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如何构建有效的边缘物联网架构


物联网网络被比作生物体的技术版本,因为它的传感器可以看到、听到和感觉到周围的环境。就像人类对我们从感官中获得的信息做出反应一样——比如当我们过热时出汗——物联网网络则是使用硬件和软件组件来无缝通信和协同工作。随着连接的传感器和移动设备数量的增加,物联网架构必须不断发展。现在IT架构根本无法与物联网设备生成的数据量竞争,也无法维持传输和处理该数据所需的处理能力。跟上的唯一方法是将边缘计算与物联网架构集成

边缘物联网架构将网络连接从集中式资源转移到更靠近产生数据的设备的资源、通信和传统处理,以维持数据量和速度。向边缘移动的重点是对整个网络的数据传输进行优先级排序和优化。

这种类型的架构在整个物联网网络中分配智能,以提高性能、带宽、效率、可靠性和安全性。

什么是边缘物联网架构?

边缘计算是一种分布式IT架构,在该架构中,数据的处理尽可能靠近原始来源。在物联网架构中,这意味着在更靠近物联网硬件的地方处理数据,而不是将其发送到云端或本地数据中心进行处理。

边缘物联网架构涵盖从系统端点(包括设备、传感器、执行器和电器)到物联网网关的所有内容。所述网关是通信集线器的网络的物联网。它为网络执行关键功能,例如传感器数据聚合、传感器协议之间的转换以及网关将数据转发到云或本地网络之前的传感器数据处理。

鉴于过去几年物联网设备部署的爆炸式增长,拥有合适的边缘物联网架构是高可用性和高功能物联网网络的关键部分。

适当的边缘物联网架构的重要性

在连接物联网的办公楼环境中,数以千计的传感器监控温度、光线、噪音、空气质量和安全系统。关键系统中的执行器响应传感器检测到的变化,以根据外部天气关闭和打开灯、解锁安全门或调整HVAC系统。每个物联网设备和执行器可能使用不同的协议——例如 Wi-Fi、蓝牙、串行端口、消息队列遥测传输 (MQTT) Zigbee——来连接到网络,并且可能具有不同的管理和安全模型。

一个架构良好的边缘物联网网络可以处理来自所有设备的数据涌入以及部分数据处理。但是,某些功能(例如打开安全门)无法等待数据从物联网设备往返到基于云的应用程序或数据中心所需的时间。其他边缘设备——例如不常使用的低功耗控制器——无法分析它们收集的数据,因为它们缺乏这样做的计算能力,而还有一些会生成如此多的数据,以至于它不会以其原始形式有价值。

适当的边缘物联网架构的好处

实施良好的边缘物联网架构可减少系统的整体延迟,提高高使用率应用程序和设备的性能。它还减少了物联网网络与其他服务或网络部分(例如云)之间架构集成点的数据和通信瓶颈,因此它可以按照员工和客户今天要求的速度运行。

适当的边缘物联网架构还有这些优势:快速高效地部署物联网项目;整体降低物联网网络的安全风险;在技术堆栈中水平和垂直扩展物联网项目;将机器学习和人工智能等更新的处理技术添加到物联网网络。

边缘物联网架构需要什么?

设计和实施边缘物联网架构取决于多种因素:物联网设备,包括它们的年龄、集成技术和通信协议;需要在边缘部署多少智能;设备的物理位置;和受边缘物联网设备影响的系统。

在基本层面上,边缘物联网架构——不包括数据中心、云和企业层——将由两层组成:边缘设备和中间服务器。

边缘设备层

设备层或边缘是物联网架构的最外层。它由各种硬件组件组成,包括传感器、设备和执行器。

传感器监控互联产品和机器的真实状态。虽然大多数人认为它们只是物理对象,但任何收集和传输数据的东西都可以被视为传感器——例如,光、温度和湿度传感器、GPS 接收器和车载诊断传感器。

在谈论物联网时,人们通常会想到带有传感器的硬件设备来激活和控制它们并传输物联网数据。示例包括嵌入在智能汽车和家用电器中的微控制器,以及嵌入在机器人或工业设备中的Raspberry Pi 设备等单板计算机。

执行器控制物联网系统中的某些内容或对某些内容做出反应。它们可以是影响产品物理状态或环境的硬件或软件。API 根据从物联网架构的其余部分收集的数据触发执行器,例如智能灯、远程控制接入点、电机、机器人和软件命令。

中间服务器层

也称为控制层,物联网架构的这一层包含物联网网关和其他促进通信、卸载处理功能和驱动边缘操作的服务器。它是在将数据发送到数据中心或云之前对从边缘收集数据进行本地预处理的地方。

数据预处理减轻了带宽限制并优化了转发到系统其余部分的数据量。最大限度地减少传输的数据量会影响网络传输成本,尤其是在蜂窝网络上,从而节省大量成本。大多数网关支持双向通信并根据定义的规则和指南优先通信。例如,网关可以保留所有南向数据传输,而关键设备更新包则以另一种方式出现。

此外,它还允许将关键业务规则和过滤器实时应用于数据。根据这些过滤器处理、传输或存储数据以备后用,使公司能够更有效地管理数据并开发更有用的见解


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