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嵌入式計(jì)算已經(jīng)笑傲江湖多年，然而，最近它的地位似乎正在受到某種撼動(dòng)。全球最大的開(kāi)源基金會(huì)——Apache軟件基金會(huì)的董事Roman Shaposhnik甚至認(rèn)為，云原生邊緣計(jì)算意味著嵌入式計(jì)算的“終結(jié)”（The End）。盡管“終結(jié)”這個(gè)詞有些虛張聲勢(shì)的噱頭之勢(shì)，但若沿著這條線索順藤尋瓜，探究云原生邊緣計(jì)算的價(jià)值以及未來(lái)，或?qū)厔?shì)有更準(zhǔn)確的研判。
嵌入式計(jì)算我們都不會(huì)陌生，它可以說(shuō)是物聯(lián)網(wǎng)人的必修課。“嵌入式”的英文是“Embedded”，意思是“植入的、深入的、內(nèi)含的”。這個(gè)詞用來(lái)描述的是系統(tǒng)中軟件和硬件之間的關(guān)系，所以嵌入式系統(tǒng)是指軟硬件關(guān)系非常緊密的一類“計(jì)算機(jī)”系統(tǒng)。
緊密到什么程度呢？家里的洗衣機(jī)、空調(diào)，銀行的ATM設(shè)備，路邊的自動(dòng)售貨機(jī)，工廠內(nèi)部的PLC控制器、通訊網(wǎng)關(guān)，都是借助嵌入式系統(tǒng)而變身智能的。這些看起來(lái)不怎么像計(jì)算機(jī)的“計(jì)算機(jī)”，都有自己的控制程序，這些軟件程序都是針對(duì)這個(gè)硬件平臺(tái)編寫(xiě)的，耦合性極強(qiáng)，幾乎是不可替換的。
也就是說(shuō)，對(duì)于硬件來(lái)說(shuō)，如果軟件出現(xiàn)任何問(wèn)題，除了調(diào)試糾錯(cuò)或者完全重寫(xiě)一個(gè)，沒(méi)有什么替換方案；對(duì)于軟件來(lái)說(shuō)，除了給這個(gè)硬件使用，這個(gè)軟件基本沒(méi)有其它用武之地，復(fù)制性極差。
所以，對(duì)于嵌入式計(jì)算而言，程序?qū)崿F(xiàn)的功能相對(duì)簡(jiǎn)單，但必須要有對(duì)應(yīng)的硬件編程知識(shí)，出廠之后程序較難更改或者升級(jí)，可選的額外應(yīng)用軟件幾乎沒(méi)有。
隨著云原生逐步向邊緣滲透，云原生邊緣計(jì)算出現(xiàn)了，這一趨勢(shì)在我之前的文章中已探討多次。這次我們不妨更加透徹的談?wù)劊圃吘売?jì)算和嵌入式計(jì)算，將如何融合、相互借勢(shì)。由于臨近2018年末，為了陪伴你度過(guò)一個(gè)愜意的圣誕以及新年，我剔除了所有燒腦的專業(yè)術(shù)語(yǔ)，一起來(lái)聽(tīng)故事、看漫畫(huà)吧～
1． 什么是云原生邊緣計(jì)算？
2． 云原生邊緣計(jì)算有什么價(jià)值？
3． 云原生邊緣計(jì)算是否會(huì)終結(jié)嵌入式計(jì)算？
什么是云原生邊緣計(jì)算？
先說(shuō)說(shuō)什么是云原生？云原生并不是一種單一技術(shù)，而是一種理念。云原生應(yīng)用，即指專門為在云平臺(tái)部署和運(yùn)行而設(shè)計(jì)的應(yīng)用。
提到云原生，與之成對(duì)出現(xiàn)的一個(gè)詞則是“容器”。簡(jiǎn)單的說(shuō)，容器就是一個(gè)存放東西的地方，就像書(shū)包可以裝各種文具、衣柜可以放各種衣服一樣，容器可以放各種程序、應(yīng)用或者系統(tǒng)軟件。而且省去了對(duì)資源或環(huán)境的配置，因?yàn)槿萜鞫家呀?jīng)打包好了。啟動(dòng)也快捷，容器可以實(shí)現(xiàn)毫秒級(jí)的開(kāi)啟和關(guān)閉。
