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边缘计算+SDN:为物联网插上翅膀

时间:2023-03-20 23:31:56 科技观察

无论是大探索时代还是互联网时代,世界因连接而改变。当前,一个更大的连接浪潮正在席卷而来——物联网,它将世界各地的物体、IT系统和人有机地连接起来。通过数据采集、分析、预测和优化技术,实现物理世界和数字世界的融合,从包括人类自身在内的更大范围感知、管理、控制和优化物理世界。人类的生活方式和工作方式将彻底改变。出租车不再需要司机,新闻写作不再需要记者,健康监测不再需要医生……各行各业也将发生翻天覆地的变化。预防性维护服务已经得到应用,大规模定制将很快成为现实。电梯将不再“吃人”,路灯将变得更加节能和人性化,几乎所有行业都将因为物联网获得数字化转型的机会。新的商业模式和商业机会将随之而来。为此,各国政府制定了相应的战略。美国提出“工业互联网”,德国提出“工业4.0”,中国提出“中国制造2025”,其他主要国家也纷纷布局物联网,希望在新时代。在国与国的回合较量中抢占先机。边缘计算赋能物联网产业落地物联网其实不是传统意义上的网络,而是一个技术体系,通常分为传感器控制层、网络层、平台层和应用层四层。传感器控制层是感知和控制的触角,网络层主要返回数据,平台层通常管理连接、数据和运维,应用层进行数据分析和相关应用控制。平台层和应用层都位于数据中心。人们普遍认为,管理、分析、控制和数据处理应该集中在数据中心进行,而网络层是数据返回管道。然而,许多行业应用对实时性、可靠性和安全性有严格的要求。一些行业应用受限于接入带宽和成本,需要对上传到数据中心的流量进行聚合和预处理。或者数据源头的网络边缘需要一个集连接、计算、存储、应用安装能力为一体的开放平台,即边缘计算平台。考虑到它的位置,它通常在物联网网关上实现。例如,华为的AR系列敏捷物联网网关已经具备了边缘计算能力。那么,边缘计算会给物联网带来什么价值呢?业务实时性在生产控制等对实时性要求较高的领域,业务控制时延必须小于10毫秒甚至更低;在自动驾驶领域,控制延迟也必须在几毫秒以内。如果控件放在云端,将无法满足上述延迟要求。因此,需要将一些分析和控制功能放在网络的边缘,以满足业务的实时性要求。数据适配和聚合目前,传感器端存在大量专有的通信技术和协议。这种多样性和异质性不仅存在于特定行业,也存在于不同行业之间。“七国八制”的现状和异构性大大增加了现场数据集成的难度和成本,因此有必要对网络边缘的传感器端协议和标准进行适配和统一。据IDC统计,未来79%的物联网流量将通过网关接入。如果这些流量全部送到数据中心处理,数据中心的计算、存储、广域带宽的成本都会急剧增加。此外,并非所有数据都有价值。例如在温度异常监测中,不需要将采集到的所有温度信息都上传,只上传异常数据即可达到目的;所有人脸图像数据都上传到数据中心,只提供人脸图像的特征值。因此,网络边缘的协议适配和数据预分析聚合就显得尤为重要。可靠性可靠性是系统提供服务的基石,单点故障在很多行业场景中普遍是不可接受的。因此,大量关键操作不能依赖云端,现场生产系统需要保持一定的自主性和自主性。对于一些特定的应用场景,比如制造业的控制系统,可以通过边缘的分布式智能和自治系统的协同来保证整个系统的本地生存能力,而不是依赖集中式智能;又如路灯物联网系统,即使广域网出现故障,路灯也必须具备本地基础控制能力,以保证行人通行安全。安全对于更多的工业系统,尤其是生产系统来说,接入网的安全就显得尤为重要,安全已经成为物联网领域最触动人心的问题。连接传感器层和数据平台层的网络部分往往是安全的薄弱环节,传感器层通常受计算资源、电源和成本的限制,难以进行复杂的加密保护。因此,在网络边缘,需要进行安全加固,比如在物联网网关和数据中心之间建立加密隧道,或者应用厂商在物联网上安装私有代理,实现数据加解密,从而进一步提高系统安全性。