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边缘计算,人工智能最后一公里

www.cechina.cn2018.11.21阅读 1729

  近年来,计算工作负载一直在迁移:首先从内部数据中心转移到云,现在越来越多地从云数据中心转移到“边缘”位置,这些位置离正在处理的数据源更近。目标是什么?为了提高应用和服务的性能及可靠性,降低运行成本,缩短数据的传输距离,从而减少带宽和延迟问题。
  这并不是说本地或云中心已经过时了——有些数据总是需要在集中位置进行存储和处理。但数字基础设施肯定在改变。例如,Gartner的数据显示,到2025年,80%的企业将关闭传统的数据中心,而2018年这一比例为10%。该分析公司表示,工作负载分配是基础设施发展的关键驱动力,它是由各种业务需求驱动的。

  当然,边缘计算也存在一些挑战——特别是以连接为中心,连接可能中断,或者以网络边缘的低带宽及/或高延迟为特征。如果大量的智能边缘设备都在运行软件(例如机器学习应用程序),需要与中央云服务器或介于中间的“雾”节点进行通信,那么这就会带来这样的问题。不过,解决方案正在路上。
  什么是边缘计算
  边缘计算是在靠近物或数据源头的网络边缘侧,融合网络、计算、存储、应用核心能力的开放平台。边缘计算与云计算互相协同,共同助力各行各业的数字化转型。它就近提供智能互联服务,满足行业在数字化变革过程中对业务实时、业务智能、数据聚合与互操作、安全与隐私保护等方面的关键需求。
  根据国际电信联盟电信标准分局ITU-T的研究报告,到2020年,每个人每秒将产生1.7MB的数据,IoT可穿戴设备的出货量将达到2.37亿。IDC也发布了相关预测,到2018年,50%的物联网网络将面临网络带宽的限制,40%的数据需要在网络边缘侧分析、处理与储存,到2025年,这一数字将超过50%。海量数据的分析与储存对网络带宽提出了巨大的挑战,而边缘计算的诞生,就是为了解决这一问题。
  什么是雾计算
  雾计算(Fog Computing),在该模式中数据、(数据)处理和应用程序集中在网络边缘的设备中,而不是几乎全部保存在云中,是云计算(Cloud Computing)的延伸概念,由思科首创。这个因"云"而"雾"的命名源自"雾是更贴近地面的云"这一名句。
  雾计算和云计算一样,十分形象。云在天空飘浮,高高在上,遥不可及,刻意抽象;而雾却现实可及,贴近地面,就在你我身边。雾计算并非由性能强大的服务器组成,而是由性能较弱、更为分散的各类功能计算机组成,渗入工厂、汽车、电器、街灯及人们物质生活中的各类用品。
  边缘计算市场估计
  B2B分析师MarketsandMarkets的数据显示,到2022年,边缘计算市场的价值将达到67.2亿美元,高于2017年估计的14.7亿美元,年复合增长率(CAGR)为35.4%。关键的驱动因素是物联网和5G网络的出现、“智能”应用程序数量的增加以及云基础设施负载的增加:
  在MarketsandMarkets考虑的垂直细分市场中,电信和IT预计在2017-2022年的预测期内拥有最大的市场份额。这是因为,面对高网络负载和日益增长的带宽需求,企业需要优化和扩展其无线接入网(RAN),以便为其应用程序和服务提供高效移动(或多接入)边缘计算环境。
  在预测期间边缘计算市场增长最快的部分可能是零售业,MarketsandMarkets说:物联网传感器、相机和路灯生成的大量数据传入智能应用程序,将更有效地在网络边缘进行收集、存储和处理,而无需在云中心或本地数据中心进行。
  大视野研究持更为保守的观点,估计到2025年,边缘计算市场的价值将达到32.4亿美元,不过在2017-2025年的预测期内,这CAGR仍将达到41%的“惊人”水平。该研究公司表示,由于物联网设备在美国和加拿大的日益普及,北美地区将引领市场,而CAGR增长最高的领域将是医疗和生命科学,这要归功于“边缘计算解决方案提供的存储能力和实时计算能力”。大视野研究称,中小企业的CAGR(46.5%)将在预测期内达到最高水平,这要归功于边缘计算解决方案降低运营成本的能力。
  最乐观的增长估计来自于由OpenFog联盟委托于2017年10月进行的一项名为“雾计算市场的规模和影响”的研究。这一研究表明,到2022年,雾计算的市场机会将达到182亿美元,高于2018年的10.3亿美元和2019年的37亿美元。
  硬件组件遥遥领先,在2022年的预测中占有42.1%的份额,其次是雾应用程序/平台(21.5%)和雾服务(20.4%)。难怪硬件供应商和云应用/服务提供商都在排队加入快速发展的边缘/雾市场。
  尽管这些预测的重点不同,但它们清楚地表明,互联网连接设备数量的迅速增加,以及即将到来的高带宽、低延迟5G网络,正在制造边缘计算的“完美风暴”。爱立信2018年6月的移动报告总结了这些领域的预期发展。
  虽然个人电脑、笔记本电脑、平板电脑和移动电话在2017年至2023年之间的增长平平,但物联网设备正在起飞:拥有广域连接的设备的CAGR将达到30%,而短程物联网设备的CAGR则有所下降但已经较高(17%)。这使得连接设备数量在2017年(175亿件)到2023年(314亿件)之间增加了近80% (79.4%)。
