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如何构建有效的边缘物联网架构?

时间:2023-03-14 19:30:22 科技观察

物联网网络被比作生活的技术版本,因为它的传感器可以看到、听到和感觉到周围的环境。就像人类对来自我们感官的信息做出反应(例如当我们过热时出汗)一样,物联网网络使用硬件和软件组件来无缝通信和协同工作。物联网架构必须随着连接的传感器和移动设备数量的增加而发展。今天的IT架构根本无法匹配物联网设备生成的数据量,也无法维持传输和处理数据所需的处理能力。跟上步伐的唯一方法是将边缘计算与物联网架构集成。边缘物联网架构将网络连接从集中源转移到资源、通信和传统处理,这些更接近生成数据的设备以保持数据量和速度。走向边缘侧重于跨网络传输数据的优先级排序和优化。这种类型的架构将智能分布到物联网网络中,以提高性能、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,其中数据的处理尽可能靠近原始数据源。在物联网架构中,这意味着在更靠近物联网硬件的地方处理数据,而不是将数据发送到云端或本地数据中心进行处理。IoT网关系统示例EdgeIoT架构涵盖从系统端点(包括设备、传感器、执行器和设备)到IoT网关的所有内容。网关是物联网网络的通信中心。在网关将数据转发到云端或本地网络之前,它执行网络的关键功能,例如传感器数据聚合、传感器协议之间的转换以及传感器数据处理。鉴于近年来物联网设备部署的爆炸式增长,拥有正确的物联网架构是高可用性和高性能物联网网络的关键部分。适当的边缘IoT架构的重要性IoT设备会生成大量数据,并且需要在毫秒内执行进程。据Gartner称,如今大约10%的企业生成数据是在传统数据中心或云之外创建和处理的。这一数字预计到2025年将达到75%。IDC注意到了类似的趋势,并认为到2025年全球数据圈将增长到175ZB。全球数据增长趋势预测在物联网连接的办公楼环境中,数以千计的传感器监测温度、光、噪音、空气质量和安全系统。关键系统中的执行器响应传感器检测到的变化,以根据外部天气开关灯、打开安全门或调整HVAC系统。每个IoT设备和执行器都可以使用不同的协议连接到网络,例如Wi-Fi、蓝牙、串行端口、消息队列遥测传输(MQTT)或Zigbee,并且可能具有不同的管理和安全模型。一个结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一些数据处理。然而,一些功能,例如打开安全门,不能等待数据从物联网设备到基于云的应用程序或数据中心的往返时间。其他边缘设备,例如不常使用的低功耗控制器,由于缺乏计算能力而无法分析收集到的数据,而其他设备生成的数据太多,原始形式没有价值。适当的边缘物联网架构的好处实施良好实施的边缘物联网架构可减少系统的整体延迟,从而提高高使用率应用程序和设备的性能。它还可以减少物联网网络与其他服务或网络部分(例如云)之间架构集成点的数据和通信瓶颈,因此它可以满足当今员工和客户的需求。合适的边缘物联网架构还可以帮助组织:快速高效地部署物联网项目;降低整个物联网网络的安全风险;在技??术堆栈中横向和纵向扩展物联网项目;将机器学习和人工智能等新处理技术集成到物联网网络中。这并不是说部署边缘物联网架构对每个组织都适用。在没有足够的安全或IT基础设施战略的情况下实施该技术的组织将难以跟上并可能带来比它所解决的更大的风险。IT专业人员和技术领导者必须学会利用当今部署的颠覆性技术来解决相互竞争的业务目标。Gartner高级总监RossWinser表示,传统工具和流程正在迅速达到其极限。他在一篇博文中写道,通过尽早让IT专业人员和领导参与物联网架构规划讨论,组织可以避免不可预见的服务差距的级联效应,这些差距可能会导致未来出现重大问题。您在边缘物联网架构中需要什么?设计和实施边缘物联网架构取决于许多因素:物联网设备,包括它们的寿命、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;受物联网设备影响的系统。从根本上说,边缘物联网架构(不包括数据中心、云和企业层)将由两层组成:边缘设备和中间服务器。边缘设备层设备层或边缘是物联网架构的最外层。它由各种硬件组件组成,包括传感器、设备和执行器。传感器监控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,但任何收集和传输数据的东西都可以被视为传感器——例如,光、温度和湿度传感器、GPS接收器和车载诊断传感器。谈到物联网,人们通常会想到带有传感器的硬件设备,以激活和控制它们并传输物联网数据。示例包括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(例如RaspberryPi设备)。执行器控制或响应物联网系统中的某些东西。它们可以是影响产品或环境物理状态的硬件或软件。API根据从物联网架构的其余部分收集的数据触发执行器,例如智能灯、远程控制的接入点、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促进通信、卸载处理功能和驱动边缘操作的服务器。这是从边缘收集的数据在发送到数据中心或云之前在本地进行处理的地方。数据预处理减轻了带宽限制并优化了转发到系统其余部分的数据量。最大限度地减少传输的数据量会影响网络传输成本,尤其是通过蜂窝网络,从而显着节省成本。大多数网关根据定义的规则和准则启用双向通信并确定其优先级。例如,网关可以容纳所有南向数据传输,而关键设备更新包则以其他方式交付。此外,它还允许将关键业务规则和过滤器实时应用于数据。基于这些过滤器,可以处理、传输或存储数据供以后使用,从而使企业能够更有效地管理数据并形成更有用的见解。创建骨干边缘计算仍在进行中,但它正在迅速成为每个组织IT基础架构的支柱之一。部署在边缘设备层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会如何影响他们的整体架构。鉴于系统和组织对数据的依赖,设备的选择和放置变得至关重要。随着组织找到使用物联网的创新方法,只有具有坚实基础的架构才能适当地扩展和支持边缘物联网技术。