万物互联时代到来,如何建立有效的边缘物联网架构?

物联网网络已与生活中的技术版本进行了比较,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(例如我们过热时出汗),IoT网络使用硬件和软件组件进行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,IoT体系结构必须发展。当今的IT架构根本无法与IoT设备生成的数据量相匹配,并且无法维持传输和处理数据所需的处理能力。保持同步的方法是将边缘计算与IoT架构集成在一起。

边缘物联网架构将网络连接从集中式资源转移到资源、通信和传统处理上,这些资源更靠近生成数据的设备,以维持数据量和速度。走向边缘的重点是整个网络的数据传输的优先级和优化。

这种类型的架构可在IoT网络上分布智能,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体系结构,在该体系结构中,处理数据时应尽可能靠近原始数据源。在物联网架构中,这意味着要处理更靠近物联网硬件的数据,而不是将其发送到云或本地数据中心进行处理。

边缘物联网架构涵盖了从系统端点(包括设备、传感器、执行器和设备)到物联网网关的所有内容。网关是IoT网络的通信中心。在网关将数据转发到云或本地网络之前,它执行网络的关键功能,例如传感器数据聚合、传感器协议之间的转换以及传感器数据处理。

鉴于最近几年IoT设备部署的爆炸式增长,拥有正确的IoT架构是高可用性和高性能IoT网络的关键部分。

适当的边缘物联网架构的重要性

物联网设备会生成大量数据,并要求流程在毫秒内执行。根据Gartner的数据,当今大约有10%的企业生成数据是在传统数据中心或云外部创建和处理的。预计到2025年,这一数字将达到75%。 IDC注意到了类似的趋势,并相信到2025年全球数据领域将增长到175 ZB。

在连接物联网的办公楼环境中,成千上万个传感器监控温度、光、噪声、空气质量和安全系统。关键系统中的执行器会响应传感器检测到的变化,以关闭和打开照明灯,打开安全门或根据外部天气调整HVAC系统。每个物联网设备和执行器都可以使用不同的协议(例如Wi-Fi、蓝牙、串行端口、消息队列遥测传输(MQTT)或Zigbee)连接到网络,并且可能具有不同的管理和安全模型。

结构完善的边缘物联网网络可以处理来自所有设备以及部分数据处理的数据流入。但是,某些功能(例如打开安全门)无法等待数据从IoT设备到基于云的应用或数据中心的往返时间。其他边缘设备(例如不经常使用的低功耗控制器)无法分析收集到的数据,因为它们缺乏计算能力,而其他设备却会生成大量数据,以至于无法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,从而提高高使用率应用和设备的性能。它还可以减少IoT网络与其他服务或网络部分(例如云)之间的体系结构集成点的数据和通信瓶颈,因此它可以按照当今员工和客户的需求运行。

适当的边缘物联网架构还可以帮助组织:

快速有效地部署物联网项目;

降低整体物联网网络的安全风险;

在技术堆栈中水平和垂直扩展IoT项目;

将新的处理技术(例如机器学习和AI)添加到IoT网络。

这并不是说部署边缘物联网架构将适用于每个组织。在没有足够的安全性或IT基础设施策略的情况下实施该技术的组织将难以跟上并可能带来比其解决的风险更大的风险。

IT专业人员和技术决策者必须学会利用当今部署的破坏性技术来应对竞争的业务目标。 Gartner高级总监Ross Winser表示,传统工具和流程正在迅速达到极限。他在博客文章中写道,通过让IT专业人员和决策者尽早参与IoT体系结构规划讨论,组织可以避免无法预料的服务差距的级联效应,而这种差距可能会在未来引起严重的头痛。

您在边缘物联网架构中需要什么?

设计和实施边缘物联网架构取决于许多因素:

物联网设备,包括其寿命,集成技术和通信协议;

需要在边缘部署多少情报;

设备的物理位置;

受边缘物联网设备影响的系统。

从根本上讲,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。

传感器监视连接的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,但是收集和传输数据的任何东西都可以视为传感器-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,以激活和控制它们并传输物联网数据。示例包括嵌入在智能车辆和家用电器中的微控制器,以及嵌入在机器人技术或工业设备中的Raspberry Pi设备等单板计算机。

执行器控制或响应物联网系统中的某些事物。它们可以是影响产品或环境物理状态的硬件或软件。 API根据从IoT架构其余部分收集的数据触发执行器,例如智能灯、远程控制的访问点、电机、机器人和软件命令。

中间服务器层

IoT架构的这一层也称为控制层,包含IoT网关和其他服务器,这些服务器可促进通信,减轻处理功能并推动边缘操作。这是在本地处理从边缘收集的数据,然后再将其发送到数据中心或云的地方。

数据预处理可减轻带宽限制,并优化转发到系统其余部分的数据量。最小化传输的数据量会影响网络传输成本,尤其是通过蜂窝网络时,会节省大量成本。大多数网关都基于定义的规则和准则启用双向通信并确定通信的优先级。例如,网关可以保存所有向南的数据传输,而关键设备更新程序包则以其他方式提供。

此外,它允许将关键业务规则和过滤器实时应用于数据。基于这些过滤器、可以处理、传输或存储数据以供以后使用,从而使企业可以更有效地管理数据并开发出更有用的见解。

创建支柱

边缘计算仍在发展中,但它正迅速成为每个组织IT基础设施的支柱之一。部署在边缘设备层上的设备和传感器的数量每天都在增加。 IT专业人员必须知道这如何影响他们的整体架构。

考虑到系统和组织对数据的依赖,设备的选择和放置变得至关重要。组织找到了使用物联网的创新方法,只有具有坚实基础的架构才能适当扩展和支持边缘物联网技术。