「霧計算」重新定義物聯網的計算邊界

2021-02-13 慧聰電子網


在過去的20年,雲計算的興起把端部的計算和存儲挪到了雲端,便於數據聚合和統一管理,隨著物聯網時代的到來,物聯網設備連接量正在以指數級速度增長,「雲計算」已經不能滿足全部的應用場景,「霧計算」應運而生。"霧計算"把聚合的計算和存儲在此部分分配到管道和端部,形成更快速響應和超大規模的運算體系。這個新型的計算體系對一個企業對雲、管、端的控制力和動態管理能力提出了新的要求。

霧計算(Fog Computing)是雲計算(Cloud Computing)的延伸概念,主要用於管理來自傳感器和邊緣設備的數據,將數據、(數據)處理和應用程式集中在網絡邊緣的設備中,而不是全部保存在雲端數據中心。在終端設備和雲端數據中心之間再加一層「霧」,即網絡邊緣層,比如再加一個帶有存儲器的小伺服器或路由器,把一些並不需要放到雲端的數據在這一層直接處理和存儲,可以大大減少雲端的計算和存儲壓力,提高效率,提升傳輸速率,減低時延。

霧計算技術採用分布式的計算方式,將計算、通信、控制和存儲資源與服務分布給用戶或靠近用戶的設備與系統。可以說,霧計算擴大了雲計算的網絡計算模式,將網絡計算從網絡中心擴展到了網絡邊緣,從而更加廣泛地應用於各種服務。霧計算在地理上分布更為廣泛,而且具有更大範圍的移動性,這讓它適應如今越來越多不需要進行大量運算的智能設備。對一些對時間延遲敏感的應用如實時和流媒體應用中,霧計算也具有更大的優勢。

霧計算並非由性能強大的伺服器組成,而是由性能較弱、更為分散的,處於大型數據中心以外的龐大外圍設備組成,這些外圍設別包括智能終端本身,也包括把智能設備與雲端相連接的網關或路由設備,可以滲入工廠、汽車、電器、街燈及人們物質生活中的各類可計算設備中。

早期「霧計算」所用的設備就是小伺服器或路由器,可以放到小區、工廠、企業、家庭等裡面。現在,通過傳感器、大數據和人工智慧的不斷發展進步,「霧計算」可以應用在各種需求場景中。例如溫度計每秒的讀數是無需上傳到雲裡的。霧計算技術要做的是在實時數據的基礎上得到一個平均數,然後每半小時左右將其上傳到雲裡。如果溫度出現異常,傳感器仍然可以相當智能地迅速做出反應。

2010年11月28日,「維基揭秘」網站發布了25萬餘份美國國務院機密文件,將諸多美國外交內幕和盤託出,爆出了美國歷史上也是世界歷史上最大規模的洩密事件。與此同時,在中國國內的網際網路上也集中爆發了一連串的網絡個人信息洩露事件。

針對日益嚴重的數據洩露事件,美國國防預先研究計劃局(DARPA)啟動了多尺度異常檢測項目,在此之下,Allure安全技術公司和美國哥倫比亞大學提出了「霧計算」網絡積極防禦概念,用以識別那些正在洩露機密信息的人員或者潛在的惡意內部人員。該計劃重點關注涉密網絡的內部攻擊者,並向其提供自動生成的虛假情報、誘餌信息,引誘他們訪問並擅自發布,然後跟蹤其訪問和傳播範圍,藉以收集相關信息。

2011年3月,喬治亞國家計算機應急響應中心檢測到一種新型的網絡攻擊軟體,該軟體以竊取喬治亞和美國政府機密文檔與政府情報信息為目標,可將收集到的情報信息上傳到命令與控制伺服器。為了調查和追蹤這個惡意軟體和控制伺服器,喬治亞信息安全專家巧妙利用信息誘騙技術(包含病毒的偽造涉密ZIP文檔),成功追蹤到來自於俄羅斯官方安全機構的黑客並拍下照片。

