-Fi、藍牙、串行端口、消息隊列遙測傳輸 (MQTT) 或 Zigbee——來連接到網(wǎng)絡(luò)，并且可能具有不同的管理和安全模型。

一個架構(gòu)良好的邊緣物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)可以處理來自所有設(shè)備的數(shù)據(jù)涌入以及部分?jǐn)?shù)據(jù)處理。但是，某些功能（例如打開安全門）無法等待數(shù)據(jù)從物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備往返到基于云的應(yīng)用程序或數(shù)據(jù)中心所需的時間。其他邊緣設(shè)備——例如不常使用的低功耗控制器——無法分析它們收集的數(shù)據(jù)，因為它們?nèi)狈@樣做的計算能力，而還有一些會生成如此多的數(shù)據(jù)，以至于它不會以其原始形式有價值。

適當(dāng)?shù)倪吘壩锫?lián)網(wǎng)架構(gòu)的好處

實施良好的邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)可減少系統(tǒng)的整體延遲，提高高使用率應(yīng)用程序和設(shè)備的性能。它還減少了物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)與其他服務(wù)或網(wǎng)絡(luò)部分（例如云）之間架構(gòu)集成點的數(shù)據(jù)和通信瓶頸，因此它可以按照員工和客戶今天要求的速度運行。

適當(dāng)?shù)倪吘壩锫?lián)網(wǎng)架構(gòu)還有這些優(yōu)勢：快速高效地部署物聯(lián)網(wǎng)項目；整體降低物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的安全風(fēng)險；在技術(shù)堆棧中水平和垂直擴展物聯(lián)網(wǎng)項目；將機器學(xué)習(xí)和人工智能等更新的處理技術(shù)添加到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)。

邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)需要什么？

設(shè)計和實施邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)取決于多種因素：物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，包括它們的年齡、集成技術(shù)和通信協(xié)議；需要在邊緣部署多少智能；設(shè)備的物理位置；和受邊緣物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備影響的系統(tǒng)。

在基本層面上，邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)——不包括數(shù)據(jù)中心、云和企業(yè)層——將由兩層組成：邊緣設(shè)備和中間服務(wù)器。

邊緣設(shè)備層

設(shè)備層或邊緣是物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的最外層。它由各種硬件組件組成，包括傳感器、設(shè)備和執(zhí)行器。

傳感器監(jiān)控互聯(lián)產(chǎn)品和機器的真實狀態(tài)。雖然大多數(shù)人認(rèn)為它們只是物理對象，但任何收集和傳輸數(shù)據(jù)的東西都可以被視為傳感器——例如，光、溫度和濕度傳感器、GPS 接收器和車載診斷傳感器。

在談?wù)撐锫?lián)網(wǎng)時，人們通常會想到帶有傳感器的硬件設(shè)備來激活和控制它們并傳輸物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。示例包括嵌入在智能汽車和家用電器中的微控制器，以及嵌入在機器人或工業(yè)設(shè)備中的Raspberry Pi 設(shè)備等單板計算機。

執(zhí)行器控制物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的某些內(nèi)容或?qū)δ承﹥?nèi)容做出反應(yīng)。它們可以是影響產(chǎn)品物理狀態(tài)或環(huán)境的硬件或軟件。API 根據(jù)從物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的其余部分收集的數(shù)據(jù)觸發(fā)執(zhí)行器，例如智能燈、遠程控制接入點、電機、機器人和軟件命令。

中間服務(wù)器層

也稱為控制層，物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)的這一層包含物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)和其他促進通信、卸載處理功能和驅(qū)動邊緣操作的服務(wù)器。它是在將數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心或云之前對從邊緣收集的數(shù)據(jù)進行本地預(yù)處理的地方。

數(shù)據(jù)預(yù)處理減輕了帶寬限制并優(yōu)化了轉(zhuǎn)發(fā)到系統(tǒng)其余部分的數(shù)據(jù)量。最大限度地減少傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量會影響網(wǎng)絡(luò)傳輸成本，尤其是在蜂窩網(wǎng)絡(luò)上，從而節(jié)省大量成本。大多數(shù)網(wǎng)關(guān)支持雙向通信并根據(jù)定義的規(guī)則和指南優(yōu)先通信。例如，網(wǎng)關(guān)可以保留所有南向數(shù)據(jù)傳輸，而關(guān)鍵設(shè)備更新包則以另一種方式出現(xiàn)。

此外，它還允許將關(guān)鍵業(yè)務(wù)規(guī)則和過濾器實時應(yīng)用于數(shù)據(jù)。根據(jù)這些過濾器處理、傳輸或存儲數(shù)據(jù)以備后用，使公司能夠更有效地管理數(shù)據(jù)并開發(fā)更有用的見解。