何谓边缘运算及其运作方式為何？ 深入探讨边缘运算

我们的生活环境充斥着小型伺服器运作。这些运作透过能提供快速高品质通讯的光纤缆线网路彼此连接。这理论上代表这些小型伺服器的功能与输出就像一座巨大资料中心，為使用者提供必要的价值。这就是边缘运算。

 

 

| 边缘运算应用与解决方案 |

 

何谓边缘运算？

边缘运算是尽可能储存最接近来源的个别使用者资料的过程。此位置可能是在周边装置或相关网路的边缘。各种商机将伴随在网路边缘以及资料储存装置和处理器配置伺服器后出现。由於此资料更贴近使用者，代表能将延迟降至最低。这是一种最终运用最短所需距离的分散式 I.T. 网路。这可提升服务速度，且产生相关价值的提升。

 

边缘运算的运作方式為何？

位置是边缘运算的首要问题。由於装置与经网际网路传输的资料量快速增加，传统资料中心无不努力跟上。因此目前的焦点着重於基础建设的逻辑边缘，将资源重新配置到产生资料的节点。其实，并非是资料移动至资料中心，而是资料中心更接近资料。然而，越接近不一定指实体上越接近，而是指网路与路由层面越接近，这取决於企业使用服务供应商的数量而定，如云端等，多数系统都有可能成為网路边缘。不过，储存装置与伺服器都必须设置在资料所在的位置。而这需要少量的运算设置才能操作远端 LAN，然后让运算装置配合网路以防范各种环境因素的影响。在处理资料时，同时进行资料流的标準化与分析以供商业智慧使用。最后，将只有片段的资料回流至主要资料中心。

 

边缘运算的优势 (例如最低延迟、精简维护)

边缘运算的优势眾多，因為边缘运算针对现有基础架构的问题加以解决：

• 自主性－可在本机网路上处理资料，减少大量需传送与接收的资料。这代表您需要更少的频宽与连线时间。
• 资料管辖权－藉由让资料更接近来源，减少相关跨国界、边境与主权法律的问题。这代表边缘运算造成的法律问题更少，其中包括安全性与隐私性。
• 安全性－边缘部署允许资料在移至云端或资料中心时进行加密。此外，边缘运算可针对网路犯罪如骇客行為加以强化。这甚至可用於资安功能有限的物联网装置。
• 最低延迟－由於处理器更接近使用资料的位置，因此可改善处理时间。此外也能进行即时分析。让新市场的商机呈指数型成长。 
• 精简维护－微型资料中心 (µDC) 相当迷你，并可轻易在卡车上进行传输，且能以最大的存取性及模组化建立。
• 减少冷却成本－大型资料中心的冷却成本极高。不过，眾多小型资料中心的冷却至少在理论上不需要太多费用。
• 气候良知－若边缘能适当最大化电脑化内的精度与效率，眾多小型资料中心则有可能使用比单一巨型资料中心更少的能源。

 

边缘运算范例和使用案例

在现今科技瞬息万变的世界，边缘运算引起极大关注。以下是边缘运算运用在各产业领域的一些范例：

• 医疗和病患监测

  边缘运算运用於医疗产业。医疗装置会产生大量资料，必须快速、有效率地加以处理。透过部署边缘运算，医疗机构可在网路边缘处理这些资料，加快诊断和治疗的速度。
  此外，边缘运算有许多机会可应用於住院方面。首先，这代表第叁方储存系统的需求更少。透过在本机处理资料，病患将拥有更多隐私。这也代表能更有效地通知病患的生命徵象，也建立一目了然的病患安全监控画面。

• 智慧住宅

  相较於仰赖主要储存枢纽传送和接收资料的传统系统，在智慧住宅建置边缘技术提供更可行的解决方案。此方法不仅可降低延迟，还能提高安全性，同时将回传成本最小化。因此，可更快速并且即时执行语音命令，為使用者提供流畅的高效率体验。

• 智慧城市

  边缘运算也运用於打造智慧城市。地方主管机关可藉由在城市中部署边缘运算装置，以即时监测交通、空气品质及其他环境因素。此方法可协助他们快速确定和应对问题，改善市民的整体生活品质。

• 交通管理

  随着道路交通流量不断增加，对於智慧化交通管理系统的需求变得更加迫切。边缘运算有助於将城市的交通流量最佳化，以动态方式在需要的地点和时间开放车道，并在管理自动驾驶汽车移动方面扮演重要角色。