在「霧計算」概念出現之後,美國思科公司把"霧計算"這個名詞接過去使用,提出了「霧計算」是「雲計算」的延伸概念,用於推銷其產品和網絡發展戰略,希望不再拘泥於雲計算,研究如何在物聯網設備上存儲和處理它們自身產生的數據。不過從思科講霧計算到現在,真正落地的案例並不多,思科的路由器和交換機技術缺乏對終端設備的定義和控制能力,大部分場景無法把霧計算的能力真正體現出來,空留於理論。

2015年11月,ARM、戴爾、英特爾、微軟等幾大科技公司以及普林斯頓大學加入了這個概念陣營,並成立了非盈利性組織 OpenFog Consortium (開放霧聯盟),旨在推廣和加快開放霧計算的普及,促進物聯網發展。2016年5 月該組織在普林斯頓大學召開聯盟會議,但目前僅限於理論階段。

隨著傳感器的發展,物聯網時下正席捲幾乎每個行業,智能終端的數量和採集數據的規模都在幾何級增加,對企業的計算和存儲都帶來非常大的壓力,通過霧計算,大量的實時數據不用全部傳到雲端存儲計算後,再把需要的數據從雲端傳回來,而是可以在網絡的邊緣直接處理有用的數據,大大提高了企業效率。

霧計算可降低耗能。雲計算把大量數據放到「雲」裡去計算或存儲,「雲」的核心是裝有大量伺服器和存儲器的「數據中心」。由於目前半導體晶片和其他配套硬體還很耗電,全球數據中心的用電功率相當於30個核電站的供電功率,其中90%的耗電量都被浪費,效率很低。谷歌位於全球數據中心的用電功率就達到3億瓦特,這一數字超過了3萬戶美國家庭的用電量。當未來數據傳輸量(指大量無線終端和「雲」之間的傳輸)進一步成指數式增長,雲中心會無法再維持下去。

霧計算可提升效率。隨著物聯網的到來,各行各業包括家庭電器、可穿戴設備、汽車周邊、工業農業、商用設備等等各種需要連網的終端設備數量的增長,將產生極其大量的數據發送和接收,可能造成數據中心和終端之間的I/O(輸入輸出)瓶頸,傳輸速率大大下降,甚至造成很大的延時,一些需要實時響應的設備將無法保證正常運行,比如:無人機、安防報警、監護設備等。

霧計算可用於海量數據分析。大量企業對於海量數據採集需求的解決辦法是減少數據採集的頻率和總量,比如每10分鐘採樣一次,一天下來可能就採集上百次,精準度和效率會大打折扣,一些需要海量、不間斷數據採集的設備就會降低本身的服務價值,而一些需要及時決策的設備在等待全部數據上傳雲端運算決策後再返回設備端會大大降低服務能力。

霧計算可使升級更安全。在沒有成熟技術平臺時,大部分設備怎麼計算,出廠時就已經定型了,除非用一個很重的辦法去遠程升級它的整套系統,但這樣升級效率低,也很危險,有可能一換作業系統,市面上上百萬臺設備就永遠失聯了。

領先的物聯網雲服務公司機智雲採用「霧計算」解決客戶需求

國內專注於物聯網雲服務的創新公司機智雲開發的「霧計算」系統應用已經正式運行,其對霧計算的落地策略不同於思科等通信設備供應商。思科主要靠路由器和交換機來部署霧計算,而機智雲現在的"霧計算"的發力點落在了數量更為龐大的通訊模組DTU(Data Transfer Unit)和網關 (Networking Gateway) 上。這些設備都是機智雲直接可控的計算單元,「霧計算」就是從雲端向這些邊緣設備動態分配計算和存儲能力。

據了解,機智雲ECE霧計算框架,在DTU或網關上嵌入了一個「微容器」,可以執行以Javascript,Python,Lua等輕量級的腳本語言構成的「微應用」。這些「微應用」可以做數據處理、協議轉換、以及實現設備之間的互聯互通。開發者可以直接在雲端編寫各種腳本,可以通過ECE系統方便地推送到微應用容器中,就可以實時把運算能力部署到設備端,設備不用重啟,也不需要原先的整個系統OTA固件升級,而是只需要更新它在霧端的算法和微應用。

