瑞薩電子基于邊緣計(jì)算和云計(jì)算的研究

在其經(jīng)典小說《化身博士》中，講述了一個(gè)擁有雙重人格的人物的故事：溫文爾雅的杰基爾博士和邪惡且反社會(huì)的海德先生，如果只遇見其中一種人格，人們會(huì)把他們看作兩個(gè)完全不同的人，但他們又確實(shí)是同一個(gè)人的兩個(gè)面孔。在計(jì)算領(lǐng)域也是如此，人們可能看到的是兩種相對(duì)立的方法 - 邊緣計(jì)算和云計(jì)算，它們都在解決物聯(lián)網(wǎng)(IoT)中那些類似的問題，但這些計(jì)算方案就像同一枚硬幣的正反面。

邊緣計(jì)算隨著互聯(lián)網(wǎng)和移動(dòng)行業(yè)的發(fā)展而得到普遍應(yīng)用，它描述了一種架構(gòu)，在這種架構(gòu)里，靠近用戶節(jié)點(diǎn)預(yù)取和緩存網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，通過超低延遲來改善客戶體驗(yàn)。為了使這一概念標(biāo)準(zhǔn)化，邊緣計(jì)算行業(yè)做出了很多努力，比如“開放式邊緣計(jì)算”。在物聯(lián)網(wǎng)的背景下，邊緣計(jì)算意味著大多數(shù)設(shè)備計(jì)算任務(wù)都是在現(xiàn)場執(zhí)行的，這些任務(wù)可以在終端節(jié)點(diǎn)或網(wǎng)關(guān)(作為連接簡單終端節(jié)點(diǎn)和互聯(lián)網(wǎng)的橋梁)中完成。

而源自IT領(lǐng)域的云計(jì)算架構(gòu)同樣描述了在連接到云服務(wù)器(而不是企業(yè)內(nèi)部服務(wù)器)上執(zhí)行的企業(yè)軟件。在物聯(lián)網(wǎng)的背景下，這意味著大部分處理和決策都是在云端完成的。

理論上，這兩種計(jì)算是相互對(duì)立的。云計(jì)算方法意味著讓邊緣設(shè)備更簡單，功耗更低、性能更低、成本更低。因?yàn)樗械倪壿嫼?a target="_blank">編程都在云端，靈活、更新簡單，并且可以遵循完善的IT流程。

但是另一方面，邊緣計(jì)算也有它的好處。由于邊緣計(jì)算完成了大部分工作，所以它更適應(yīng)網(wǎng)絡(luò)中斷，并且很容易實(shí)現(xiàn)全天候的可用性方案。設(shè)備直接處理傳感器數(shù)據(jù)，因此可以進(jìn)行實(shí)時(shí)決策：從決策方面看，工業(yè)系統(tǒng)需要的確定性行為(可預(yù)測的延遲)，延遲通常在250us到20ms之間，而服務(wù)器和IT系統(tǒng)則可以接受的范圍是0.5-2s。最重要的是，只需要很低的速率連接到互聯(lián)網(wǎng)即可，因?yàn)樗杈W(wǎng)絡(luò)帶寬較低且云中的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)較少，從而使得網(wǎng)絡(luò)和云的成本較低。

差異模糊化

雖然邊緣計(jì)算和云計(jì)算看似對(duì)立，但事實(shí)上兩者有著融合的趨勢，這使得取舍已經(jīng)不那么重要。節(jié)點(diǎn)的性能越來越好，無論是節(jié)點(diǎn)還是網(wǎng)關(guān)，邊緣計(jì)算都變得更加智能。

在物聯(lián)網(wǎng)中，安全性和連接性變得更加重要。這要求更高性能的控制器、連接更多軟件以及更高的靈活性。將IP加入終端節(jié)點(diǎn)的好處是將高級(jí)通信棧推向邊緣，同時(shí)也需要功能更強(qiáng)大的處理器以及更多內(nèi)存、性能和軟件。在邊緣進(jìn)行根源可信性和運(yùn)行安全監(jiān)控將成為常態(tài)，因?yàn)闆]有人知道未來黑客會(huì)發(fā)現(xiàn)哪些安全漏洞，所以必須能夠?yàn)槊總€(gè)節(jié)點(diǎn)遠(yuǎn)程更新固件。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，IT軟件和嵌入式軟件將會(huì)發(fā)生沖突，開發(fā)人員可通過編碼語言和開發(fā)平臺(tái)進(jìn)行二者的融合。物聯(lián)網(wǎng)正在推動(dòng)“ 硬件的軟件化 ”，亞馬遜最新發(fā)布的GreenGrass平臺(tái)承諾在云端使用的軟件與設(shè)備上相同——是這一趨勢的明顯證明。