• 製造和智慧工厂

  製造业运用边缘运算改善其运作，例如：

  • 有效加快平台资料通讯：

    边缘运算在使各种机械间资料通讯过程扮演重要角色。边缘运算整合数位与实体技术，可更快速、更灵活地因应各种情况。此技术也整合预测分析与机器学习演算法，有助於建构可扩充且灵活的平台。整体而言，边缘运算有助於提高製程中的资料通讯效率和有效性，以加快整体製程。

  • 方便机器维护和参数调整：

    机器自动化是製造业成功的关键。物联网 (IoT) 用於侦测和监控机器运作，边缘运算则用来分析现场资料。侦测到异常时，工作人员可进行修正或预先实施预测性维护，以免影响生产线。这些资料也可协助製造商分析对机器运作影响最大的指标、延长机器寿命、降低维护成本，并提高机器运作效率。

• 自动驾驶汽车

  边缘运算在自动驾驶汽车的发展方面扮演重要角色。可即时因应路况。通常，将资料从车辆感测器传输到后勤云端资料中心大约需要 100ms，而随着资料量增加，传输时间可能变长。就行驶决策而言，资料传输延迟可能严重影响自动驾驶汽车的情境反应。因此，边缘运算有助於解决资料中心之间的资料传输延迟以提高行车安全。

• 群眾管理

  边缘运算对於管理大型活动必不可少，例如演唱会和比赛。群眾管理有助於控管群眾，让行动应用程式能為每位参加者编写关於门票购买、交通路线、入口或座位位置以及专属活动内容的讯息。此外，边缘运算可协助主办单位瞭解参加者行动性和参与度，让他们做出明智的决定，例如推出限时特卖。

• 分散式电网管理

  随着越来越多来自不同领域的用电户和发电厂採用分散式区域电网取代中央发电，在大量即时资料和同步的需求普遍增加。边缘运算和储能系统有助於进行分散式电网管理并将电网平衡最佳化。此技术也实现节能，例如降低高能耗生产活动和保护环境的成本。边缘运算透过提高住宅、工厂、城市和国家的电力效率，实现以使用者為中心的电力服务并提供更多资料以妥善利用资源。

• 物流

  物流是另一个运用边缘运算改善其运作的产业。在仓库和运输中心部署边缘运算装置，物流公司即可监控库存量、即时追踪货件并将路线最佳化。此方法可协助物流公司缩短运送时间、降低成本并提高客户满意度。

• 保全

  边缘运算已彻底改变各种领域，保全也不例外。边缘运算技术的应用之一是在危险工作环境中确保工作人员安全。从现场摄影机、安全装置、感测器等装置收集的资料是达成此目标的关键。这些装置有助於防止擅自进入现场，也可监控员工是否遵守安全规则。如果发生安全违规或潜在危害，这些装置收集的资料可即时提醒相关主管机关。这种及时反应有助於避免灾害并确保工作人员的身心健康。

边缘技术有许多实际应用，以上列出的范例仅仅只是其中一部分。

 

边缘运算架构

在了解边缘运算的优点以及有哪些使用案例后，你应该已经知道边缘运算的应用其实遍及我们的四周，那麼你知道边缘运算的架构究竟是如何形成的吗？其中又包含哪些重要层面呢？

典型的边缘运算架构可以分成负责处理以及储存全面资料的「Cloud Layer」，即时处理数据的「Edge Layer」，以及用以侦测数据以及进行简单处理的「Device Layer」，往下带你拆解边缘运算架构叁大层面：

图：Edge Computing Architecture Overview 边缘运算架构示意图

 

Cloud Layer

虽然边缘运算是為了解决云端运算的拥挤以及时滞而进行发展的，但是事实上，在整个边缘运算架构中，云端运算仍然占了很重要的一个部分！我们可以说云端运算，以及边缘运算两者是互补存在的，透过我们下面要介绍的 Edge Layer 来判断资料的处理是否需要经过云端运算后，如果资料需要经由云端处理，会将资料传至Cloud Layer进行较复杂的运算 ；另一方面，伺服器也会将部分或是关键资料回传至 Cloud Layer，进行储存及更全面地分析，以达到整合目的。