具備「微應用」的設備可以根據業務需求,實現毫秒級數據採集分析,提供更大的可分析數據量,並具備本地判斷能力,精確度與效率得到大大提高。但這種設備端的計算並不會取代雲端運算,而是設備端經過微應用數據處理,將已經處理好的有用數據發送到雲端,雲端再去做數據匯總,設備端有效放大了雲端的匯總能力。現在,通過霧計算的方式,雲端可以快速靈活地更新它在霧端的微應用,有效地把「軟體定義硬體」升級到「雲端定義硬體」。

在過去的20年,雲計算的興起把端部的計算和存儲挪到了雲端,便於數據聚合和統一管理,現在"霧計算"把聚合的計算和存儲在此部分分配到管道和端部,形成更快速響應和超大規模的運算體系。這個新型的計算體系對一個企業對雲、管、端的控制力和動態管理能力提出了新的要求。

對此,機智雲CEO黃灼表示,機智雲有超過6年的物聯網技術積累和創新經驗,目前平臺支撐超過700萬臺物聯網設備,在技術創新和應用上一直處於國際領先水平,隨著IoT產業的不斷發展,連網設備的計算能力也在不斷增加,機智雲把「霧計算」的應用在IoT領域往前推進一步,以滿足客戶產品的特定功能需求。

而另一個創新之處是,機智雲把動態部署運算的能力賦予給低級處理器,就連幾塊錢的普通單片機(MCU)也可以參與到霧計算。機智雲作為全棧的物聯網技術平臺(Full Stack IoT Platform),對雲、管、端三者有很強的控制力,這是機智雲平臺落地霧計算的優勢。

霧計算和雲計算一樣,是市場發展需求的技術解決手段。在物聯網日漸增長的智能終端格局裡,霧計算會有非常廣泛的應用,而在每個行業的每一次顛覆性創新,總有一個痛苦的市場磨合階段,需要創新與執行力兼備的企業來實現創新的商業化,機智雲正在做這樣的實踐。

霧計算和雲計算一樣,十分形象。雲在天空飄浮,高高在上,遙不可及,刻意抽象;而霧卻現實可及,貼近地面,就在你我身邊;企業級計算的未來仍然在雲中,但是未來真正的計算變革卻會在這裡發生,在你我身邊——不在雲中,在霧裡。(援引自《華爾街日報》網站《忘記「雲」;「霧」才是科技的未來》)

