邊緣計(jì)算和 5G 網(wǎng)絡(luò)正在改變物聯(lián)網(wǎng)，增強(qiáng)跨多個(gè)部門的廣泛應(yīng)用的能力，并支持大量新興應(yīng)用。在本文中，我們通過研究三個(gè)突出的用例來說明邊緣計(jì)算的強(qiáng)大功能。

工業(yè)4.0智能工廠

工業(yè) 4.0 為制造商提供了基于靈活的工業(yè)環(huán)境提高生產(chǎn)力和盈利能力的愿景，這些環(huán)境利用智能技術(shù)并需要有限的人工干預(yù)。但是，這種轉(zhuǎn)變受到有線以太網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜生產(chǎn)領(lǐng)域的主導(dǎo)地位的阻礙，這是由于其久經(jīng)考驗(yàn)的時(shí)間敏感網(wǎng)絡(luò) (TSN) 功能而實(shí)施的。

例如，考慮一條現(xiàn)代裝配線，它不再是線性的，而是根據(jù)容量在單元之間自適應(yīng)地路由工作，或者依賴于自動(dòng)導(dǎo)引車 (AGV) 的高效倉(cāng)庫(kù)。這些場(chǎng)景需要 5G 網(wǎng)絡(luò)提供的低延遲、高可靠性的無(wú)線網(wǎng)絡(luò)連接。

通過取代現(xiàn)有的硬連線網(wǎng)絡(luò)，5G 在工廠車間實(shí)現(xiàn)了廣泛的靈活性，并帶來了邊緣計(jì)算、軟件定義網(wǎng)絡(luò) (SDN) 和專用網(wǎng)絡(luò)等部署選項(xiàng)。

邊緣計(jì)算和專用網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合解決了工業(yè)自動(dòng)化的三個(gè)首要要求——數(shù)據(jù)本地化、可靠性和低延遲。隨著世界各地的監(jiān)管機(jī)構(gòu)以合理的成本提供共享頻譜，工廠運(yùn)營(yíng)商不再需要依賴云和公共共享基礎(chǔ)設(shè)施來滿足其網(wǎng)絡(luò)需求。敏感的生產(chǎn)數(shù)據(jù)可以保留在工廠或工廠的本地。Open RAN (O-RAN) 和 SDN 網(wǎng)絡(luò)功能支持經(jīng)濟(jì)高效地安裝強(qiáng)大的本地 5G 無(wú)線電接入網(wǎng)絡(luò) (RAN)。這些小型 RAN 網(wǎng)絡(luò)可以靈活部署和配置，以滿足特定工業(yè)流程的延遲、可靠性和可用性要求。控制低延遲應(yīng)用的現(xiàn)有有線網(wǎng)絡(luò)，例如電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器、

圖 1. 現(xiàn)有的有線網(wǎng)絡(luò)可以與 5G RAN 基礎(chǔ)設(shè)施集成。（來源：NXP 邊緣計(jì)算基礎(chǔ)知識(shí)）

聯(lián)網(wǎng)汽車在許多方面，聯(lián)網(wǎng)汽車可以被視為終極物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備，將多個(gè)高性能邊緣計(jì)算節(jié)點(diǎn)與高帶寬網(wǎng)絡(luò)和數(shù)十個(gè)傳感器相結(jié)合。復(fù)雜的硬件和軟件架構(gòu)正在興起，以取代高端汽車中的多個(gè)電子控制單元 (ECU)。這些新架構(gòu)基于集中式計(jì)算資源，面向服務(wù)的網(wǎng)關(guān) (SoG)，基于高功率、多核 SoC 產(chǎn)品，例如 NXP S32G 車載網(wǎng)絡(luò)處理器。SoG 與負(fù)責(zé)車輛內(nèi)主要功能的域控制器通信，圖 2，并通過車載遠(yuǎn)程信息處理控制單元 (TCU) 提供通往云的安全路徑。

圖 2. 面向服務(wù)的網(wǎng)關(guān)架構(gòu)。（來源：NXP 邊緣計(jì)算基礎(chǔ)知識(shí)）

SoG 的強(qiáng)大功能支持的車輛邊緣處理是聯(lián)網(wǎng)車輛發(fā)展的基礎(chǔ)。車輛傳感器每小時(shí)生成的 TB 級(jí)原始數(shù)據(jù)可以在本地進(jìn)行處理，并且可以根據(jù)傳感器檢測(cè)到的信息和異常情況實(shí)時(shí)做出決策。復(fù)雜的機(jī)器學(xué)習(xí) (ML) 算法可以在車輛邊緣運(yùn)行，通過預(yù)測(cè)和響應(yīng)各種駕駛條件來提高智能和自主水平。