Edge Layer

这个部分主要是由 Edge Server，也就是边缘伺服器组成，这些伺服器的所在地相较云端伺服器来得更為遍佈，因此能透过分散式的边缘运算，来实现尽可能接近资料来源的所在地，解决云端运算延迟的问题。Edge Layer 可以说是整个边缘运算的核心部位，透过接收由 Device Layer 传递而来的资料，在分析及处理过后，回传至 Cloud Layer 做更广泛地处理及分析；如果是 Edge Layer 无法处理的资料，再传至 Cloud Layer 解析，以确保了资料传输正确性。

Device Layer

Device Layer 包含最多的装置，小至我们手上的手机、电脑，大至汽车、工厂，都可能是 Device Layer 的一环，Device Layer 裡面的设备会透过各自所装设的感应器，来蒐集以及侦测能够协助该产品解决问题的数据，像是医院裡面的设备可能就会蒐集病患的生命徵象，自动驾驶汽车便会蒐集马路上其他的交通工具数据。虽然在 Device Layer 上面还有两层运算能力更强的构造，但是事实上  Device Layer 也可以进行一些简单的资料分析、处理以及储存，以更即时并贴近数据来源地处理资料。

 

边缘运算硬体设备与电源供应器的关係

对於边缘运算设备而言，功耗是一个无法迴避的问题，设备内置的功能越多，所需的功率就越多。考虑电力需求时，工业物联网环境充满不可靠和不良的电源(dirty power sources)，而且某些边缘设备并不是维持在常态开啟状态，因此一些应用程序需要依赖低电量和替代电源等储能系统。而在电源供应器的瓦数方面，不同的硬体设备会有其相应的瓦数与尺寸，往往越大的硬体设备所需的瓦数也越大，且尺寸也会随之增大，為了让边缘运算单元更有效率的运行，在边缘运算单元的设计方面，开始降低系统复杂程度，以利缩短反应时间。而此时缩小电源供应器单元、增加效率及散热，就成了重点。

 

电源供应器如何影响边缘运算表现

边缘运算对於不同产业OT部署差异极大，在製造厂区部署保护和管理固定式工业自动化设备；在能源和公用事业等产业中部署远端资产；而在运输、铁路、採矿和农业产业则是移动应用程序。每个产业都有各自的标準和认证，用以确保维护和应用领域知识、最佳实务(best practice)和安全性。相较於传统资料中心的稳定环境，电源供应器因应边缘运算的环境和硬体的尺寸，而对於电源效率、功率密度以及可靠度都有着举足轻重的影响，其中「电」也是个关键因素，电源供应器不稳定，而导致断电是一件常见又恼人的事，如高负载时，在提供高电压时是否会漏电，而影响硬体设备的运行甚至是工安问题，以及在低负载，效率不会太差却也能够稳定的供电，让设备维持在一个基础的运算表现，虽然有一部分可以透过资讯技术(IT)和云端环境去弥补缺陷，但是核心的影响还是在於硬体的品质，高品质电源供应器中的可以使边缘运算装置，在大量的数据处理中不会出现数据遗漏、数据失真等等。因此為了提供边缘运算有更稳定、更优良的表现，优秀的电源供应器对於边缘运算来说，也是不可或缺的一部分。

 

在这些边缘运算应用中选择电源的考量

边缘运算的问题之一可能是对电源的需求。伺服器的位置无关紧要，只要有高性能的处理器就好。其他需要参考电源选项的考量有：安装位置、输入规格、操作温度、IP 等级 (IEC60529) (IP－异物防护等级)、突波需求及电源接头。所有这些变数在没有任何重大停电状况下，都会影响效率、效能与网路连续执行的能力。

 

边缘运算、物联网与 5G 可能性

边缘运算是一个不断涌入新技术的新兴实体。而其各方面的特性也强化了可用性、功能和性能。越来越多产品特别採用边缘技术製作。资料的去中心化将成為未来趋势。5G 将藉由提升其功能如让车辆具备自主性，对边缘技术产生影响力。边缘技术在让无线网路更灵活的同时也能减少成本。由於物联网仍在快速崛起，代表边缘运算的发展将随之成长。已在开发中的 MMDC (微型模组化资料中心) 也会有其大显身手的餘地，而其体积将约只有一个盒子的大小。这些 MMDC 可部署在接近需要资料的位置。 

 

FSP 的边缘运算电源解决方案

FSP 提供许多使用中的边缘运算解决方案。这些方案皆配备适当的多重通讯技术，可强化任何网路。这些方案皆安装最合适的电源供应以及各种相关功能。您可轻鬆连接这些资料中心并分析资料示意图，提升您的业务功能。

 

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