由於物聯網和工業物聯網設備產生了大量的數據，邊緣運算正在爆炸式增長。隨著5G網路的發展和5G變得越來越普遍，來自新設備的數據將會比以往任何時候都多。因此，許多企業發現使用邊緣運算進行即時、低延遲的數據分析非常有效。邊緣運算已能夠在數據生成源附近進行數據的本地處理。專家估計，邊緣運算將在不久的將來達到頂峰。那麼，您可能會想，什麼是邊緣運算？邊緣運算有什麼好處？以及邊緣運算中的「邊緣」是什麼？我們將在下面詳細回答所有這些問題。
什麼是邊緣運算？
邊緣運算是一種分散式運算框架，它將運算能力帶到數據生成源附近。邊緣電腦就像迷你數據中心，處理和儲存數據，只將必要的數據發送到雲端進行儲存或後處理。例如，邊緣運算解決方案部署在物聯網和工業物聯網設備附近，提供即時數據收集、儲存和處理。這減少了相關的延遲量，並減少了物聯網設備所需的網路頻寬量。
邊緣運算之所以興起，是因為將物聯網設備和工業物聯網設備產生的所有數據發送到集中式數據中心進行處理和儲存，會導致延遲和頻寬問題，而邊緣運算可以輕鬆解決這些問題。
邊緣運算透過在數據生成源本地處理和儲存物聯網和工業物聯網設備數據，減輕了數據中心的負擔。將較少的數據發送到數據中心，為部署邊緣電腦的組織節省了大量的頻寬成本。此外，由於數據無需從原始設備長距離傳輸到數據中心再返回，本地處理數據顯著減少了延遲。隨著5G變得越來越普遍，邊緣運算只會變得更普遍和更快，從而改善依賴邊緣運算的組織的體驗。
邊緣運算對於組織和企業至關重要，因為它透過收集、處理和分析工業環境（例如製造設施）中普遍存在的數千個感測器和連網設備產生的數據，產生了見解。
分析物聯網和工業物聯網設備產生的數據可以提供對業務運營的深入見解，使組織能夠根據即時數據迅速採取行動。即時響應見解的能力使企業和組織能夠提高生產力以及其提供的產品或服務的品質。話雖如此，為了從數據中提取寶貴的見解，運算能力必須轉移到數據生成源附近的邊緣。
儘管邊緣運算正迅速普及，但雲端運算在當今現代世界中仍佔有一席之地。邊緣運算透過啟用需要即時、低延遲數據處理的應用程式來補充雲端運算。
邊緣運算中的「邊緣」是什麼？
在邊緣運算的背景下，「邊緣」指的是數據生成源。例如，如果您部署了物聯網設備或感測器來監測農作物生長，那麼邊緣將位於生成數據的感測器和物聯網設備附近。邊緣與雲端不同，雲端通常位於距離生成數據的設備數千英里的地方。也就是說，邊緣在哪裡這個問題因應用程式而異，因為它取決於拓撲結構。但通常情況下，邊緣通常比雲端更接近數據生成設備。
邊緣運算有什麼好處？
邊緣運算提供了多種好處，我們將在下面詳細探討：
1. 低延遲運算
邊緣運算的主要優勢之一是它比雲端運算具有顯著更低的延遲。低延遲對於需要即時數據處理和分析的應用程式至關重要，在這些應用程式中，每一毫秒都至關重要。儘管某些應用程式可能需要100毫秒的延遲，但也有一些關鍵任務應用程式需要顯著更低的延遲，這只能透過邊緣運算實現。邊緣運算提供更低的延遲，因為邊緣電腦通常部署在數據生成源附近，減少了數據傳輸以進行處理和分析的距離。
2. 降低頻寬利用率
邊緣運算的第二個好處是它減少了所需的網路頻寬。邊緣運算所需的頻寬更少，因為數據是在邊緣電腦上本地收集、儲存和處理的，無需將所有原始數據傳輸到數據中心進行處理和分析。
也就是說，本地處理數據並不表示無需向雲端發送任何數據，而是需要向雲端發送更少的數據。這是因為觸發特定事件的數據會被發送到雲端進行後處理和分析。這樣可以減少所需的網路頻寬。對於使用按流量計費數據方案的企業和組織來說，這將顯著節省成本。
