6 物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算 6.4 分布式計(jì)算-霧計(jì)算和邊緣計(jì)算

6.物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算物聯(lián)網(wǎng)概論主講教師：12物聯(lián)網(wǎng)五大關(guān)鍵要素什么決定了IoT的計(jì)算能力？物聯(lián)網(wǎng)硬件平臺(tái)1234軟件程序硬件處理單元物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)中間件技術(shù)（介于操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序之間）分布式計(jì)算36.物聯(lián)網(wǎng)的計(jì)算6.36.16.26.4物聯(lián)網(wǎng)硬件平臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)操作系統(tǒng)中間件技術(shù)分布式計(jì)算需求：傳統(tǒng)的本地存儲(chǔ)、計(jì)算工具，以及傳統(tǒng)的離線分析工具都已經(jīng)不再適合因萬(wàn)物互聯(lián)會(huì)生成海量數(shù)據(jù)的物聯(lián)網(wǎng)場(chǎng)景。趨勢(shì)：新的海量數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分析技術(shù)（大數(shù)據(jù)）和計(jì)算技術(shù)（云計(jì)算、霧計(jì)算、邊緣計(jì)算等）是物聯(lián)網(wǎng)的補(bǔ)充技術(shù)要素，也是未來(lái)的趨勢(shì)。5云計(jì)算的局限性@應(yīng)用場(chǎng)景6場(chǎng)景1場(chǎng)景2場(chǎng)景3為什么需要霧計(jì)算和邊緣計(jì)算——云計(jì)算存在局限性問(wèn)題：將數(shù)據(jù)從云端導(dǎo)入和導(dǎo)出實(shí)際上比想象的要更為復(fù)雜由于接入設(shè)備越來(lái)越多，在傳輸數(shù)據(jù)、獲取信息時(shí)，帶寬就不夠用物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備要求具備可靠性，以保證出現(xiàn)服務(wù)故障的情況下也能執(zhí)行任務(wù)。解決：隨著物聯(lián)網(wǎng)的不斷發(fā)展，百分百依賴(lài)云端存儲(chǔ)和計(jì)算不現(xiàn)實(shí)，本地的處理和存儲(chǔ)能力越來(lái)越重要，這為霧計(jì)算和邊緣計(jì)算的產(chǎn)生提供了空間。7霧計(jì)算的基本概念霧計(jì)算是最近出現(xiàn)的詞，公認(rèn)由思科公司于2011年提出。霧計(jì)算鼓勵(lì)能力很弱的節(jié)點(diǎn)參與計(jì)算，更加強(qiáng)調(diào)參與計(jì)算的節(jié)點(diǎn)數(shù)量，支持節(jié)點(diǎn)之間的對(duì)等互聯(lián)，是介于云計(jì)算和本地計(jì)算之間的半虛擬化服務(wù)計(jì)算架構(gòu)。8霧——更接近地面的云和云計(jì)算相比，霧計(jì)算在位置上更接近設(shè)備，而并不像“云”那么高高在上，遠(yuǎn)離設(shè)備。霧計(jì)算的實(shí)施實(shí)體并非集中放置的性能強(qiáng)大的服務(wù)器集群，而是由性能較弱（相對(duì)于服務(wù)器而言）、更為分散的各種功能計(jì)算機(jī)組成，滲入電器、工廠、汽車(chē)、街燈及人們生活中的各種物品。。9霧計(jì)算的位置和特點(diǎn)霧計(jì)算的位置：放在物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備所構(gòu)成的局域網(wǎng)內(nèi)。霧計(jì)算的特點(diǎn)：處理能力強(qiáng)的單個(gè)設(shè)備可以接收多個(gè)終端設(shè)備來(lái)的信息，處理后的信息發(fā)回需要的地方。霧節(jié)點(diǎn)：網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)關(guān)被稱(chēng)為霧節(jié)點(diǎn)，可以進(jìn)行數(shù)據(jù)收集、處理、存儲(chǔ)。多種來(lái)源的信息被收集到網(wǎng)關(guān)后，可以被處理和存儲(chǔ)，處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送回需要該數(shù)據(jù)的設(shè)備。