與企業 IT 不同，工業應用程序在“真實世界”環境和極端戶外條件下運行。考慮部署在崎嶇的遠程作戰地形中以收集關鍵任務監視數據的軍用無人機的示例。天氣條件極端，互聯網連接斷斷續續。盡管存在這些情況，無人機仍必須收集數據，然后實時處理和傳輸數據。此外，無人機必須根據數據分析做出明智的決策。在這種情況下，僅依賴云計算是不切實際的。對于時間敏感的實時操作，大部分處理、存儲和分析必須在無人機本身本地進行。這就是邊緣計算的用武之地。

邊緣計算標志著工業物聯網的新時代

云計算一直是物聯網 (IoT) 架構的核心組成部分，用于處理和分析傳感器數據并生成可操作的見解。在集中式數據中心或第三方云設施中處理數據需要為每個決策額外往返于云。對于時間敏感的工業應用，例如軍用無人機、能源發電廠、互聯車隊等，相關延遲是不可接受的。

發送到云端的每一位數據都需要花費金錢和寶貴的帶寬。可靠的互聯網連接是傳輸數據的主要要求。此外，由于單點故障，云中的安全漏洞可能會對關鍵任務工業應用程序產生不利影響。

邊緣計算補充了云計算。在邊緣（或霧）計算中，大部分處理都是在靠近數據源的地方完成的。在許多情況下，這可能意味著計算、存儲和分析發生在與物聯網設備并置的邊緣網關中。例如，自動駕駛汽車可以通過處理車輛本身的時間序列數據，在路上行駛時立即做出機動和控制決策。

邊緣計算設備通常重量輕，支持多種外形。有時邊緣計算也可以指可以在本地硬件或虛擬化環境中運行的與硬件無關的軟件組件。

邊緣計算是工業物聯網 (IIoT) 應用的重大突破，因為它滿足了一些基本要求。

實時決策：通過在數據源附近處理數據，延遲可以從幾分鐘減少到幾毫秒。例如，智能電網配電網絡具有高度時間敏感的控制和保護回路。當在網格網絡中檢測到異常時，邊緣計算糾正控制命令可以立即實時發送到執行器。本地化計算不依賴于網絡連接。因此即使在連接斷斷續續的情況下也能保證可靠的性能。

克服大數據挑戰：工業應用涉及大量時間序列數據。并非所有這些數據都需要數據中心的強大計算能力。本地處理大大減輕了將數據上傳到云端的負擔。此外，機器學習應用程序可以更高效地運行以檢測異常并預測故障。

加快物聯網與遺留平臺的集成：邊緣網關具有協議轉換功能，支持對運行專有技術的遺留設備進行數據處理，否則這些設備無法與開放網絡集成。

提高數據安全性：邊緣計算允許在防火墻內管理大量資產，并通過限制到云的往返數據傳輸來減少攻擊面。然而，邊緣計算并不能取代云計算。將資源密集度較低的任務卸載到邊緣可以實現更智能的工業應用。對時間不太敏感的高級分析仍然依賴于強大的基于云的服務。如圖 1所示，邊緣和云都保持與物理設備準實時同步的設備狀態信息（數字副本）。

圖 1：邊緣計算和云計算是狀態同步的。（來源：實用工業物聯網安全，Packt Publishers）

讓我們回顧一下軍用無人機的例子：當無人機在空中飛行時，邊緣計算使其能夠與地面部隊和指揮中心實時通信，而無需依賴云連接和相關的延遲。返回基站后，無人機可以將數據上傳到云端以進行高級分析和洞察。因此，對于 IIoT 應用程序，邊緣計算和云計算可以協同工作。

保護邊緣

由于暴露于極端戶外條件和物理篡改，設計具有足夠安全控制的邊緣設備非常重要，例如安全設備操作系統、防篡改硬件、基于硬件的信任根和密鑰存儲。操作系統需要支持安全啟動和更新、用于數據傳輸的加密隧道、基于策略的白名單等。

硬件制造商的新機遇

云計算技術大多與行業無關。例如，銀行和醫療保健應用程序都可以使用相同的云平臺。然而，邊緣計算涉及處理、存儲、延遲等用例特定要求。深水鉆井應用中的延遲要求與智能電網中的延遲要求大不相同。這為邊緣計算硬件打開了跨行業的廣泛機會。

麥肯錫及其公司的一項市場研究涵蓋了 11 個行業，包括 100 多個用例，其中邊緣計算硬件到 2025 年的潛在價值將達到 2000 億美元。硬件價值包括整個堆棧的各個組件的機會，即傳感器、處理器、設備上的固件和存儲。

邊緣軟件通常基于 Docker 容器，并且與底層硬件和操作系統無關。

結論

邊緣計算是 IIoT 的重大突破，因為它使任務關鍵型 IIoT 應用程序能夠實時運行。該技術提高了帶寬利用率，通過降低運營成本節省了資金，并且即使在互聯網連接斷斷續續的情況下也能實現平穩運行。此外，邊緣計算并沒有取代云計算，而是增強了云計算，為硬件供應商打開了新的市場機會。

Sravani Bhattacharjee 擔任數據通信技術專家已有 20 多年。她是《實用工業物聯網安全》一書的作者，這是第一本關于工業物聯網安全的書籍。直到 2014 年，作為思科的技術領導者，Sravani 領導了多個企業云/數據中心解決方案的架構規劃和產品路線圖。作為 Irecamedia.com 的負責人，Sravani 目前與工業物聯網創新者合作，通過制作各種編輯和技術營銷內容來推動意識和業務決策。Sravani 擁有電子工程碩士學位。她是 IEEE 物聯網分會的成員、作家和演講者。

審核編輯黃宇