相關焦點

  • 霧計算
    這個因「雲」而「霧」的命名源自「霧是更貼近地面的雲」這一名句。霧計算和雲計算一樣,十分形象。雲在天空飄浮,高高在上,遙不可及,刻意抽象;而霧卻現實可及,貼近地面,就在你我身邊。霧計算並非由性能強大的伺服器組成,而是由性能較弱、更為分散的各類功能計算機組成,滲入工廠、汽車、電器、街燈及人們物質生活中的各類用品與雲計算相比,霧計算所採用的架構更呈分布式,更接近網絡邊緣。
  • 雲計算、霧計算、邊緣計算
    霧計算霧計算(Fog Computing),在該模式中數據、(數據)處理和應用程式集中在網絡邊緣的設備中,而不是幾乎全部保存在雲中,是雲計算(Cloud Computing)的延伸概念,由思科(Cisco)提出的。這個因「雲」而「霧」的命名源自「霧是更貼近地面的雲」這一名句。霧計算和雲計算一樣,十分形象。
  • 霧計算+IoT及未來研究方向
    目前的物聯網架構仍然是以云為中心,主要特徵是終端到雲的通信,並在雲端進行數據分析,也就是以事後分析型應用為主。而隨著物聯網的發展,實時反饋型應用需求會更多,目前以云為中心的架構顯然不能滿足此類應用的需求。從而,學術界和產業界提出把霧計算應用於物聯網以使能其「智能化」。可以說,霧計算的發展,本質上是來自於物聯網的需求和驅動。
  • 怎麼理解雲計算、霧計算、邊緣計算?
    因此,我們需要對計算資源進行重新整合併加以利用。這個時候,雲計算誕生了,接著便誕生了霧計算、邊緣計算等一系列的計算方式。今天就跟著現編一起來了解下它們到底是什麼吧!由於將數據導出到處到雲端的過程複雜、數據傳輸的帶寬限制以及傳輸的延時性等,在數據指數級上漲的今天,雲計算已經出現了一些瓶頸問題,這個時候,便出現了更貼近我們生活的霧計算。        霧計算主要是由各種性能相對較弱、更為分散的各種功能計算機組成,包含了電器、工業機器、汽車、路燈等人們生活中的各種智能終端物品。
  • 霧計算?邊緣計算?雲裡霧裡還被邊緣?(好書連載)
    霧計算在物聯網中的需求體現在如下幾個方面。1)傳感器/執行器的數據處理需要經過「霧計算」緩衝後進入雲霧計算中的邊緣設備能夠處理來自傳感器/執行器的數據,處理中過濾出需要轉移到數據存儲單元、資料庫進行分析的內容。霧計算的分布式架構包括霧節點和邊緣智能設備。邊緣智能設備中執行數據採集、邊緣計算和智能處理。
  • 霧計算是個什麼鬼?深度對比霧計算和雲計算
    相對於雲計算來說,霧計算離產生數據的地方更近,「霧比雲更貼近地面」的說法不是沒有道理的!所以,我們定義為:霧計算就是本地化的雲計算,就直觀理解了。霧計算介於雲計算和個人計算之間的,是半虛擬化的服務計算架構模型。
  • 霧計算和邊緣計算對物聯網的意義何在?
    霧計算將一些處理和資源置於雲的邊緣,它不是為雲存儲和計算建立渠道,而是減少信息的發送降低對帶寬的需求,再在某些接入點進行聚合。通過使用這種分布式策略,可以降低成本並提高效率。上述特性使霧成為許多關鍵IoT服務和應用非常好的平臺,包括聯網汽車、智能電網、智慧城市,以及常見的無線傳感器和執行器網絡(WSAN)。另一種理解霧計算的方法是將其視為虛擬化平臺,該平臺通常位於終端用戶和雲數據中心之間。因此,霧計算可以在延遲,功耗等方面提供更好的服務。霧能計算系統以廣泛分布的方式靠近終端用戶部署,這使得這種能力成為可能。
  • OpenFog聯盟:霧計算如何助力工業物聯網——霧架構的五個優勢及八大支柱模型
    在霧計算與雲計算之間的平衡控制,將有助於工業物聯網更好的發揮其潛能。通過工業物聯網(IIoT )來實現自動化系統,部署傳感器來測量、監控和分析數據,從而提高效率,並增加生產經營的收入,越來越多的製造企業正受益於此。
  • 雲計算、霧計算、邊緣計算到底是怎麼回事?
    物聯網產生了前所未有的大量數據,進而對網絡結構產生巨大的壓力。這些年,各種「計算」層出不迭,網格計算、雲計算、霧計算、霾計算、邊緣計算…即便身處ICT行業,也很容易被這些不同的計算搞的雲山霧罩。最初「霧計算」這個名字還是由美國紐約哥倫比亞大學的斯特爾佛教授(Prof. Stolfo)起的,不過他當時的目的是利用「霧」來阻擋黑客入侵。顯然,這與我們現在所講的「霧計算」有著巨大的差距。