至于邊緣計(jì)算，大家都已經(jīng)熟知，它是指在靠近物或數(shù)據(jù)源頭的一側(cè)，采用網(wǎng)絡(luò)、計(jì)算、存儲(chǔ)、應(yīng)用核心能力為一體的開(kāi)放平臺(tái)，就近提供最近端的服務(wù)。上海繁易公司的工程師曾經(jīng)開(kāi)玩笑道——邊緣計(jì)算就是云計(jì)算（服務(wù)器）說(shuō)：邊緣你就這么點(diǎn)兒數(shù)據(jù)，不如你在采集的時(shí)候，順便自己算完得了，什么都丟到服務(wù)器來(lái)算很累的，況且我又算不快，這點(diǎn)事兒自己都辦不好么？
云原生和邊緣計(jì)算相遇，會(huì)擦出什么樣激烈的“火花”？現(xiàn)在大多數(shù)的邊緣設(shè)備都與云端配合使用，比如工程師們可以在云中訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)模型，訓(xùn)練好之后應(yīng)用于邊緣節(jié)點(diǎn)。云原生邊緣計(jì)算有利于讓邊緣也具備像云一樣的“彈性”，讓?xiě)?yīng)用可以“順滑”的部署到邊緣，保持應(yīng)用在邊緣與云端的一致性。
如果你需要管理由成千上萬(wàn)臺(tái)邊緣設(shè)備構(gòu)成的集群，云原生邊緣計(jì)算的功勞就更大了。它可以同時(shí)管理多個(gè)邊緣節(jié)點(diǎn)，工程師們不用再把精力浪費(fèi)在考慮哪個(gè)邊緣設(shè)備實(shí)際運(yùn)行哪個(gè)應(yīng)用程序，部署和維護(hù)都更加簡(jiǎn)便。
這樣工程們就可以從底層技術(shù)設(shè)施的管理中解放出來(lái)，將注意力集中到更高抽象層次的應(yīng)用開(kāi)發(fā)之中。云、邊、端就像一個(gè)完美的整體，最終用戶也根本感覺(jué)不到各種計(jì)算設(shè)備的復(fù)雜分布，后期的方案迭代也更加容易和透明。
舉個(gè)例子，快到圣誕節(jié)了，如果共享單車的運(yùn)營(yíng)公司希望給用戶們創(chuàng)造驚喜，開(kāi)鎖的瞬間不僅聽(tīng)到“咔嚓”聲，還要播放一段“鈴兒響叮當(dāng)”的音樂(lè)，那該怎么辦呢？我們假設(shè)車鎖硬件已經(jīng)支持這種新的業(yè)務(wù)需求，所以最具創(chuàng)新價(jià)值的工作就是教會(huì)車鎖“演唱”新曲。
如果使用嵌入式的傳統(tǒng)方案，需要工程師現(xiàn)場(chǎng)或者遠(yuǎn)程通過(guò)物理訪問(wèn)硬件完成部署，不僅費(fèi)力費(fèi)時(shí)，這個(gè)過(guò)程還有可能被黑客盯上而將硬件“劫持”。如果使用云原生邊緣計(jì)算，幾乎可以實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)需求的一鍵變更，將新功能迅速傳達(dá)給所有的單車寶寶們。
綜合對(duì)比，嵌入式計(jì)算和云原生邊緣計(jì)算的差異如下表所示。
云原生邊緣計(jì)算有什么價(jià)值？
云原生邊緣計(jì)算帶來(lái)的價(jià)值，可以簡(jiǎn)單總結(jié)為兩點(diǎn)、三個(gè)字：快、可靠。
天下武功唯快不破，除了剛才共享單車的例子中提到的業(yè)務(wù)需求變得更快，還包括新業(yè)務(wù)上線更快。過(guò)去，一臺(tái)物理設(shè)備從安裝配置到正常使用，前前后后免不了調(diào)測(cè)少則一天多則一周的時(shí)間；現(xiàn)在，通過(guò)虛擬化技術(shù)，一臺(tái)設(shè)備幾個(gè)小時(shí)可以搞定；未來(lái)，利用在云原生邊緣運(yùn)行的容器，幾秒鐘就可以讓設(shè)備開(kāi)始工作。
云原生邊緣還有豐富的中間件可以選擇，業(yè)務(wù)上線周期大大提速。從一個(gè)故事講起。估計(jì)你也看到了無(wú)人酒店的新聞，一個(gè)服務(wù)員都沒(méi)有、機(jī)器人送餐、刷臉入住，各種設(shè)備之間的互動(dòng)都需要通過(guò)智能系統(tǒng)完成。有個(gè)團(tuán)隊(duì)正在做類似的項(xiàng)目，但是他們不想把時(shí)間消耗在底層硬件的驅(qū)動(dòng)程序開(kāi)發(fā)上面，而是要把更多精力投入在提升場(chǎng)景設(shè)計(jì)和智能體驗(yàn)之中。
