边缘计算网关如何赋能物联网？

边缘计算是指在距离数据源最近的一侧集成网络、计算、存储和应用能力以提供末端服务的开放平台。其应用通常运行在边缘侧，能够实现更快的网络服务响应，满足实时业务、人工智能、安全和隐私保护等行业的基本需求。

边缘计算是在事物、数据和操作的起源地附近进行的计算的术语。用于边缘计算的智能设备可以是具有专门处理能力的物联网终端、具有一定数据采集和数据计算能力的物联网网关或路由器。本文将详细探讨边缘计算网关。

(资料图片仅供参考)

什么是边缘计算？

为了提供近端计算和服务，边缘计算设备将网络、计算、存储和应用程序结合在靠近对象或数据源的一侧。越来越多的科技公司开始了自己在边缘计算上的业务布局。智能工厂、智能城市、智能制造、智能零售等概念将越来越盛行。

在使用物联网边缘计算技术的过程中，这些业务需要使用各种智能网关、边缘设备和云来进行数据收集、处理和存储。这些设备与分布式数据库和数据处理一起构成了完整的边缘计算系统。但这个系统并不是独立存在的，它和云计算平台之间会有大量的数据传输和应用交互。

为什么物联网网关需要边缘计算能力？

企业经常为其物联网解决方案部署大量物联网设备，这给管理和监控它们带来了挑战。物联网网关是将物联网设备连接到云并促进双向数据传输的集中器。因此，可以上传物联网传感器数据进行处理，并且基于云的应用程序可以向物联网设备发送命令。

物联网网关增加边缘计算能力，可以减少网络流量和延迟，同时解决海量数据带来的中央处理能力不足的问题。下面将详细介绍：

遏制云计算成本上升

节省成本是实施边缘计算的主要动机之一。正如我们之前提到的，随着数据量和用户数量的增长，计算和存储的成本将呈指数级增长。一般来说，不同用户规模所需的服务器可以如下所示（粗略估计）：

用户规模	QPS（每秒查询次数）	所需服务器
1	100,000	100	10
2	1,000,000	1,000	50
3	10,000,000	10,000	500
4	100,000,000	1,000,000	10,000

从表中可以看出，用户数量从10万增长到1亿，增长了近100倍。为什么服务器呈现1000倍的增长？因为当体量增大时，架构变得复杂，各种任务，比如缓存、队列、服务发现、网关、自动化运维、监控等就成为必须的。

如果采用去中心化的边缘计算，大量的计算工作将在边缘完成，这将大大降低服务器投资，大大降低成本。

分担计算负担

通过部署物联网边缘网关设备，有效处理附近物联网终端产生的海量数据，可以轻松解决云中心计算能力带来的诸多问题。边缘计算理论上可以满足很多行业在敏捷性、实时性、数据优化、AI智能、安全隐私保护等方面的关键需求。

边缘计算网关的优点

物联网设备会生成大量数据。当企业拥有重要的物联网设备生态系统并希望将数据从所有这些设备传输到云时，这些物联网设备可能会使用企业的所有互联网带宽，而云存储价格昂贵。

通过使用边缘计算仅处理一些基本且有价值的数据，可以避免此类问题。通过限制需要发送到云的数据量，此方法有助于削减支出和带宽利用率。

假设一家企业拥有一组支持 IP 的安全摄像头，将所有原始监控录像发送到云端进行处理。当多个摄像机主要集中在空旷的空间时，将原始监控录像发送到云端当然没有意义，而且会浪费带宽。在边缘处理视频片段比一次上传所有监控材料更有效，可以减轻这种带宽浪费的情况。

边缘设备可以区分出企业认为值得保留的有意义的片段和不相关的片段，并将需要审核的视频片段发送到网关设备，然后网关设备将数据上传到云端。从这个示例中可以看出，物联网边缘计算网关对于帮助组织降低物联网相关的带宽使用至关重要。

