何謂邊緣運算及其運作方式為何？ 深入探討邊緣運算

我們的生活環境充斥著小型伺服器運作。這些運作透過能提供快速高品質通訊的光纖纜線網路彼此連接。這理論上代表這些小型伺服器的功能與輸出就像一座巨大資料中心，為使用者提供必要的價值。這就是邊緣運算。

 

 

| 邊緣運算應用與解決方案 |

 

何謂邊緣運算？

邊緣運算是盡可能儲存最接近來源的個別使用者資料的過程。此位置可能是在周邊裝置或相關網路的邊緣。各種商機將伴隨在網路邊緣以及資料儲存裝置和處理器配置伺服器後出現。由於此資料更貼近使用者，代表能將延遲降至最低。這是一種最終運用最短所需距離的分散式 I.T. 網路。這可提升服務速度，且產生相關價值的提升。

 

邊緣運算的運作方式為何？

位置是邊緣運算的首要問題。由於裝置與經網際網路傳輸的資料量快速增加，傳統資料中心無不努力跟上。因此目前的焦點著重於基礎建設的邏輯邊緣，將資源重新配置到產生資料的節點。其實，並非是資料移動至資料中心，而是資料中心更接近資料。然而，越接近不一定指實體上越接近，而是指網路與路由層面越接近，這取決於企業使用服務供應商的數量而定，如雲端等，多數系統都有可能成為網路邊緣。不過，儲存裝置與伺服器都必須設置在資料所在的位置。而這需要少量的運算設置才能操作遠端 LAN，然後讓運算裝置配合網路以防範各種環境因素的影響。在處理資料時，同時進行資料流的標準化與分析以供商業智慧使用。最後，將只有片段的資料回流至主要資料中心。

 

邊緣運算的優勢 (例如最低延遲、精簡維護)

邊緣運算的優勢眾多，因為邊緣運算針對現有基礎架構的問題加以解決：

• 自主性－可在本機網路上處理資料，減少大量需傳送與接收的資料。這代表您需要更少的頻寬與連線時間。
• 資料管轄權－藉由讓資料更接近來源，減少相關跨國界、邊境與主權法律的問題。這代表邊緣運算造成的法律問題更少，其中包括安全性與隱私性。
• 安全性－邊緣部署允許資料在移至雲端或資料中心時進行加密。此外，邊緣運算可針對網路犯罪如駭客行為加以強化。這甚至可用於資安功能有限的物聯網裝置。
• 最低延遲－由於處理器更接近使用資料的位置，因此可改善處理時間。此外也能進行即時分析。讓新市場的商機呈指數型成長。 
• 精簡維護－微型資料中心 (µDC) 相當迷你，並可輕易在卡車上進行傳輸，且能以最大的存取性及模組化建立。
• 減少冷卻成本－大型資料中心的冷卻成本極高。不過，眾多小型資料中心的冷卻至少在理論上不需要太多費用。
• 氣候良知－若邊緣能適當最大化電腦化內的精度與效率，眾多小型資料中心則有可能使用比單一巨型資料中心更少的能源。

 

邊緣運算範例和使用案例

在現今科技瞬息萬變的世界，邊緣運算引起極大關注。以下是邊緣運算運用在各產業領域的一些範例：

• 醫療和病患監測

  邊緣運算運用於醫療產業。醫療裝置會產生大量資料，必須快速、有效率地加以處理。透過部署邊緣運算，醫療機構可在網路邊緣處理這些資料，加快診斷和治療的速度。
  此外，邊緣運算有許多機會可應用於住院方面。首先，這代表第三方儲存系統的需求更少。透過在本機處理資料，病患將擁有更多隱私。這也代表能更有效地通知病患的生命徵象，也建立一目了然的病患安全監控畫面。

• 智慧住宅

  相較於仰賴主要儲存樞紐傳送和接收資料的傳統系統，在智慧住宅建置邊緣技術提供更可行的解決方案。此方法不僅可降低延遲，還能提高安全性，同時將回傳成本最小化。因此，可更快速並且即時執行語音命令，為使用者提供流暢的高效率體驗。

• 智慧城市

  邊緣運算也運用於打造智慧城市。地方主管機關可藉由在城市中部署邊緣運算裝置，以即時監測交通、空氣品質及其他環境因素。此方法可協助他們快速確定和應對問題，改善市民的整體生活品質。

• 交通管理

  隨著道路交通流量不斷增加，對於智慧化交通管理系統的需求變得更加迫切。邊緣運算有助於將城市的交通流量最佳化，以動態方式在需要的地點和時間開放車道，並在管理自動駕駛汽車移動方面扮演重要角色。