各種單品的設(shè)計(jì)和使用是門鎖、照明、家電、服務(wù)機(jī)器人等智能硬件企業(yè)的專長(zhǎng)，這個(gè)團(tuán)隊(duì)只希望將業(yè)務(wù)層面的邏輯做好，門禁、室溫、亮度、音樂(lè)等功能模塊最好就像樂(lè)高積木一樣，按需調(diào)用、自主配置就行。
于是團(tuán)隊(duì)和智能硬件企業(yè)協(xié)商了各自的分工，智能硬件企業(yè)做好物理設(shè)備的數(shù)字化建模，定義輸入輸出，提供云原生的驅(qū)動(dòng)程序，他們就可以直接在數(shù)字化模型的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)各種酷炫的場(chǎng)景，整個(gè)業(yè)務(wù)邏輯的跑通一個(gè)多月就能搞定。
另外一個(gè)故事是關(guān)于建筑結(jié)構(gòu)監(jiān)測(cè)。一些“年近中年”的樓宇有可能結(jié)構(gòu)已經(jīng)發(fā)生了變化，經(jīng)受不了地震等小概率事件的“騷擾”。第二個(gè)項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)最牛的地方在于通過(guò)力學(xué)仿真，多年實(shí)踐積累了很好的振動(dòng)監(jiān)測(cè)算法，可以掌握建筑物的穩(wěn)定情況，判斷是否出現(xiàn)地基沉降，及時(shí)做好應(yīng)對(duì)天災(zāi)、預(yù)防人禍的萬(wàn)全準(zhǔn)備。
至于傳感器怎么安裝，數(shù)據(jù)怎么采集，信號(hào)怎么上傳，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)需要借助硬件企業(yè)的強(qiáng)項(xiàng)。與上面相似的分工協(xié)作又一次上演，各環(huán)節(jié)、各專業(yè)、各業(yè)務(wù)各司其職，硬件企業(yè)完成物理設(shè)備的數(shù)字化建模，將數(shù)據(jù)采集上來(lái)，項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)直接調(diào)用數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，通過(guò)各種報(bào)表和可視化的界面最終呈現(xiàn)。
云原生邊緣計(jì)算還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)就是，可靠。
云、網(wǎng)、萬(wàn)物互聯(lián)的世界里存在太多的不可靠，因此高可靠性無(wú)疑是極大的競(jìng)爭(zhēng)力。這里更多是指軟件層面的可靠，進(jìn)而提升整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。比如通過(guò)在不同邊緣硬件之間調(diào)配算力、啟動(dòng)多重應(yīng)用以備不時(shí)之需、應(yīng)用宕機(jī)之后快速重新啟動(dòng)，以及應(yīng)用之間調(diào)用時(shí)充分考慮熔斷等措施，增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性。
邊緣計(jì)算在很多情況下只有一個(gè)硬件，沒(méi)有冗余、沒(méi)有備份，在這種情況下，萬(wàn)一硬件宕機(jī)了怎么辦？如此厄運(yùn)并不存在故事里，而是存在于大多數(shù)數(shù)字化轉(zhuǎn)型中企業(yè)深深的噩夢(mèng)里。我們還是通過(guò)例子來(lái)說(shuō)明。
例如在一套水務(wù)系統(tǒng)中，需要監(jiān)控一根輸水管道內(nèi)部的壓力，通過(guò)每隔一段距離安裝的壓力傳感器上傳的數(shù)據(jù)來(lái)測(cè)算。管道中有時(shí)會(huì)發(fā)生一種現(xiàn)象，名叫水錘。水錘是一種形象的說(shuō)法，它是指由于閥門突然開(kāi)啟或關(guān)閉，水流沖擊管道，產(chǎn)生的一種嚴(yán)重水擊，有些老化管道有可能在水錘的沖擊下突然爆裂。這就存在一個(gè)問(wèn)題，萬(wàn)一其中一個(gè)壓力傳感器先于管道被“錘”壞了，不能發(fā)送正確數(shù)據(jù)該如何知曉、如何修正。