SoG 還協(xié)調(diào)軟件、固件和 ML 模型的全車無(wú)線 (OTA) 更新，從而不斷提高車輛的使用壽命，同時(shí)支持車輛 OEM 的增量創(chuàng)收服務(wù)。

5G 的推出被認(rèn)為對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車的進(jìn)一步發(fā)展至關(guān)重要，因?yàn)槠涑脱舆t與多接入邊緣計(jì)算 (MEC) 相結(jié)合，將云服務(wù)器從數(shù)據(jù)中心移開，更靠近車輛網(wǎng)絡(luò)邊緣。由此產(chǎn)生的延遲減少到個(gè)位數(shù)毫秒，使數(shù)據(jù)中心的處理能力具有自動(dòng)駕駛汽車所需的實(shí)時(shí)響應(yīng)能力。

可穿戴設(shè)備

電子設(shè)備不斷增長(zhǎng)的功率和不斷縮小的外形尺寸使得可穿戴設(shè)備用例的種類和復(fù)雜程度迅速擴(kuò)大。可穿戴設(shè)備可以以植入式設(shè)備、健身追蹤器、智能珠寶、手表、鞋子和服裝的形式出現(xiàn)，其新興應(yīng)用包括：

健康監(jiān)測(cè)，包括運(yùn)動(dòng)和跌倒檢測(cè)、緊急呼叫和生命體征報(bào)告（例如體溫、氧氣水平和心臟體征）

睡眠監(jiān)測(cè)和治療

膳食/卡路里跟蹤

聽力增強(qiáng)

社交距離以及接觸者追蹤和追蹤

可穿戴設(shè)備中包含的計(jì)算能力以及外圍設(shè)備和傳感器的功能使它們能夠充當(dāng)真正的邊緣處理設(shè)備。這些技術(shù)進(jìn)步正在推動(dòng)可穿戴設(shè)備與智能家居應(yīng)用的融合，為消費(fèi)者提供更高水平的便利。智能手表現(xiàn)在可以用來控制從照明系統(tǒng)到咖啡機(jī)的一切，還可以控制進(jìn)入和安全系統(tǒng)。智能手表應(yīng)用程序還與聯(lián)網(wǎng)汽車工具集成，使用戶能夠訪問天窗、座椅通風(fēng)、溫度和狀態(tài)警報(bào)等控件。

電池壽命在可穿戴設(shè)備中至關(guān)重要；由于電池尺寸受物理空間限制，低功耗運(yùn)行至關(guān)重要。可穿戴設(shè)備中的現(xiàn)代邊緣處理器可以支持各種低功耗模式，使用各種低功耗設(shè)計(jì)技術(shù)在活動(dòng)和睡眠模式下延長(zhǎng)電池壽命。

除了處理能力水平的提高之外，傳感器和外圍設(shè)備的發(fā)展也增強(qiáng)了可穿戴設(shè)備的功能，包括復(fù)雜的圖形、定位、語(yǔ)音控制和運(yùn)動(dòng)傳感。可穿戴設(shè)備的邊緣計(jì)算能力還確保快速、安全地處理生成的大量數(shù)據(jù)，減少對(duì)寬帶處理的需求，降低功耗，從而延長(zhǎng)電池壽命。

邊緣處理正在消除云計(jì)算的限制

隨著物聯(lián)網(wǎng)的快速擴(kuò)展，連接設(shè)備數(shù)量的增加暴露了其局限性，尤其是經(jīng)典云計(jì)算模型的高延遲。盡管邊緣計(jì)算不是一個(gè)新概念，但由于處理能力的提高和這些邊緣設(shè)備中包含的電子設(shè)備的外形尺寸的縮小，其在嵌入式邊緣設(shè)備中的應(yīng)用已經(jīng)成為可能。隨著這些邊緣設(shè)備的功能和復(fù)雜性不斷提高，現(xiàn)有應(yīng)用程序?qū)⒌玫皆鰪?qiáng)，新的應(yīng)用程序?qū)?huì)出現(xiàn)。

審核編輯 黃昊宇