雾计算：弥合云端与边缘的桥梁
在某些对生产力和效率要求极高的工业和业务流程中，仅仅依赖云计算可能会成为瓶颈。 此时，雾计算便可发挥其独特优势，为您提供更佳的解决方案。
科技领域日新月异，新兴的 IT 技术不断涌现并引领市场。 根据 Gartner 发布的 2022 年技术成熟度曲线报告，目前许多与计算和存储相关的技术在短期内受到了广泛关注。
例如，计算存储、行业云平台以及网络安全网格架构等都属于此类。 在行业云运营中，雾计算作为一项新兴技术脱颖而出，它有效地连接了高速边缘计算和中速云计算，形成了一个衔接的整体。
如果您的业务涉及必须以高安全性快速执行的关键任务，边缘计算无疑是理想的选择。 然而，当边缘计算硬件无法处理现场设备产生的大量数据时，雾计算网络则成为了您的得力助手。
本文将从基础层面为您深入解读雾计算，并提供一些高质量的学习资源，助您在业务或专业领域全面掌握这项技术。
什么是雾计算？
雾计算是一种分布式的计算基础设施网络，它将计算资源放置在设备或数据源与中央数据中心或第三方云计算基础设施之间，从而实现数据的就近处理。
思科公司在 2012 年提出了“雾计算”这一概念，旨在定义一种云计算的替代方案。 这种方案将计算资源更靠近需要快速处理数据的机器或应用程序，避免因延迟而导致过程减慢或失败。
2015 年后期，英特尔、微软、戴尔科技、ARM 控股和思科系统等顶尖的硬件和软件开发商联合成立了 OpenFog 联盟，以促进雾计算的进一步发展。
目前，雾计算在需要在云网络边缘进行高速数据处理的工业领域中广受欢迎。 它也有一些同义词，如下所述：
- 雾联网
- 起雾
雾网络是边缘计算和云计算之间的桥梁。 为了节省带宽成本并提高处理速度，物联网驱动的制造过程、家庭自动化和安全系统等可以部署额外的计算能力层，即雾化。
这一计算层将具备存储、处理能力和分析应用程序。 根据预先配置的指令集，数据将直接进入更靠近物联网设备或传感器的雾计算基础设施，这些设备或传感器负责从操作环境中收集数据。
雾计算的部署位置与边缘计算系统相同，因此，可以将边缘计算和雾计算视为彼此更加紧密，而云计算则相对较远。
如果边缘计算无法处理数据，则收集的数据将进入雾网络系统。 雾网络系统可以处理数据，或者用一些决策来指导物联网系统。 随后，它会将处理后的数据存储在云端以供存档。
雾计算如何工作？
雾网络框架由各种硬件组件和软件功能组成，具体配置取决于其行业应用。
它通常包括用于从现场智能机器和数据源收集数据的计算网关。 此外，雾网络可以接收来自各种收集端点的数据，例如连接网络中数字资产的交换机和路由器。
雾计算系统的工作原理主要是指在物联网环境中与物联网或传感器设备之间传输数据。 以下是雾化期间数据传输的方式：
- 自动化控制器监控来自联网物联网设备、传感器和其他智能机器的读取信号。
- 自动化控制器运行预编程的应用程序或算法，从而实现物联网设备的自动化。
- 此预配置程序使用标准的 OPC 基金会服务器将数据传输到雾网络管道中的下一个设备。 OPC 基金会也称为过程控制对象链接和嵌入 (OLEPC) 或开放平台通信 (OPC)。
- 该程序也可以使用任何其他网关。
- 机器将此数据转换为各种互联网通信标准所理解的数据协议，如 HTTPS 或 MQTT（MQ 遥测传输）。
- 现在，互联网或内联网网络可以轻松地将转换后的数据发送到云端边缘的一个或多个雾节点进行分析。
- 雾节点将通过分析环境信号，立即指示连接的物联网设备执行相应的操作。
- 随后，雾节点将数据存储在远程云服务器上，用于审计、分析和存档。
现在，让我们来了解一下雾计算和边缘计算之间的主要区别。
雾计算 vs. 边缘计算
边缘网络和雾网络之间的主要区别在于计算能力的位置。
在边缘计算中，计算和决策能力可以直接内置于物联网设备中。 例如，一个具有面部识别功能的智能安全摄像头，它可以连接到局域网 (LAN) 和云存储。
有时，连接到边缘计算中心的多个小型物联网设备，如执行器、温度传感器、流体传感器和运动传感器等，也是边缘计算网络的一种可能架构。
相反，雾计算则使用雾节点或雾集线器将智能或计算能力置于局域网上。 雾集线器从物联网设备和进程中收集真实世界的信号，然后指示连接的智能机器执行相应的操作。 雾节点还负责将数据发送到中央云服务器进行深度分析，而这对实时决策并不重要。
然而，一些物联网专家认为雾化只是边缘计算的一种思科标准实现。
雾计算 vs. 云计算
既然您可能认为雾计算和云计算非常相似，那么了解雾计算和云计算之间的区别就显得尤为重要了。
云计算为所有计算和存储需求创建了一个集中的枢纽。 这使得网络本身不具备智能。 相反，雾网络则将智能带到网络边缘，使其也能连接到云端。
这种边缘智能降低了云计算和互联网资源的负载。
雾计算的组成部分
不同的物联网公司会采用不同的方法来构建雾网络系统。 因此，在雾网络生态系统中，您可以发现多种架构。 然而，以下是任何标准雾化架构中的常见组件：