• 製造和智慧工廠

  製造業運用邊緣運算改善其運作，例如：

  • 有效加快平台資料通訊：

    邊緣運算在使各種機械間資料通訊過程扮演重要角色。邊緣運算整合數位與實體技術，可更快速、更靈活地因應各種情況。此技術也整合預測分析與機器學習演算法，有助於建構可擴充且靈活的平台。整體而言，邊緣運算有助於提高製程中的資料通訊效率和有效性，以加快整體製程。

  • 方便機器維護和參數調整：

    機器自動化是製造業成功的關鍵。物聯網 (IoT) 用於偵測和監控機器運作，邊緣運算則用來分析現場資料。偵測到異常時，工作人員可進行修正或預先實施預測性維護，以免影響生產線。這些資料也可協助製造商分析對機器運作影響最大的指標、延長機器壽命、降低維護成本，並提高機器運作效率。

• 自動駕駛汽車

  邊緣運算在自動駕駛汽車的發展方面扮演重要角色。可即時因應路況。通常，將資料從車輛感測器傳輸到後勤雲端資料中心大約需要 100ms，而隨著資料量增加，傳輸時間可能變長。就行駛決策而言，資料傳輸延遲可能嚴重影響自動駕駛汽車的情境反應。因此，邊緣運算有助於解決資料中心之間的資料傳輸延遲以提高行車安全。

• 群眾管理

  邊緣運算對於管理大型活動必不可少，例如演唱會和比賽。群眾管理有助於控管群眾，讓行動應用程式能為每位參加者編寫關於門票購買、交通路線、入口或座位位置以及專屬活動內容的訊息。此外，邊緣運算可協助主辦單位瞭解參加者行動性和參與度，讓他們做出明智的決定，例如推出限時特賣。

• 分散式電網管理

  隨著越來越多來自不同領域的用電戶和發電廠採用分散式區域電網取代中央發電，在大量即時資料和同步的需求普遍增加。邊緣運算和儲能系統有助於進行分散式電網管理並將電網平衡最佳化。此技術也實現節能，例如降低高能耗生產活動和保護環境的成本。邊緣運算透過提高住宅、工廠、城市和國家的電力效率，實現以使用者為中心的電力服務並提供更多資料以妥善利用資源。

• 物流

  物流是另一個運用邊緣運算改善其運作的產業。在倉庫和運輸中心部署邊緣運算裝置，物流公司即可監控庫存量、即時追蹤貨件並將路線最佳化。此方法可協助物流公司縮短運送時間、降低成本並提高客戶滿意度。

• 保全

  邊緣運算已徹底改變各種領域，保全也不例外。邊緣運算技術的應用之一是在危險工作環境中確保工作人員安全。從現場攝影機、安全裝置、感測器等裝置收集的資料是達成此目標的關鍵。這些裝置有助於防止擅自進入現場，也可監控員工是否遵守安全規則。如果發生安全違規或潛在危害，這些裝置收集的資料可即時提醒相關主管機關。這種及時反應有助於避免災害並確保工作人員的身心健康。

邊緣技術有許多實際應用，以上列出的範例僅僅只是其中一部分。

 

邊緣運算架構

在了解邊緣運算的優點以及有哪些使用案例後，你應該已經知道邊緣運算的應用其實遍及我們的四周，那麼你知道邊緣運算的架構究竟是如何形成的嗎？其中又包含哪些重要層面呢？

典型的邊緣運算架構可以分成負責處理以及儲存全面資料的「Cloud Layer」，即時處理數據的「Edge Layer」，以及用以偵測數據以及進行簡單處理的「Device Layer」，往下帶你拆解邊緣運算架構三大層面：

圖：Edge Computing Architecture Overview 邊緣運算架構示意圖

 

Cloud Layer

雖然邊緣運算是為了解決雲端運算的擁擠以及時滯而進行發展的，但是事實上，在整個邊緣運算架構中，雲端運算仍然占了很重要的一個部分！我們可以說雲端運算，以及邊緣運算兩者是互補存在的，透過我們下面要介紹的 Edge Layer 來判斷資料的處理是否需要經過雲端運算後，如果資料需要經由雲端處理，會將資料傳至Cloud Layer進行較複雜的運算 ；另一方面，伺服器也會將部分或是關鍵資料回傳至 Cloud Layer，進行儲存及更全面地分析，以達到整合目的。

