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如何构建有效的边缘物联网架构

人们需要了解边缘物联网架构的组件、组件的作用以及它们之间的紧密联系,这些组件其中包括传感器、执行器、设备和网关。

如何构建有效的边缘物联网架构

人们需要了解边缘物联网架构的组件、组件的作用以及它们之间的紧密联系,这些组件其中包括传感器、执行器、设备和网关。

有人将物联网比作生物实体的一种技术版本,因为通过大量传感器可以看到、听到和感觉到周围的环境。就像人类从其感官获得的信息而做出反应一样(例如在身体过热时出汗),物联网网络使用硬件和软件组件进行无缝通信并协同工作。

随着连接的传感器和移动设备数量的迅速增长,物联网架构必须不断发展。如今的IT架构根本无法跟上物联网设备生成的数据增长,也无法提供传输和处理这些数据所需的处理能力。而解决这一难题的唯一的方法就是将边缘计算与物联网架构相结合。

边缘物联网架构将网络连接从集中式资源转移到更靠近生成数据的设备,在边缘进行通信和数据处理,以维持数据量和连接速度。移动到边缘的重点是改变网络数据传输的优先级并进行优化。

这种架构将会提高物联网的性能、带宽、效率、可靠性和安全性。

什么是边缘物联网架构?

边缘计算是一种分布式IT架构,在这种架构中处理数据时应尽可能靠近原始数据源。而在物联网架构中,意味着要处理更靠近物联网硬件的数据,而不是将其发送到云平台或本地数据中心进行处理。

边缘物联网架构涵盖了从系统端点(包括设备、传感器、执行器和设备)到物联网网关的所有内容。网关是物联网的通信枢纽,它为网络执行关键功能,例如传感器数据聚合、传感器协议之间的转换,以及在网关将数据转发到云平台或本地网络之前的传感器数据处理。

考虑到物联网设备部署量在近几年呈爆炸式增长,拥有合适的物联网架构是具有高可用性和功能更强的物联网网络的关键部分。

边缘物联网架构的重要性

物联网设备将产生大量数据,需要以毫秒为单位来执行进程。根据调研机构Gartner公司的调查,目前约有10%的企业生成数据是在传统数据中心或云平台之外创建和处理的。预计到2025年,这一数字将达到75%。IDC公司也注意到了类似的发展趋势,并预计在2025年全球生成的数据量将增长到175ZB。

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例如在一个部署物联网的办公大楼中,安装了数以千计的传感器监测温度、照明、噪音、空气质量和安全系统。关键系统中的执行器对传感器检测到的变化作出响应,以根据环境变化关闭和打开车灯、解锁安全门或调整空调系统。每个物联网设备和执行器可能使用不同的协议(如Wi-Fi、蓝牙、串行端口、MQTT、Zigbee)连接到网络,并且可能具有不同的管理和安全模型。

架构良好的边缘物联网网络可以处理来自所有设备的数据流入以及部分数据处理。但是,某些功能(例如打开安全门)无法等待数据从物联网设备到基于云计算的应用程序或数据中心的往返时间。其他边缘设备(例如不经常使用的低功耗控制器)无法分析收集到的数据,因为它们缺乏计算能力,而其他设备却会生成大量数据,但原始形式的数据并没有价值。

边缘物联网架构的好处

实施良好的边缘物联网架构可减少系统的整体延迟,从而提高应用程序的使用率和设备的性能。它还可以减少物联网与其他服务或网络部分(例如云平台)之间的架构端点的数据和通信瓶颈,因此它可以按照员工和客户的需求运行。

边缘物联网架构还可以帮助组织:

  • 快速有效地部署物联网项目;
  • 降低整体物联网网络的安全风险;
  • 在技术堆栈中水平和垂直扩展物联网项目;
  • 将新的处理技术(例如机器学习和人工智能)添加到物联网网络。

这并不是说部署的边缘物联网架构适用于每个组织。在没有足够的安全性或IT基础设施策略的情况下实施该技术的组织将难以应对更大的风险。

IT专业人士和技术领导者必须学会在竞争性的业务目标和当今部署的颠覆性技术之间进行权衡。Gartner公司的高级分析师Ross Winser认为,传统的工具和流程正迅速达到极限。他在一篇博客文章中写道,通过让IT专业人士和组织领导者尽早参与物联网架构规划讨论,可以避免不可预见的服务差距带来的级联效应,存在这些差距可能会使组织在应用物联网时面临障碍。

设计和实施边缘物联网架构,需要考虑什么因素?

设计和实施边缘物联网架构取决于许多因素:

  • 物联网设备,包括其工作寿命、集成技术和通信协议;
  • 需要在边缘部署多少智能;
  • 设备的物理位置;
  • 受边缘物联网设备影响的系统。

从根本上讲,边缘物联网架构(这并没有包括数据中心、云计算和企业层)将由以下两层组成:边缘设备层和中间服务器层。

边缘设备层

边缘设备层是物联网架构的最外层。它由各种硬件组件组成,其中包括传感器、设备和执行器。

传感器可以监视连接的产品和机器的真实状态。虽然大多数人认为它们只是物理对象,但是收集和传输数据的任何东西都可以视为传感器——例如,光线传感器、温度传感器、湿度传感器、GPS接收器和以及车载诊断传感器等。

当谈到物联网时,人们通常会想到带有传感器的硬件设备来激活和控制它们并传输物联网数据。例如嵌入智能车辆和家用电器中的微控制器,以及嵌入机器人或工业设备中的单板计算机,如Raspberry Pi设备。

执行器控制或响应物联网系统中的某些事物。它们可以是影响产品或环境物理状态的硬件或软件。API基于从物联网架构的其他部分收集的数据触发执行器,如智能灯具、远程控制接入点、电机、机器人和软件命令。

中间服务器层

物联网架构的这一层也称为控制层,包含物联网网关和其他服务器,这些服务器可促进通信、减轻处理功能并推动边缘操作。这是一个在将边缘设备收集的数据发送到数据中心或云平台之前对其进行本地预处理的地方。

数据预处理可减轻带宽限制,并优化转发到系统其余部分的数据量。最小化传输的数据量会影响网络传输成本,特别是在蜂窝网络中,从而节省大量成本。大多数网关都支持双向通信,并根据已定义的规则和指导原则确定通信的优先级。例如,网关可以保存所有南北向流量的数据传输,而关键设备更新程序包则以其他方式提供。

此外,它允许对数据实时应用关键业务规则和过滤器。基于这些过滤器处理、传输或存储数据以备日后使用,使组织能够更有效地管理数据并提供更有用的见解。

IT基础设施的支柱

边缘计算仍在发展,但它正迅速成为每个组织IT基础设施的支柱之一。部署在边缘设备层上的设备和传感器的数量每天都在增加。IT专业人员必须知道这如何影响他们的整体架构。

考虑到组织对数据的依赖,物联网设备的选择和部署变得至关重要。组织需要找到使用物联网的创新方法,而只有构建良好的基础架构才能适当扩展和支持边缘物联网技术。

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作者: admin

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