#1. 虚拟和物理节点
这些指终端用户设备，如手机、生产线上的各种传感器、智能扬声器、智能灯，以及其他各种生成数据和执行指令的设备。
#2. 雾设备或节点
这些通常是雾服务器、雾网关和雾设备。 雾设备负责存储数据，而雾网关则负责分析来自多个雾设备的数据。 最后，雾网关还负责数据的路由和重新路由。
#3. 监控服务
这些 API 可以确保雾节点和物联网设备不会停止工作，并始终保持通信畅通。
#4. 数据处理程序
这些程序运行在雾服务器上，对数据进行过滤、处理、清洗、重构，最后将数据存储在云端。
#5. 资源管理系统
它充当负载平衡单元，并监控所有雾节点的使用情况。
#6. 安全应用程序和工具
始终需要对传输中和静态的数据进行加密，以确保雾计算的安全性。 这些组件可以确保数字数据的稳健加密。
#7. 图形用户界面、软件和应用程序
这些是人类用户或工厂操作员用来控制整个系统的应用程序和工具。
为什么以及何时需要雾计算？
雾计算使基于物联网的企业能够扩大其运营规模。 他们无法仅仅依赖云计算，因为当流量或用户增加时，云计算可能会出现瓶颈。
云计算是低成本计算能力、编程平台和海量存储的良好来源。 但是，当涉及需要超临界精度和速度的流程时，您不能仅依赖云或虚拟化。
在讨论基于物联网系统的工厂或智慧城市中近乎零延迟时，您必须根据物联网环境的规模设置一个或多个雾网络系统。
实施雾化的其他一些值得注意的原因是：
- 您的物联网系统收集了大量数据，而您并不需要所有这些数据。 因此，雾化可以帮助您进行数据过滤。
- 联网的工业物联网 (IIoT) 设备需要在检测到异常后的毫秒内做出反应。 这样的速度只能通过边缘计算或雾计算实现。
接下来，让我们探讨一下雾计算的优势。
雾计算的优势
以下是雾网络在智慧城市、家庭和工业自动化中的一些显著优势：
最小化延迟
如果延迟对您的业务至关重要，那么雾计算将是您的理想选择。 它在靠近数据源的位置进行数据分析，因此与传统技术相比，可以最大限度地减少延迟。
特别是在制造业和能源等领域，每一秒都至关重要。 雾网络可以提供更快的警报，从而减少时间损失。
减少带宽使用
在雾计算中，数据分析无需将数据传输到云服务器中，因此，不会占用大量的网络带宽。 这不仅降低了对互联网的依赖，也降低了公司的运营成本。
尽管连接的设备持续不断地生成数据用于分析，但大多数任务都是在最接近数据源的位置执行的，因此无需传输大量数据。
隐私
在当今世界，数据隐私至关重要。 雾计算可以很好地解决这一问题。 每当企业需要应用一定程度的隐私时，都可以利用雾网络。
当 IT 团队仔细监督和支持设备时，所有关键任务数据都可以在本地进行分析。 只有需要更高层次分析的数据子集才会被发送到云服务器。
因此，雾计算处理的数据相对安全，可以有效避免隐私侵犯。
降低成本
成本通常是各组织关注的焦点。 如果选择雾化，公司的整体运营成本将显著降低。 由于这种类型的计算只需要较少的网络带宽，因此可以大大降低运营成本。
最大限度的安全
所有由物联网生成的数据都应受到保护，免受未经授权的访问和网络犯罪分子的侵害。 在雾计算中，可以使用公司在其他 IT 环境中采用的相同控制和策略来监控和保护雾节点。 因此，数据在传输和静态时都可以保持安全。
提高可靠性
在大多数情况下，物联网设备必须在恶劣的环境条件下运行。 即使在这些条件下，雾网络也可以提高数据的可靠性，同时减少将数据传输到云端的必要性。
实时分析
使用雾计算的公司还可以实时访问数据分析，并利用此功能在竞争中保持领先地位。
制造和金融公司需要利用分析数据来做出即时决策。 雾计算可以通过实时数据的快速传输，为这些公司带来巨大的优势。
学习资源
#1. 雾计算：概念、框架和应用
如果您正在寻找一本教科书式的书籍来从基础到高级全面学习雾计算，不妨试试 CRC Press 出版的这本雾计算书籍。
以下是这本书的主要特点：
- 雾计算的介绍和基础知识
- 雾计算的架构
- 物联网中雾计算的评估
- 雾计算中的机器学习
- 雾计算中的信息安全
- 雾计算的模拟应用程序和工具
- 雾计算的各种实际应用
#2. 雾计算和物联网
这是一本关于雾计算和物联网的会议记录，内容针对 IT 行业的新兴话题。
这本计算会议摘要书在亚马逊上有精装和平装版本。
总结
物联网和工业物联网正在快速发展。 根据 Statista 的数据，2019 年全球有 86 亿个活跃的物联网和工业物联网设备。 到 2023 年，这个数字增长到了 151.4 亿。 同一统计分析公司的预测显示，到 2030 年，全球将有大约 294.2 亿个活跃的物联网设备。
如果家庭、智慧城市和工业中的大量物联网设备都计划在云计算基础设施上运行，那么它们将需要 PB 级的互联网带宽。
此外，某些关键的物联网流程如果仍然依赖云端，将永远无法实现更快的处理速度。 雾计算是一种介于云和边缘之间的合理解决方案，学习和掌握雾计算能够为您开启新的商机或高薪的专业职业发展道路。