3. 減輕數據中心的負擔
隨著數據量呈指數級增長，人們正在尋找替代方案來緩解數據中心面臨的壓力。邊緣運算可以透過在邊緣運算設備上本地儲存和處理數據來減輕數據中心面臨的壓力。邊緣電腦已經取得了長足的進步，可以配置強大的處理器和大量的告訴數據儲存，使它們能夠在邊緣而非雲端處理和儲存數據。
4. 工作負載整合
部署邊緣運算設備可以透過將工作負載整合到更少的設備上，為企業和組織節省大量資金。這使得組織能夠減少其硬體佔用空間，並減少故障點，因為更少的組件可能發生故障。此外，透過使用邊緣電腦整合工作負載，企業和組織將擁有更少的設備需要維護和監控。
5. 預測性維護
部署邊緣電腦的好處之一是它們能夠實現預測性維護。也就是說，邊緣PC可以監測從各種設備和感測器收集的數據，以確保機械和設備正常和最佳運行。此外，邊緣電腦可以使用人工智慧和機器學習(ML)演算法來檢測何時可能發生故障，促使管理層在故障發生之前進行維護或更換組件。這可以為企業節省大量的時間和金錢，因為可以方便地進行維護而無需突然停止生產。
6. 數據安全
邊緣運算提供數據安全性，因為需要傳輸到數據中心的數據較少，從而減少了數據在傳輸到數據中心時被誤處理或盜用的可能性。此外，邊緣電腦配備了TPM 2.0，透過身份驗證和金鑰管理來保護設備。此外，將處理、儲存和應用程式分散到各種運算設備上，使得單一中斷難以導致整個網路癱瘓。
7. 可靠性
邊緣運算硬體堅固耐用，使邊緣電腦比以往任何時候都更加可靠。堅固耐用的邊緣電腦可以部署在偏遠和充滿挑戰的環境中，同時它們能夠承受伺服器和普通桌上型電腦無法承受的惡劣環境因素。此外，邊緣PC配備了各種有線和無線連接選項，確保邊緣設備即使在穩定網路連接不總是可用的偏遠環境中也能保持連接。
邊緣運算的缺點
以下是與邊緣運算相關的一些缺點：
1. 可擴展性
雲端運算的擴展比邊緣運算更容易，因為透過雲端，只需點擊滑鼠即可輕鬆添加更多儲存空間和運算能力。這與擴展邊緣運算不同，邊緣運算需要新增或實體升級設備，組織才能獲得更多的運算能力或儲存空間。
2. 安全性
保護分散式邊緣運算網路可能很困難，通常需要實體存取每個部署的設備。此外，添加多個邊緣運算設備會增加攻擊的表面積。然而，邊緣電腦配備了TPM 2.0，透過身份驗證和金鑰管理來保護設備免受實體攻擊。
3. 儲存空間
邊緣運算比數據中心伺服器需要更多的儲存空間。然而，隨著固態數據儲存容量的增加以及固態硬碟變得更便宜，邊緣可以擁有大量的儲存空間，減輕了數據中心儲存所有物聯網和工業物聯網數據的負擔。
4. 維護
邊緣電腦可能比伺服器需要更多的維護，並且存取邊緣PC通常比存取伺服器更困難且更耗時。這是因為邊緣PC是分散式的，維護可能需要造訪部署設備的每個位置。這可能比選擇集中式運算解決方案花費組織更多的資金。
為什麼邊緣運算很重要？
邊緣運算之所以重要，是因為它對於適應物聯網和工業物聯網設備產生的數據大幅增長至關重要。所有生成的原始數據都必須經過處理和儲存，因此需要邊緣運算設備在本地處理和儲存數據，以減輕數據中心的負擔。
邊緣電腦就像迷你數據中心，位於數據生成源附近。邊緣電腦可以透過在本地處理和儲存數據來減輕數據中心的壓力，只將特定的重要數據推送到雲端。邊緣運算與雲端運算不同之處在於，大多數數據都在本地處理和儲存，只有一些相關或重要的數據才發送到雲端。這顯著減少了數據中心必須處理或儲存的數據量。