Edge Layer

這個部分主要是由 Edge Server，也就是邊緣伺服器組成，這些伺服器的所在地相較雲端伺服器來得更為遍佈，因此能透過分散式的邊緣運算，來實現盡可能接近資料來源的所在地，解決雲端運算延遲的問題。Edge Layer 可以說是整個邊緣運算的核心部位，透過接收由 Device Layer 傳遞而來的資料，在分析及處理過後，回傳至 Cloud Layer 做更廣泛地處理及分析；如果是 Edge Layer 無法處理的資料，再傳至 Cloud Layer 解析，以確保了資料傳輸正確性。

Device Layer

Device Layer 包含最多的裝置，小至我們手上的手機、電腦，大至汽車、工廠，都可能是 Device Layer 的一環，Device Layer 裡面的設備會透過各自所裝設的感應器，來蒐集以及偵測能夠協助該產品解決問題的數據，像是醫院裡面的設備可能就會蒐集病患的生命徵象，自動駕駛汽車便會蒐集馬路上其他的交通工具數據。雖然在 Device Layer 上面還有兩層運算能力更強的構造，但是事實上  Device Layer 也可以進行一些簡單的資料分析、處理以及儲存，以更即時並貼近數據來源地處理資料。

 

邊緣運算硬體設備與電源供應器的關係

對於邊緣運算設備而言，功耗是一個無法迴避的問題，設備內置的功能越多，所需的功率就越多。考慮電力需求時，工業物聯網環境充滿不可靠和不良的電源(dirty power sources)，而且某些邊緣設備並不是維持在常態開啟狀態，因此一些應用程序需要依賴低電量和替代電源等儲能系統。而在電源供應器的瓦數方面，不同的硬體設備會有其相應的瓦數與尺寸，往往越大的硬體設備所需的瓦數也越大，且尺寸也會隨之增大，為了讓邊緣運算單元更有效率的運行，在邊緣運算單元的設計方面，開始降低系統複雜程度，以利縮短反應時間。而此時縮小電源供應器單元、增加效率及散熱，就成了重點。

 

電源供應器如何影響邊緣運算表現

邊緣運算對於不同產業OT部署差異極大，在製造廠區部署保護和管理固定式工業自動化設備；在能源和公用事業等產業中部署遠端資產；而在運輸、鐵路、採礦和農業產業則是移動應用程序。每個產業都有各自的標準和認證，用以確保維護和應用領域知識、最佳實務(best practice)和安全性。相較於傳統資料中心的穩定環境，電源供應器因應邊緣運算的環境和硬體的尺寸，而對於電源效率、功率密度以及可靠度都有著舉足輕重的影響，其中「電」也是個關鍵因素，電源供應器不穩定，而導致斷電是一件常見又惱人的事，如高負載時，在提供高電壓時是否會漏電，而影響硬體設備的運行甚至是工安問題，以及在低負載，效率不會太差卻也能夠穩定的供電，讓設備維持在一個基礎的運算表現，雖然有一部分可以透過資訊技術(IT)和雲端環境去彌補缺陷，但是核心的影響還是在於硬體的品質，高品質電源供應器中的可以使邊緣運算裝置，在大量的數據處理中不會出現數據遺漏、數據失真等等。因此為了提供邊緣運算有更穩定、更優良的表現，優秀的電源供應器對於邊緣運算來說，也是不可或缺的一部分。

 

在這些邊緣運算應用中選擇電源的考量

邊緣運算的問題之一可能是對電源的需求。伺服器的位置無關緊要，只要有高性能的處理器就好。其他需要參考電源選項的考量有：安裝位置、輸入規格、操作溫度、IP 等級 (IEC60529) (IP－異物防護等級)、突波需求及電源接頭。所有這些變數在沒有任何重大停電狀況下，都會影響效率、效能與網路連續執行的能力。

 

邊緣運算、物聯網與 5G 可能性

邊緣運算是一個不斷湧入新技術的新興實體。而其各方面的特性也強化了可用性、功能和性能。越來越多產品特別採用邊緣技術製作。資料的去中心化將成為未來趨勢。5G 將藉由提升其功能如讓車輛具備自主性，對邊緣技術產生影響力。邊緣技術在讓無線網路更靈活的同時也能減少成本。由於物聯網仍在快速崛起，代表邊緣運算的發展將隨之成長。已在開發中的 MMDC (微型模組化資料中心) 也會有其大顯身手的餘地，而其體積將約只有一個盒子的大小。這些 MMDC 可部署在接近需要資料的位置。 

 

FSP 的邊緣運算電源解決方案

FSP 提供許多使用中的邊緣運算解決方案。這些方案皆配備適當的多重通訊技術，可強化任何網路。這些方案皆安裝最合適的電源供應以及各種相關功能。您可輕鬆連接這些資料中心並分析資料示意圖，提升您的業務功能。

 

全漢擁有齊全的CRPS產品線，適用於雲端、邊緣運算等應用領域。