在所有這些發(fā)生的同時(shí)，微處理器(MPU)和微控制器(MCU)的性能也在驚人地增長。具有兆字節(jié)閃存和百位千字節(jié)內(nèi)存的200MHz頻率范圍的MCU已經(jīng)很常見，如瑞薩電子Synergy S7系列。另外，如瑞薩電子RZ/A 系列，同樣能夠運(yùn)行Linux的入門級(jí)MPU 。MCU和MPU系列都提供先進(jìn)的軟件支持，包括開源或得到一家制造商的全面支持，瑞薩電子Synergy平臺(tái)就是如此。

混合計(jì)算方法

事實(shí)上，沒有哪一種選擇，純邊緣計(jì)算或純?cè)朴?jì)算，是完全令人滿意的。查看表1中突出顯示的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，再從客戶的角度想一想需要什么。每種解決方案的缺點(diǎn)都是不可接受的：沒有人想要費(fèi)電的昂貴節(jié)點(diǎn)，沒有人希望發(fā)生服務(wù)中斷或者降低物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備功能的網(wǎng)絡(luò)故障，沒有人愿意為網(wǎng)絡(luò)和云訪問付出太多的代價(jià)，因?yàn)樵L問只是一項(xiàng)賦能技術(shù)，而不是物聯(lián)網(wǎng)提供的最終服務(wù)。

理想的物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，必須提供表-2中的所有優(yōu)勢。邊緣計(jì)算也可以成為云計(jì)算，在安全、網(wǎng)絡(luò)堆棧和平臺(tái)方面創(chuàng)造一種新環(huán)境，對(duì)云計(jì)算與邊緣計(jì)算進(jìn)行融合，邊緣計(jì)算既可以像云計(jì)算一樣靈活，也可以像嵌入式設(shè)備一樣堅(jiān)韌。性能更強(qiáng)的嵌入式設(shè)備使邊緣計(jì)算更加智能化，不論是在終端節(jié)點(diǎn)中還是經(jīng)過網(wǎng)關(guān)，同時(shí)也控制了成本和功率。

邊緣云計(jì)算

科技領(lǐng)域的歷史學(xué)家肯定會(huì)指出，這種混合組合的想法并不新鮮。在計(jì)算機(jī)還很昂貴的時(shí)代，70和80年代的原始計(jì)算解決方案是“客戶端—服務(wù)器”模式，這意味著服務(wù)器大型機(jī)(云)完成所有工作，而客戶端(邊緣)只是一個(gè)用戶界面。隨著多年來顯著的性能改進(jìn)和計(jì)算能力的成本降低，如90年代PC和工作站所彰顯的那樣，鐘擺已經(jīng)完全擺動(dòng)到了另一側(cè)。

當(dāng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來，業(yè)界的風(fēng)向標(biāo)再次被推向另一端。甲骨文在90年代后期嘗試引入“網(wǎng)絡(luò)計(jì)算機(jī)”的嘗試(失敗)。在過去的十年中，亞馬遜和微軟等大型企業(yè)不斷增加對(duì)服務(wù)器計(jì)算和存儲(chǔ)的投資，推動(dòng)了SaaS和PaaS解決方案的發(fā)展趨勢，這兩種解決方案都是云計(jì)算選擇。然而，現(xiàn)在的邊緣比以往更加智能，最穩(wěn)妥的解決方案應(yīng)該是邊緣和云共同為用戶提供最佳服務(wù)。

同樣的歷史正在物聯(lián)網(wǎng)中重演，速度也更快。從最初的只有傻瓜設(shè)備的云解決方案開始，市場正迅速向智能設(shè)備/智能云混合方式演進(jìn)。當(dāng)這兩種解決方案之間的二元論逐漸消失時(shí)，就是邊緣計(jì)算和元計(jì)算融合的時(shí)代了。