物联网边缘计算网关架构

物联网边缘网关基础设施由四个架构级别组成：

网络层：在这一层，来自各种来源的数据被编译并以安全的方式发送到处理系统。数据采集系统（DAS）负责执行数据聚合和格式转换。在这一层，物联网边缘计算网关可以安全地连接物联网设备和处理基础设施。传感器层：在传感器层，设备收集数据以供后续处理。数据预处理层：在传输到基于云的基础设施之前，物联网传感器数据在该层进行预处理并进行基础数据分析。物联网边缘设备在这一层运行。云应用层：借助基于云的基础设施，用户和应用程序可以访问数据和深入数据分析的结果。数据存储在这一层也是可行的。

IoT边缘计算网关设备组成

边缘计算网关是一种物联网网关设备，可弥合基于云的物联网平台、传感器、设备和系统之间的通信差距。物联网边缘计算网关设备通常提供本地处理和存储解决方案，以及基于传感器输入数据自主管理现场设备的能力。

IoT 边缘网关硬件

物联网边缘网关位于边缘系统的接合处，充当设备生态系统内部和外部网络连接的主要接入点。它可以将其他设备使用的生态系统的本地内联网连接到公共互联网。

物联网网关软件

例如，就工业物联网而言，物联网网关软件提高了机器和过程数据的透明度。它采用规则来检查特定数据，以确保您的输出符合高标准。它还实时监控过程数据，包括温度、压力、振动等。

物联网边缘计算网关如何工作？

无论企业准备对物联网进行广泛投资，还是只想开始使用一些边缘计算设备，部署物联网边缘计算网关都将带来短期和长期效益。让我们看看它是如何工作的。

连接物联网设备

与通用遥控器类似，物联网网关允许您从一个位置控制所有设备，从而节省您的时间和精力。同样，物联网边缘计算网关充当连接设备之间数据传输的中央枢纽。通过云，人们和物联网设备能够相互通信。当向 IoT 设备发送或接收信息时，会利用 IoT 网关和支持云的软件与 IoT 设备进行通信。

另一方面，物联网网关允许越来越多的物联网设备和智能传感器相互连接，通过将数据过滤为有用信息来促进通信，并简化其在整个物理空间中的功能。

转换物联网设备之间的通信

尽管物联网设备正在迅速融入我们的日常生活，新的服务和产品不断涌现，以改善我们生活的几乎每个领域，但目前物联网设备语言还没有通用标准。当添加更多物联网设备时，协议转换网关变得更加重要，因为它们使它们更容易相互通信。

加强安全

随着物联网设备数量的增加，会引发更多的安全问题。所有物联网设备都容易受到外部干扰和黑客攻击，但物联网网关在互联网和物理设备之间增加了另一层安全性。

智能边缘

物联网网关是“主动智能边缘”的典型示例。这意味着数据可以由物联网网关本身进行翻译和处理，无需第三方实体或个人的协助。

边缘计算网关应用场景

边缘计算引入物联网网关是不可避免的，哪些场景需要边缘计算网关？

当企业需要处理一些实时响应的业务时，比如即时响应用户的一些本地需求，比如共享单车解锁、利用人脸识别系统进行门禁管理，对数据进行采集和结构化（比如提取车牌）视频中的信息，文本化后传回数据中心，实现实时设备监控（主要是离线设备的数据采集和监控），以及一些去中心化的P2P应用（边缘节点可以方便附近的P2P通信）设备（当充当服务发现服务器时），它们将需要物联网边缘计算网关。

边缘计算的应用场景多种多样，其中很多甚至是我们无法想象的。以下使用示例供参考：

电力：路灯控制，城市电网电压电流数据实时监测报警，或太阳能电池板监测；安全：远程门禁系统、防盗装置报警；能源：油田、煤矿、石油、天然气数据采集、供热系统监测；交通：车辆牌照监控系统、车辆违章监控、红绿灯控制；环境保护：收集实时数据，用于自来水、污水管道、泵站、水厂的监测和维护。