受益于边缘计算的三个关键应用

李鸿洋 2022-07-14 1426

电子说

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边缘计算和 5G 网络正在改变物联网，增强跨多个部门的广泛应用的能力，并支持大量新兴应用。在本文中，我们通过研究三个突出的用例来说明边缘计算的强大功能。

工业4.0智能工厂

工业 4.0 为制造商提供了基于灵活的工业环境提高生产力和盈利能力的愿景，这些环境利用智能技术并需要有限的人工干预。但是，这种转变受到有线以太网网络复杂生产领域的主导地位的阻碍，这是由于其久经考验的时间敏感网络 (TSN) 功能而实施的。

例如，考虑一条现代装配线，它不再是线性的，而是根据容量在单元之间自适应地路由工作，或者依赖于自动导引车 (AGV) 的高效仓库。这些场景需要 5G 网络提供的低延迟、高可靠性的无线网络连接。

通过取代现有的硬连线网络，5G 在工厂车间实现了广泛的灵活性，并带来了边缘计算、软件定义网络 (SDN) 和专用网络等部署选项。

边缘计算和专用网络的结合解决了工业自动化的三个首要要求——数据本地化、可靠性和低延迟。随着世界各地的监管机构以合理的成本提供共享频谱，工厂运营商不再需要依赖云和公共共享基础设施来满足其网络需求。敏感的生产数据可以保留在工厂或工厂的本地。Open RAN (O-RAN) 和 SDN 网络功能支持经济高效地安装强大的本地 5G 无线电接入网络 (RAN)。这些小型 RAN 网络可以灵活部署和配置，以满足特定工业流程的延迟、可靠性和可用性要求。控制低延迟应用的现有有线网络，例如电机、驱动器、

图 1. 现有的有线网络可以与 5G RAN 基础设施集成。（来源：NXP 边缘计算基础知识）

联网汽车在许多方面，联网汽车可以被视为终极物联网边缘设备，将多个高性能边缘计算节点与高带宽网络和数十个传感器相结合。复杂的硬件和软件架构正在兴起，以取代高端汽车中的多个电子控制单元 (ECU)。这些新架构基于集中式计算资源，面向服务的网关 (SoG)，基于高功率、多核 SoC 产品，例如 NXP S32G 车载网络处理器。SoG 与负责车辆内主要功能的域控制器通信，图 2，并通过车载远程信息处理控制单元 (TCU) 提供通往云的安全路径。

图 2. 面向服务的网关架构。（来源：NXP 边缘计算基础知识）

SoG 的强大功能支持的车辆边缘处理是联网车辆发展的基础。车辆传感器每小时生成的 TB 级原始数据可以在本地进行处理，并且可以根据传感器检测到的信息和异常情况实时做出决策。复杂的机器学习 (ML) 算法可以在车辆边缘运行，通过预测和响应各种驾驶条件来提高智能和自主水平。

SoG 还协调软件、固件和 ML 模型的全车无线 (OTA) 更新，从而不断提高车辆的使用寿命，同时支持车辆 OEM 的增量创收服务。

5G 的推出被认为对于自动驾驶汽车的进一步发展至关重要，因为其超低延迟与多接入边缘计算 (MEC) 相结合，将云服务器从数据中心移开，更靠近车辆网络边缘。由此产生的延迟减少到个位数毫秒，使数据中心的处理能力具有自动驾驶汽车所需的实时响应能力。

可穿戴设备

电子设备不断增长的功率和不断缩小的外形尺寸使得可穿戴设备用例的种类和复杂程度迅速扩大。可穿戴设备可以以植入式设备、健身追踪器、智能珠宝、手表、鞋子和服装的形式出现，其新兴应用包括：

健康监测，包括运动和跌倒检测、紧急呼叫和生命体征报告（例如体温、氧气水平和心脏体征）

睡眠监测和治疗

膳食/卡路里跟踪

听力增强

社交距离以及接触者追踪和追踪

可穿戴设备中包含的计算能力以及外围设备和传感器的功能使它们能够充当真正的边缘处理设备。这些技术进步正在推动可穿戴设备与智能家居应用的融合，为消费者提供更高水平的便利。智能手表现在可以用来控制从照明系统到咖啡机的一切，还可以控制进入和安全系统。智能手表应用程序还与联网汽车工具集成，使用户能够访问天窗、座椅通风、温度和状态警报等控件。

电池寿命在可穿戴设备中至关重要；由于电池尺寸受物理空间限制，低功耗运行至关重要。可穿戴设备中的现代边缘处理器可以支持各种低功耗模式，使用各种低功耗设计技术在活动和睡眠模式下延长电池寿命。

除了处理能力水平的提高之外，传感器和外围设备的发展也增强了可穿戴设备的功能，包括复杂的图形、定位、语音控制和运动传感。可穿戴设备的边缘计算能力还确保快速、安全地处理生成的大量数据，减少对宽带处理的需求，降低功耗，从而延长电池寿命。

边缘处理正在消除云计算的限制

随着物联网的快速扩展，连接设备数量的增加暴露了其局限性，尤其是经典云计算模型的高延迟。尽管边缘计算不是一个新概念，但由于处理能力的提高和这些边缘设备中包含的电子设备的外形尺寸的缩小，其在嵌入式边缘设备中的应用已经成为可能。随着这些边缘设备的功能和复杂性不断提高，现有应用程序将得到增强，新的应用程序将会出现。

审核编辑黄昊宇

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