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【51CTO.com快譯】人們需要了解邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構的組件、組件的作用以及它們之間的緊密聯(lián)系，這些組件其中包括傳感器、執(zhí)行器、設備和網(wǎng)關。

有人將物聯(lián)網(wǎng)比作生物實體的一種技術版本，因為通過大量傳感器可以看到、聽到和感覺到周圍的環(huán)境。就像人類從其感官獲得的信息而做出反應一樣(例如在身體過熱時出汗)，物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡使用硬件和軟件組件進行無縫通信并協(xié)同工作。

隨著連接的傳感器和移動設備數(shù)量的迅速增長，物聯(lián)網(wǎng)架構必須不斷發(fā)展。如今的IT架構根本無法跟上物聯(lián)網(wǎng)設備生成的數(shù)據(jù)增長，也無法提供傳輸和處理這些數(shù)據(jù)所需的處理能力。而解決這一難題的唯一的方法就是將邊緣計算與物聯(lián)網(wǎng)架構相結合。

邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構將網(wǎng)絡連接從集中式資源轉移到更靠近生成數(shù)據(jù)的設備，在邊緣進行通信和數(shù)據(jù)處理，以維持數(shù)據(jù)量和連接速度。移動到邊緣的重點是改變網(wǎng)絡數(shù)據(jù)傳輸?shù)膬?yōu)先級并進行優(yōu)化。

這種架構將會提高物聯(lián)網(wǎng)的性能、帶寬、效率、可靠性和安全性。

什么是邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構?

邊緣計算是一種分布式IT架構，在這種架構中處理數(shù)據(jù)時應盡可能靠近原始數(shù)據(jù)源。而在物聯(lián)網(wǎng)架構中，意味著要處理更靠近物聯(lián)網(wǎng)硬件的數(shù)據(jù)，而不是將其發(fā)送到云平臺或本地數(shù)據(jù)中心進行處理。

邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構涵蓋了從系統(tǒng)端點(包括設備、傳感器、執(zhí)行器和設備)到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關的所有內(nèi)容。網(wǎng)關是物聯(lián)網(wǎng)的通信樞紐，它為網(wǎng)絡執(zhí)行關鍵功能，例如傳感器數(shù)據(jù)聚合、傳感器協(xié)議之間的轉換，以及在網(wǎng)關將數(shù)據(jù)轉發(fā)到云平臺或本地網(wǎng)絡之前的傳感器數(shù)據(jù)處理。

考慮到物聯(lián)網(wǎng)設備部署量在近幾年呈爆炸式增長，擁有合適的物聯(lián)網(wǎng)架構是具有高可用性和功能更強的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的關鍵部分。

邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構的重要性

物聯(lián)網(wǎng)設備將產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，需要以毫秒為單位來執(zhí)行進程。根據(jù)調(diào)研機構Gartner公司的調(diào)查，目前約有10%的企業(yè)生成數(shù)據(jù)是在傳統(tǒng)數(shù)據(jù)中心或云平臺之外創(chuàng)建和處理的。預計到2025年，這一數(shù)字將達到75%。IDC公司也注意到了類似的發(fā)展趨勢，并預計在2025年全球生成的數(shù)據(jù)量將增長到175ZB。

例如在一個部署物聯(lián)網(wǎng)的辦公大樓中，安裝了數(shù)以千計的傳感器監(jiān)測溫度、照明、噪音、空氣質量和安全系統(tǒng)。關鍵系統(tǒng)中的執(zhí)行器對傳感器檢測到的變化作出響應，以根據(jù)環(huán)境變化關閉和打開車燈、解鎖安全門或調(diào)整空調(diào)系統(tǒng)。每個物聯(lián)網(wǎng)設備和執(zhí)行器可能使用不同的協(xié)議(如Wi-Fi、藍牙、串行端口、MQTT、Zigbee)連接到網(wǎng)絡，并且可能具有不同的管理和安全模型。

架構良好的邊緣物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡可以處理來自所有設備的數(shù)據(jù)流入以及部分數(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)設備到基于云計算的應用程序或數(shù)據(jù)中心的往返時間。其他邊緣設備(例如不經(jīng)常使用的低功耗控制器)無法分析收集到的數(shù)據(jù)，因為它們?nèi)狈τ嬎隳芰?，而其他設備卻會生成大量數(shù)據(jù)，但原始形式的數(shù)據(jù)并沒有價值。

邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構的好處

實施良好的邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構可減少系統(tǒng)的整體延遲，從而提高應用程序的使用率和設備的性能。它還可以減少物聯(lián)網(wǎng)與其他服務或網(wǎng)絡部分(例如云平臺)之間的架構端點的數(shù)據(jù)和通信瓶頸，因此它可以按照員工和客戶的需求運行。

邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構還可以幫助組織：

• 快速有效地部署物聯(lián)網(wǎng)項目;
• 降低整體物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡的安全風險;
• 在技術堆棧中水平和垂直擴展物聯(lián)網(wǎng)項目;
• 將新的處理技術(例如機器學習和人工智能)添加到物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡。

這并不是說部署的邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構適用于每個組織。在沒有足夠的安全性或IT基礎設施策略的情況下實施該技術的組織將難以應對更大的風險。

IT專業(yè)人士和技術領導者必須學會在競爭性的業(yè)務目標和當今部署的顛覆性技術之間進行權衡。Gartner公司的高級分析師Ross Winser認為，傳統(tǒng)的工具和流程正迅速達到極限。他在一篇博客文章中寫道，通過讓IT專業(yè)人士和組織領導者盡早參與物聯(lián)網(wǎng)架構規(guī)劃討論，可以避免不可預見的服務差距帶來的級聯(lián)效應，存在這些差距可能會使組織在應用物聯(lián)網(wǎng)時面臨障礙。

設計和實施邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構，需要考慮什么因素?

設計和實施邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構取決于許多因素：

• 物聯(lián)網(wǎng)設備，包括其工作壽命、集成技術和通信協(xié)議;
• 需要在邊緣部署多少智能;
• 設備的物理位置;
• 受邊緣物聯(lián)網(wǎng)設備影響的系統(tǒng)。

從根本上講，邊緣物聯(lián)網(wǎng)架構(這并沒有包括數(shù)據(jù)中心、云計算和企業(yè)層)將由以下兩層組成：邊緣設備層和中間服務器層。

邊緣設備層

邊緣設備層是物聯(lián)網(wǎng)架構的最外層。它由各種硬件組件組成，其中包括傳感器、設備和執(zhí)行器。

傳感器可以監(jiān)視連接的產(chǎn)品和機器的真實狀態(tài)。雖然大多數(shù)人認為它們只是物理對象，但是收集和傳輸數(shù)據(jù)的任何東西都可以視為傳感器——例如，光線傳感器、溫度傳感器、濕度傳感器、GPS接收器和以及車載診斷傳感器等。

當談到物聯(lián)網(wǎng)時，人們通常會想到帶有傳感器的硬件設備來激活和控制它們并傳輸物聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)。例如嵌入智能車輛和家用電器中的微控制器，以及嵌入機器人或工業(yè)設備中的單板計算機，如Raspberry Pi設備。

執(zhí)行器控制或響應物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)中的某些事物。它們可以是影響產(chǎn)品或環(huán)境物理狀態(tài)的硬件或軟件。API基于從物聯(lián)網(wǎng)架構的其他部分收集的數(shù)據(jù)觸發(fā)執(zhí)行器，如智能燈具、遠程控制接入點、電機、機器人和軟件命令。

中間服務器層

物聯(lián)網(wǎng)架構的這一層也稱為控制層，包含物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關和其他服務器，這些服務器可促進通信、減輕處理功能并推動邊緣操作。這是一個在將邊緣設備收集的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)中心或云平臺之前對其進行本地預處理的地方。

數(shù)據(jù)預處理可減輕帶寬限制，并優(yōu)化轉發(fā)到系統(tǒng)其余部分的數(shù)據(jù)量。最小化傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量會影響網(wǎng)絡傳輸成本，特別是在蜂窩網(wǎng)絡中，從而節(jié)省大量成本。大多數(shù)網(wǎng)關都支持雙向通信，并根據(jù)已定義的規(guī)則和指導原則確定通信的優(yōu)先級。例如，網(wǎng)關可以保存所有南北向流量的數(shù)據(jù)傳輸，而關鍵設備更新程序包則以其他方式提供。

此外，它允許對數(shù)據(jù)實時應用關鍵業(yè)務規(guī)則和過濾器?；谶@些過濾器處理、傳輸或存儲數(shù)據(jù)以備日后使用，使組織能夠更有效地管理數(shù)據(jù)并提供更有用的見解。

IT基礎設施的支柱

邊緣計算仍在發(fā)展，但它正迅速成為每個組織IT基礎設施的支柱之一。部署在邊緣設備層上的設備和傳感器的數(shù)量每天都在增加。IT專業(yè)人員必須知道這如何影響他們的整體架構。

考慮到組織對數(shù)據(jù)的依賴，物聯(lián)網(wǎng)設備的選擇和部署變得至關重要。組織需要找到使用物聯(lián)網(wǎng)的創(chuàng)新方法，而只有構建良好的基礎架構才能適當擴展和支持邊緣物聯(lián)網(wǎng)技術。

原文標題：How to build an effective edge IoT architecture，作者：Julia Borgini

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