云原生邊緣計(jì)算又要出場(chǎng)了。每個(gè)傳感器通過(guò)低功耗廣域網(wǎng)LPWAN與邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)通訊，如果邊緣節(jié)點(diǎn)發(fā)現(xiàn)3個(gè)相鄰的傳感器，其中一個(gè)傳感器不好好工作，進(jìn)一步根據(jù)歷史經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)判斷，這個(gè)傳感器出現(xiàn)了明顯故障。這時(shí)邊緣節(jié)點(diǎn)就可以利用其余兩個(gè)傳感器的數(shù)值，修正故障傳感器的上傳數(shù)據(jù)，完成校驗(yàn)和補(bǔ)償，提升整個(gè)系統(tǒng)的可靠性。
現(xiàn)在越來(lái)越多的物聯(lián)網(wǎng)邊緣乃至終端設(shè)備都可以支持云原生應(yīng)用。ARM在今年10月發(fā)布了全新品牌Neoverse，并與企業(yè)級(jí)容器管理平臺(tái)合作，使工程師們?cè)谌f(wàn)億級(jí)智能設(shè)備的環(huán)境中，能夠輕松部署基于云原生的物聯(lián)網(wǎng)終端、邊緣計(jì)算和數(shù)據(jù)中心節(jié)點(diǎn)。
嵌入式計(jì)算是否會(huì)終結(jié)？
云原生邊緣計(jì)算讓嵌入式系統(tǒng)與上層應(yīng)用的開(kāi)發(fā)工作，不再那么涇渭分明，系統(tǒng)集成與業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)之間的界限也正在變得模糊，融合成為主流，跨界成為常態(tài)。原本沒(méi)有交集的工作，產(chǎn)生了越來(lái)越多的碰撞“火花”。
過(guò)去OT和IT經(jīng)常你說(shuō)東我說(shuō)西，很難溝通。OT團(tuán)隊(duì)缺乏IT專業(yè)知識(shí)來(lái)實(shí)施部署邊緣計(jì)算，IT團(tuán)隊(duì)又缺乏對(duì)工藝和運(yùn)營(yíng)的理解，來(lái)構(gòu)建和完善滿足業(yè)務(wù)流程的創(chuàng)新應(yīng)用程序。云原生邊緣計(jì)算通過(guò)對(duì)物理設(shè)備進(jìn)行數(shù)字化建模的過(guò)程，優(yōu)化了OT與IT之間的交互界面。
過(guò)去做硬件的人不用管軟件，但是做軟件的人必須兼顧，既看硬件又編軟件。隨著云原生邊緣計(jì)算的演進(jìn)，OT與IT之間彼此解耦的趨勢(shì)更加明顯。大家通過(guò)實(shí)踐形成了共同遵守的共識(shí)，IT與OT可以更好的做到術(shù)業(yè)有專攻。這就讓之前沒(méi)有太多OT運(yùn)營(yíng)技術(shù)積累的團(tuán)隊(duì)，有機(jī)會(huì)擴(kuò)展自己的邊界，更快更好的發(fā)揮自己的IT優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)場(chǎng)景的創(chuàng)新。
至于云原生邊緣計(jì)算是否會(huì)終結(jié)嵌入式計(jì)算，我仍舊想引用Frederick Brooks的觀點(diǎn)，那就是“沒(méi)有銀彈”——沒(méi)有任何一種技術(shù)或管理上的進(jìn)展，能夠獨(dú)立在10年內(nèi)大幅度提高軟件的生產(chǎn)率、可靠性和便利性。對(duì)于物聯(lián)網(wǎng)邊緣來(lái)說(shuō)，沒(méi)有銀彈。祝愿云原生邊緣計(jì)算和嵌入式計(jì)算走好各自的路，且行且珍惜。
工商網(wǎng)監(jiān)
評(píng)論