  • 霧計算是怎麼回事?
    為了能夠及時有效地處理這些數據並提供高質量服務,需要實現資源可視化和網絡智能化,即通過資源共享機制和協同服務架構,充分利用網絡環境中分散存在的計算、存儲、通信和控制等資源,有效提升用戶體驗,這就是霧計算技術。霧計算可以有效地對本地物聯網數據實施分布式、實時性的智能處理和決策。
  • 【知識積累】霧計算與邊緣計算有什麼區別?
    霧計算和邊緣計算——這兩個與物聯網相關的概念之間的區別很大程度上取決於詢問的對象。這裡分為三種方式,可能會了解這些新興術語使用的三種方式。 同義詞。許多IT專業人員廣泛且可互換地使用霧計算和邊緣計算這兩個術語來指代在網絡外圍或附近的計算和存儲資源的分布。
  • 霧計算是物聯網的下一個重大創新
    霧計算如何影響世界的一個例子是當地的能源使用。Shaun Varga和Ross Laurie寫了《能源霧》,論文中討論了霧計算將如何成為P2P能源交易的關鍵推動因素。 這篇論文討論了我們如何與當前的電網輸送樞紐系統交互——即使是在人們通過可再生能源創造自己多餘電力的情況下,也需要傳輸回電網。
  • 邊緣計算的三種模式:MEC、微雲和霧計算
    IDC預計,2020年全球將有超過500億的終端與設備聯網,超過40%的數據要在網絡邊緣側進行分析、處理與存儲。那麼,這種適用於網絡邊緣側的邊緣計算究竟是怎樣的技術呢?公開資料顯示,邊緣計算是在靠近物或數據源頭的一側,綜合了網絡、計算、存儲、應用等核心能力的開放平臺。
  • 詳解雲計算、霧計算和邊緣計算(好文收藏)
    霧計算主要用於處理物聯網等數據生成量大但與雲端連接不規則的場合,如中興通信開展的基於霧計算的NB-loT的架構。邊緣計算則是指接近用戶,如基站端的處理。本文由微信公眾號工業智能化(ID:robotinfo)整理髮布,轉載請註明!根據Oracle發布2017雲十大趨勢,未來與雲產生關聯的業務將會成為常態,同時雲能夠幫助中小企業實現創新。
  • 霧計算vs邊緣計算
    霧計算和邊緣計算都是早些年被提出的概念,但是為什麼最近這幾年開始大力的發展呢?先前,物聯網行業的發展沒有現在這麼的迅速,物聯網的設備沒有這麼的多。在過去,數據在前端進行採集通過網絡傳輸的雲端進行計算,將計算結果等一系列數據返回前端進行相應的操作。
  • 霧計算在物聯網中的應用
    霧計算是關於如何有效地存儲和訪問數據。霧計算是指分散在網絡中的邊緣計算節點的網絡化,這樣它們可以在不同地點上分布,但仍然在這些節點之間提供有組織的通信。霧計算的使用涉及到一個複雜的邊緣設備互連過程。邊緣設備包括傳感器、存儲系統和網絡基礎設施,它們一起工作來捕獲和分發數據。
  • OpenFog Consortium發布霧計算參考架構
    劃時代的技術文件為設計基於霧的解決方案定義了一個開放架構;有望加速物聯網、5G和人工智慧應用創新,為開發行業標準奠定基礎。
  • 【技術文章】邊緣計算和霧計算解釋
    通過在數據源或其附近處理數據,可以將可能無法持續連接到網絡的資源(例如筆記本電腦、智慧型手機、平板電腦和傳感器)用於優化雲計算系統。雲計算以十年前我們無法想像的方式改變了計算。從語音控制到自動化,能夠在幾秒鐘內處理掉設備上的大量數據帶來了巨大的好處。但是,當您沒有幾秒鐘,或無法建立連接時會發生什麼?歡迎來到邊緣。
  • 無處不在的雲計算又多了一個兄弟——霧計算
    「霧計算」的效果與特點  最初「霧計算」這個名字還是由美國紐約哥倫比亞大學的斯特爾佛教授(Prof.Stolfo)起的,不過他當時的目的是利用「霧」來阻擋黑客入侵。後來美國思科公司把這個名詞接了過去,用於推銷產品和網絡發展戰略。而IBM一直在推動網絡「邊緣化」,準備把很多「雲計算」的工作逐步移到「霧計算」。
  • 霧計算是什麼?作為雲計算的延伸擴展有何玄機
    雲計算、物聯網、霧計算,相信這些名詞早已進入大家的視野。其中,霧計算的概念2011年由Cisco提出 [1],相對較新。時至今日,霧計算已經成為研究的熱點和重點,並被業界寄予厚望。然而,筆者仍能看到對霧計算沒有根據的質疑,無外乎兩種:不就是本地伺服器嗎?雲裡霧裡的,炒作呢吧?霧計算遠遠不止那麼簡單,它是對數以萬計的「本地伺服器」整體性的考量。