10物聯(lián)網(wǎng)服務(wù)交付中云資源和霧資源的角色霧計(jì)算——智能設(shè)備與大規(guī)模的云計(jì)算和存儲(chǔ)服務(wù)之間的橋梁。霧計(jì)算：提供更佳延遲性能的服務(wù)。云計(jì)算：強(qiáng)大的計(jì)算、存儲(chǔ)和通信能力。移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商是霧計(jì)算服務(wù)的潛在提供商，他們可以通過(guò)在其服務(wù)網(wǎng)絡(luò)甚至蜂窩塔處向企業(yè)提供作為IaaS、PaaS或SaaS模型之一的霧服務(wù)。11霧計(jì)算技術(shù)提升物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)性能12更好的延遲性能霧計(jì)算資源（基礎(chǔ)設(shè)施）位于智能對(duì)象和云數(shù)據(jù)中心之間，更靠近終端用戶，能提供更好的延遲性能，有望為實(shí)時(shí)交互性的服務(wù)帶來(lái)更佳的性能。更靈活的橫向擴(kuò)展霧計(jì)算允許物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)更具橫向擴(kuò)展性，例如，隨著最終用戶數(shù)量的增加，部署的“微型”霧中心的數(shù)量可以靈活增加，以應(yīng)對(duì)不斷增加的負(fù)載。相比之下，云計(jì)算中心的部署成本高昂，增長(zhǎng)，因?yàn)椴渴鹦碌臄?shù)據(jù)中心成本高昂。更分散的部署密度霧計(jì)算資源的部署比云計(jì)算更具地理上的分散性，有助于提供更具彈性（魯棒性）和移動(dòng)性的分布式計(jì)算服務(wù)。支持霧云計(jì)算協(xié)同霧資源可以執(zhí)行數(shù)據(jù)聚合，將部分經(jīng)處理的數(shù)據(jù)（而非原始數(shù)據(jù)）發(fā)送到云計(jì)算平臺(tái)進(jìn)一步處理，分擔(dān)了云計(jì)算中心的壓力，起到負(fù)載均衡的作用。更低的部署成本霧計(jì)算的基礎(chǔ)設(shè)施由存儲(chǔ)、處理和通信能力有限的“微型”中心構(gòu)成，其成本大大低于云計(jì)算的數(shù)據(jù)中心，因此可以部署許多這樣的“微型”中心，使其更接近最終用戶。低延時(shí)位置感知廣泛的地理分布適應(yīng)移動(dòng)性的應(yīng)用支持更多的邊緣節(jié)點(diǎn)霧計(jì)算的明顯特征13霧計(jì)算vs云計(jì)算小結(jié)云計(jì)算新一代集中式計(jì)算數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用程序依賴(lài)集中存放的服務(wù)器霧計(jì)算新一代分布式計(jì)算更接近網(wǎng)絡(luò)邊緣的分布式架構(gòu)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、數(shù)據(jù)處理和應(yīng)用程序集中在網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備14霧計(jì)算的實(shí)施主體：霧節(jié)點(diǎn)蜂窩基站15移動(dòng)電話家庭網(wǎng)關(guān)理解霧計(jì)算vs邊緣計(jì)算的區(qū)別：以智能吸塵器為例規(guī)則：發(fā)現(xiàn)垃圾后馬上就收拾，在家里遍布的傳感器檢測(cè)到垃圾的瞬間將啟動(dòng)吸塵器作業(yè)傳感器各自判斷有沒(méi)有垃圾，來(lái)發(fā)送啟動(dòng)吸塵器的信號(hào)。集中化的霧節(jié)點(diǎn)(如IoT網(wǎng)關(guān))需要從布在家中各處的多個(gè)傳感器那里先收集信息，再在霧節(jié)點(diǎn)處做判斷，如果檢測(cè)到垃圾的話就啟動(dòng)吸塵器邊緣計(jì)算霧計(jì)算16邊緣計(jì)算vs霧計(jì)算：計(jì)算處理位置不同霧計(jì)算：處理能力主要處于局域網(wǎng)中，分布于局域網(wǎng)中的多個(gè)計(jì)算節(jié)點(diǎn)（網(wǎng)關(guān)）上。邊緣計(jì)算：處理能力更靠近數(shù)據(jù)源，實(shí)施邊緣計(jì)算的主體就位于終端設(shè)備或傳感器處。具體操作時(shí)，可通過(guò)把傳感器連接到可編程自動(dòng)控制器（PAC）上，實(shí)現(xiàn)傳感器端的數(shù)據(jù)處理。一般地說(shuō)，邊緣計(jì)算設(shè)備通常是配備有閃存的小型硬件，其處理器具備低功耗和安全性的特點(diǎn)。17邊緣計(jì)算vs霧計(jì)算：數(shù)據(jù)收集，處理，通信的方法不同霧計(jì)算：層次性和平坦的架