以監視系統為例。在舊系統中，所有原始錄影都會上傳到雲端進行遠程監控。然而，智慧監視系統配備了邊緣電腦，可以儲存、處理和分析錄影，只將觸發特定事件的錄影上傳到雲端進行遠程監控和控制。只發送部分錄影而不是發送整個錄影，顯著減輕了數據中心的壓力。因此，毫無疑問，邊緣運算將在未來發揮關鍵作用，以緩解數據爆炸對數據中心造成的壓力。
邊緣運算：堅固型邊緣運算
部署在邊緣的邊緣電腦通常經過加固，以承受其部署所在具有挑戰性的環境。部署在工廠、製造設施和戶外的系統必須能夠承受惡劣環境條件的影響，而普通消費級桌上型電腦無法應付這些條件。
堅固型邊緣運算解決方案無風扇，這表示它們透過散熱片進行被動冷卻。被動冷卻邊緣電腦允許系統製造商消除所有開口，使得灰塵和微小顆粒難以進入系統並損壞敏感的內部組件。
此外，邊緣電腦配備了寬廣的工作溫度範圍，從-40°C到85°C。寬廣的工作溫度允許部署者在極冷或極熱的環境中部署它們。
此外，堅固型邊緣PC具有抗震和抗振動能力。系統能夠承受5G的衝擊和50GRM的振動，符合MIL-STD-810G標準。這使得組織能夠在工業PC會頻繁且持續暴露於衝擊和振動的環境中部署系統。
此外，系統可配置SSD以增加抗震和抗振動能力。SSD（固態硬碟）比HDD（硬碟）更能承受衝擊和振動，因為它們將數據儲存在固態NAND晶片上，這些晶片比HDD用於儲存數據的旋轉金屬盤片更耐用。
堅固型邊緣PC採用工業級組件製造，這些組件經過測試和驗證，可在惡劣環境條件下部署，而普通消費級桌上型PC無法應付。
此外，堅固型邊緣運算解決方案配備了豐富的連接功能，無論部署環境多麼偏遠，都能讓堅固型工業PC連接到網路。系統配備了Wi-Fi 6，可實現超快速、低延遲的連接，以及雙SIM卡插槽，使用戶可以安裝兩個SIM卡營運商，以實現冗餘的4G、LTE或5G連接。
雲端運算與邊緣運算有何區別？
雲端運算是一種集中式運算框架，提供無限的運算能力和儲存空間。透過雲端運算，使用者透過網路連接到數據中心電腦，並為他們使用的資源（運算能力和儲存空間）付費。雲端運算用於各種用例，例如儲存備份、電子郵件、虛擬桌面、大數據分析以及各種其他用例。雲端運算通常被使用，因為它為企業和組織提供了一種無需投資底層基礎設施即可快速獲取運算能力、儲存空間和數據庫的方式。
另一方面，邊緣運算是一種分散式運算框架，許多工業級PC部署在數據生成源附近的邊緣，以即時處理敏感數據。在某些情況下，邊緣運算優於雲端運算，因為它提供超低延遲並為企業節省大量的網路頻寬費用。
邊緣運算類似於將雲端帶到您身邊。它提供比雲端更低的延遲，因為數據在生成源附近處理，消除了數據傳輸數千英里到數據中心進行處理的需要。它有可能為企業節省大量的網路頻寬，因為數據在本地處理，無需將所有原始數據發送到雲端。相反，只有關鍵數據才會發送到雲端進行遠程監控。
例如，假設一個組織正在開發一輛自動駕駛汽車。在這種情況下，它需要堅固耐用的工業級電腦來從感測器、高解析度攝影機和部署在車輛中的其他設備中擷取數據。感測器和攝影機生成的數據量太大，無法無線上傳到雲端，因此需要部署配備超快速NVMe儲存和強大處理能力的堅固型邊緣電腦，以即時收集和儲存數據。
此外，邊緣運算解決方案非常適合有限或沒有無線連接的遠程部署。邊緣電腦可以在沒有網路的情況下運行，並在網路連接可用時將關鍵信息上傳到雲端。此外，邊緣電腦配備了無線連接功能，包括最新的Wi-Fi 6和蜂窩連接，這得益於雙SIM卡插槽的可用性，允許添加雙SIM卡以實現冗餘。系統可以編程為在主營運商不提供連接時連接到第二個營運商。
儘管邊緣運算相較於雲端運算具有某些優勢，但它並非取代雲端運算，而僅是一種額外的運算框架，透過在邊緣端啟用更多應用來補充雲端運算。