  就5G而言,爱立信预计将于2018年下半年推出首批数据专用设备,2019年推出首批5G智能手机。到2023年,随着2020年第三代芯片组的出现,该公司预测全球将有10亿台5G设备联网。
  爱立信表示,第一批基于模块的5G物联网设备将于2020年问世,支持工业过程监控的超低延迟通信。
  边缘计算标准及组织
  任何新的IT活动都需要制定标准和最佳实践,早期阶段通常由具有不同议程的多个组和联合体组成(尽管成员之间经常有显著的重叠)。边缘/雾计算也不例外。
  “雾计算”是思科公司发明的一个术语,它得到了OpenFog财团的支持。OpenFog财团由Arm、思科、戴尔、英特尔、微软和普林斯顿大学边缘实验室于2015年创立。
  边缘计算由EdgeX Foundry公司推广,这是一个由Linux基金会托管的开源项目。EdgeX Foundry公司的目标包括:建立和推广EdgeX作为统一物联网边缘计算的通用平台;验证EdgeX组件以确保互操作性和兼容性;提供快速创建基于edgex的物联网边缘解决方案的工具;与相关开源项目、标准组织和行业联盟合作。
  根据EdgeX Foundry公司的说法,“该项目的优点在于边缘节点,如嵌入式 PC、集线器、网关、路由器和内部服务器,以解决分布式物联网雾架构中关键互操作性挑战”。
  EdgeX Foundry公司技术指导委员会包括来自IOTech、ADI、Mainflux、戴尔、Linux基金会、三星电子、VMWare和Canonical的代表。
  在这一领域,还有另外两家行业机构:日本的EdgeCross财团,该财团于2017年11月由欧姆龙公司(Omron Corporation)、Advantech、NEC、IBM日本公司、甲骨文日本公司和三菱电机组成;工业互联网联盟(Industrial Internet Consortium)由美国电话电报公司(AT&T)、思科、通用电气、英特尔和IBM于2014年成立。
  企业边缘计算调查结果
  Futurum Research在2017年末调查了500多家北美公司(员工人数从500到50000名不等),来了解他们在边缘计算方面的处于什么位置——采用及部署、投资意图等等。Futurum说,所有受访者都会对边缘计算的投资决策产生影响,41.8%的受访者为“运营人员”,25.6%的受访者为“总监、经理、团队领导”;不过,只有8.6%的受访者被归为“高管、老板、合伙人”。
  Futurum报告称,近四分之三(72.7%)的公司已经或正在实施边缘计算策略。此外,几乎所有(93.3%)都打算在未来12个月内投资于边缘计算。
  Futurum还制定了一个通用的数字转型指数,2018年,68%的公司进入了“领导者”和“采用者”的行列。72.7%的受访者已经在边缘计算领域进行了投资,这一事实表明,对于精通技术的企业来说,这是一个热门话题。不过,Futurum也指出,“93.3%的企业对于在未来12个月内投资于边缘计算的热切程度,与他们的投资规模无关”。
  当被问及边缘计算数据流在业务流程中的重要性时,Futurum受访者的积极情绪仍在继续,71.8%的受访者认为这些数据流“极其重要”(22.2%)或“非常重要”(49.6%)。
  这种对边缘计算的热情的主要驱动因素是什么?在Futurum的受访者看来,首先是“提高了应用程序性能”,其次是“实时分析/数据流”。
  OpenFog联盟在2017年12月对其61个成员组织进行了关于雾计算状态的调查,结果发现令人印象深刻的是,70%的CEO都知道他们所关注的雾计算项目。
  在2018年,雾计算的预算一般会增加(40%的受访者)或保持不变(51%的受访者),只有5%的受访者表示会减少。最初的计划主要是在研发部门(51%),绝大多数都将物联网应用作为他们的主要关注领域(70%)。
  安全性是OpenFog受访者最关心的问题(32%),其次是对早期/未经证实的技术、互操作性和不清楚的ROI(投资回收率)的担忧。对雾计算感兴趣的主要驱动因素是延迟和带宽问题。受访者预计,制造业、智慧城市和交通运输将成为采用雾计算技术的最大行业领域,其次是能源、医疗和智能住宅。
  展望
  边缘/雾计算转换是计算领域周期性发生的焦点转移之一——例如,从大型机到个人PC,到现场数据中心,再到云数据中心。现在,我们看到的是现有元素的混合体,以及数十亿台智能物联网设备通过“雾”的网关和节点交织在一起。设备连接一直是阻碍这一转变的瓶颈,但随着5G移动网络的出现,这一转变将得到巨大的推动。
  任何能从物联网数据流的及时分析中获益的行业部门——几乎都是如此——都将对边缘/雾计算感兴趣。这就是为什么在技术堆栈的所有级别上——标准、网络、计算、存储、应用程序和服务——供应商都有巨大的机会。
  随着越来越多的数据被生成、处理和存储在越来越多的位置,围绕基础设施管理和数据安全、隐私和治理的问题将变得比现在更加重要。我们希望这些问题尽早得到解决。
  人工智能发展至今,在其所涉及偌大的领域中,仍旧面临的问题便是优秀项目不足、场景落地缺乏。随着人工智能在边缘计算平台中的应用,加上边缘计算与物联网“端-管-云”协同推进应用落地的需求不断增加,边缘计算将成为打通物联网应用的“最后一公里”。