随着物联网在行业的逐步深入,边缘计算已经成为很多行业应用落地的前提条件,并在行业内形成共识,受到越来越多的关注。比如华为在Cebit2016大会上发布的多级控制照明物联网,以及在HC2016大会上发布的电梯物联网,都使用了边缘计算。但是,目前边缘计算的具体实现还没有形成统一的架构和标准。为此,华为联合中国信息通信研究院、沉阳自动化研究院,以及英特尔、ARM、软通动力,共同推动成立“边缘计算联盟(ECC)”(EdgeComputingConsortium,ECC))旨在定义边缘计算的架构和标准,培育和发展物联网生态系统。SDN使物联网的管理和控制成为可能。物联网不同于传统的互联网,其连接规模与互联网相比至少会增加一个数量级。据华为预测,到2025年全球将有1000亿个连接,如何管理、维护和控制物联网将是一个巨大的挑战。例如,华为在尼日利亚部署的电力物联网项目,共使用了30万个电表和通信模块,以及数万个物联网网关。传统的网络管理根本无法高效、经济地管理如此多的终端设备和物联网网关。此外,边缘计算的引入也对管理系统提出了新的要求。以前只需要管理网络部分,现在还需要管理物联网网关上的计算和存储资源,以及网关上的第三方应用。不同行业的应用也需要标准的开放接口来实现业务的快速集成。SDN技术的出现打破了传统网络架构的局限,在数据中心网络领域得到了成功的应用。逐渐成为广域网领域的热点。网络以全局视角进行统一集中的自动化管理和业务模型抽象,为上层提供标准的北向接口,实现应用层的快速集成对接,以及业务的按需部署和调整。在物联网领域引入SDN技术,可以秉承其核心思想,根据物联网的特点扩展功能,实现IT和CT的统一管理,满足物联网在物联网方面的需求。海量设备管理、边缘计算资源管理和快速应用集成。要求。其主要功能包括:设备管理功能通过控制器南向接口对传感器、终端、通信模块、物联网网关等设备进行集中管理,并利用PnP技术实现设备的自动化部署;支持设备安全认证、运行状态监控、远程升级等功能,应对海量终端设备的管理难题;未来还可以利用人工智能技术,实现故障的深度分析和全自动处理。边缘计算资源管理功能边缘计算资源环境通常以VM虚拟机或容器的形式落地物联网网关。控制器需要能够支持各种虚拟机/容器的统一管理功能,包括镜像文件管理、资源管理和全生命周期管理。应用管理功能边缘计算是一个支持第三方应用运行和边缘业务处理的开放平台,也可以实现网络连接和数据连接的解耦。因此,控制器需要统一管理第三方应用程序的分发、安装、运行和删除。通过数据订阅和分发功能对数据进行管理是物联网管理与传统网络管理的重要区别。传统网管主要保证网络的连通性,并没有对其中的流量数据进行深度处理。然而,物联网的最终目的是收集和分析数据以及控制终端设备。因此,数据是物联网的生命,必须送到行业应用系统。可以通过多种方式上传数据,比如在物联网网关上安装应用Agent,连接数据中心的行业应用平台,或者通过Agent连接物联网平台,比如华为的OceanConnect和GE的Predix,等。也可以先发送给控制器进行简单的协议处理,再与行业应用平台或物联网平台统一。但是,为了解耦网络连接和数据连接,物联网本身的管理数据必须统一发送给控制器,所以数据分发和订阅是控制器的基本能力。南北融合功能物联网是一个横向跨越不同行业、纵向包含不同领域的生态系统。一个厂商不可能形成一个端到端的系统,所以统一标准的南北接口就是控制器和其他系统的快速集成。前提。SDN技术,尤其是控制能力的引入,将彻底解决物联网的管理、控制、维护和开放等问题。作为物联网领域的领导者,华为在2015年发布了敏捷物联网解决方案,在业界率先将SDN引入物联网。该领域已得到大规模应用。目前,业内其他主流厂商也纷纷将SDN引入物联网。虽然物联网的应用涉及商业模式、技术方案成熟度、产业生态等诸多方面,但边缘计算和SDN这两项核心技术就像是物联网的一对翅膀,必将加速物联网的发展。在行业起飞。物联网时代已经大踏步地向我们走来,让我们去面对它,拥抱它,携手进入物理与数字融合的新时代。