邊緣運算有哪些範例？
讓我們來探索一些常見的邊緣運算範例。
1. 車隊管理
堅固耐用的邊緣運算裝置通常部署在車隊中，以智慧化地管理車隊，因為它們可以接入車輛的 CANBus 網路，收集並傳輸各種豐富的資訊，例如車速、引擎轉速、轉向角、行駛里程、維修需求至雲端。一旦資訊傳輸到雲端，車隊經理就能監控車隊的績效，並利用從車隊車輛收集到的大量數據中獲得的寶貴洞察力來改進車隊。車隊經理可以利用這些數據來優化路線、排程，並對車隊車輛進行預測性維護。這可以提高車隊績效並降低營運成本。
2. 工業自動化與控制
邊緣電腦也常被用於產品製造設施的工業自動化與控制。例如，邊緣電腦可以實現工廠機器、感測器和設備之間的通訊。此外，它們還允許這些設備與網際網路通訊，讓它們可以將關鍵資訊上傳至雲端進行遠端監控和控制。此外，邊緣電腦能夠透過將多個操作分組到單一系統來整合工作負載，這簡化了系統並提高了效率。
3. 石油與天然氣資產的遠端監控
邊緣運算解決方案通常部署在油氣田，以監控和控制油氣田中部署的大量資產。例如，邊緣電腦用於監控管道中的燃料流動，為天然氣和石油生產設施提供寶貴的營運洞察。這讓他們能夠發現關鍵問題並迅速應對。
4. 智慧農業
邊緣 PC 也常作為 IoT 閘道器部署，用於智慧農業應用。例如，邊緣運算解決方案通常用於收集、處理和分析天氣狀況、土壤濕度、陽光和其他變數，以改善作物生長。此外，從 IoT 邊緣電腦收集的數據所帶來的洞察力，可以被農民用來預測作物產量，使農民能夠更好地規劃作物在收成和銷售後的分配。
5. 智慧監控系統
邊緣運算解決方案也作為智慧監控系統的一部分進行部署，因為它們能夠在惡劣的環境條件下進行室內外部署。堅固耐用的邊緣電腦用於收集、處理和分析影片畫面，只將觸發特定條件的畫面傳送至雲端進行遠端監控和控制。這與非智慧監控系統將所有影片畫面都上傳至雲端不同。由邊緣 PC 驅動的智慧監控系統減少了系統所需的網際網路頻寬，因為只有部分畫面會傳送至雲端。
6. 自動服務機
堅固耐用的邊緣運算解決方案通常部署在您在雜貨店、機場和其他公共場所常見的自動服務機中。邊緣 PC 之所以常用，是因為它們配備了豐富的 I/O 介面，可以連接到自動服務機上通常會發現的各種週邊設備。這些週邊設備包括鈔票讀取機、條碼掃描器、指紋掃描器、攝影機、顯示器、收據印表機以及自動服務機上常見的其他週邊設備。此外，自動服務機 PC 都經過強化，以承受自動服務機具挑戰性的環境條件，使其成為部署在自動服務機中的理想解決方案。此外，它們還配備了豐富的無線連接功能，使自動服務機保持與網際網路的連接以服務客戶。
5G 將如何推動邊緣運算發展？
5G 提供優越的低延遲性，遠勝於即將淘汰的 4G 技術，並在更接近終端用戶的地方提供比 4G 快 10 倍的速度，顯著提升應用程式的效能，並讓系統能夠即時處理大量數據，以提供更優質的客戶服務。5G 有助於將類似雲端的處理能力、儲存和網路帶到更接近終端用戶的邊緣。
此外，邊緣運算結合 5G，使得人工智慧、機器學習、物聯網處理和邊緣決策得以實現，這在以前的邊緣端是很難做到的。這是因為 5G 和邊緣運算實現了超高速的資訊處理。之所以如此，是因為在邊緣端、靠近 5G 天線處理資訊，減少了數據傳輸的距離和時間，從而實現了即時處理和決策。低延遲是許多高級應用的決定性因素。5G 實現了這些應用，因為它承諾提供 1 到 2 毫秒的延遲，提高了應用程式的性能。
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