讀懂SAP Leonardo物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)-邊緣層 – SAP Leonardo Edge

2. 邊緣層 – SAP Leonardo Edge

2.1 邊緣計(jì)算

    邊緣計(jì)算將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)與處理從云或數(shù)據(jù)中心遷移到靠近數(shù)據(jù)源頭的設(shè)備端，產(chǎn)生更快的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)響應(yīng)，滿足行業(yè)在實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)、應(yīng)用智能、安全與隱私保護(hù)等方面的基本需求，實(shí)現(xiàn)了將云平臺(tái)的能力延伸到邊緣端。

邊緣計(jì)算在物聯(lián)網(wǎng)解決方案占據(jù)重要地位，它主要可以解決以下問題：

1）帶寬的瓶頸：設(shè)備與傳感器產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，通信投入在物聯(lián)網(wǎng)總投入中占據(jù)重要的部分，低帶寬廣域傳輸協(xié)議比如LoRa、SigFox，可以降低通信成本，但是低帶寬帶來我們不想看到的性能下降。通過在邊緣端部署分析算法，對(duì)進(jìn)來的傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，只發(fā)送重要數(shù)據(jù)和報(bào)警到云端，可以有效地破解帶寬與成本之間的難題

2）不穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境：設(shè)備與傳感器經(jīng)常位于間斷性的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，比如離岸的油井或遠(yuǎn)洋運(yùn)輸船使用衛(wèi)星進(jìn)行通信，信號(hào)很容易中斷；卡車采用蜂窩數(shù)據(jù)連接，很容易進(jìn)到信號(hào)覆蓋盲區(qū)。邊緣計(jì)算可以提供數(shù)據(jù)緩存，允許自主定義數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?guī)則和運(yùn)行決策算法

3）實(shí)時(shí)的決策需求：很多場(chǎng)景下基于傳感器數(shù)據(jù)的決策是時(shí)延敏感型的，沒有時(shí)間傳回云端進(jìn)行決策分析。比如自動(dòng)駕駛汽車的自主決策，網(wǎng)絡(luò)延遲可能會(huì)導(dǎo)致嚴(yán)重的安全隱患；又比如在流程制造行業(yè)的“golden batch”，需要基于數(shù)據(jù)的分析來實(shí)時(shí)地調(diào)整溫度、壓強(qiáng)、濕度等參數(shù)。邊緣計(jì)算可以加速邊緣端的數(shù)據(jù)處理速度、響應(yīng)時(shí)間和邊緣性能，以獲得超低延遲。

2.2 SAP Leonardo Edge技術(shù)架構(gòu)

    目前工業(yè)領(lǐng)域廣泛應(yīng)用的技術(shù)，是將邊緣計(jì)算能力打包為微服務(wù)，并使用容器技術(shù)進(jìn)行微服務(wù)的生命周期管理，容器技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的隔離，保障數(shù)據(jù)通信的安全。

    SAPLeonardo Edge支持完整的物聯(lián)網(wǎng)邊緣計(jì)算解決方案，通過SAP Edge Services微服務(wù)提供了一系列的邊緣計(jì)算能力，并為EdgeServices提供了一個(gè)安全可靠的運(yùn)行環(huán)境IoT Gateway Edge，以及對(duì)微服務(wù)生命周期進(jìn)行集中管理的SAP Cloud Platform IoT Servcie。

Edge Services既可以部署在IoT Gateway Edge環(huán)境上，又可以部署在云端IoT Service上。對(duì)微服務(wù)生命周期進(jìn)行集中管理的Policy Service部署在云端，保證邊緣端與云端集成的安全，同時(shí)可以降低成本和優(yōu)化微服務(wù)的生命周期管理。由于微服務(wù)的靈活性，Edge Services微服務(wù)可以支持超大規(guī)模的邊緣端部署，實(shí)現(xiàn)從邊緣端到云端的集成的物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)。

    SAP同時(shí)參與制定IoT邊緣計(jì)算的標(biāo)準(zhǔn)，積極加入OpenFog聯(lián)盟、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟、Linux EdgeX Foundry、Dell Fuse等。同時(shí)，SAP與領(lǐng)先的IoT網(wǎng)關(guān)制造商緊密合作，比如Intel、Cisco、Dell、HPE等。 

2.3 SAP Edge Services

    SAP Edge Services作為最前端的技術(shù)，以微服務(wù)的形式提供了一系列邊緣計(jì)算能力，目前已經(jīng)提供的微服務(wù)包括：

Persistence Service: 提供在IoT Gateway Edge存儲(chǔ)傳感器數(shù)據(jù)的能力，支持設(shè)置數(shù)據(jù)Aging策略、自動(dòng)進(jìn)行數(shù)據(jù)過濾，從而減少帶寬擁擠。

Streaming Service：提供按照特定的規(guī)則對(duì)傳感器數(shù)據(jù)流進(jìn)行實(shí)時(shí)分析的能力，可以定義基于閾值、時(shí)間模式、條件邏輯的條件，識(shí)別數(shù)據(jù)的模式（異常或正常），基于異常創(chuàng)建事件或者報(bào)警。

Business Essential Functions Service:提供在邊緣端執(zhí)行業(yè)務(wù)操作的能力，確保關(guān)鍵業(yè)務(wù)功能的連續(xù)性，即使在邊緣端與云端斷開連接時(shí)也不受影響，實(shí)現(xiàn)將核心業(yè)務(wù)系統(tǒng)的部分功能（比如物流管理、倉儲(chǔ)管理、設(shè)備維修管理等）下沉到邊緣端，以提高業(yè)務(wù)運(yùn)營效率。

Policy Service：提供邊緣服務(wù)的部署和生命周期管理能力，可以在云端集中定義、設(shè)置數(shù)據(jù)策略，并將策略從云端發(fā)送到邊緣端，邊緣端則會(huì)按照接收到的數(shù)據(jù)策略執(zhí)行數(shù)據(jù)處理和分析，比如一個(gè)策略只請(qǐng)求超出特定溫度閾值的異常數(shù)據(jù)，只有異常數(shù)據(jù)會(huì)被發(fā)送回云端。

 SAP Edge Services計(jì)劃發(fā)布的其它微服務(wù)：

Predictive Analytics Service：從Persistence Service 讀取實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，在邊緣端執(zhí)行已在云端訓(xùn)練好的模型，進(jìn)行未知問題的預(yù)測(cè)和異常的識(shí)別。預(yù)測(cè)模型會(huì)被封裝為OSGIbundle，并通過Policy Service進(jìn)行部署。

Machine Learning Service:在邊緣端應(yīng)用SAP Clea（Clea是SAP機(jī)器學(xué)習(xí)解決方案的品牌）深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行圖像和影像的實(shí)時(shí)分析，降低數(shù)據(jù)傳輸成本。

Visual Analytics Services:對(duì)存儲(chǔ)在IoT Gateway Edge上的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化，以支持IoT數(shù)據(jù)分析，比如當(dāng)有一個(gè)報(bào)警發(fā)送到云端后，分析員可以挖掘?qū)е聢?bào)警的詳細(xì)信息。 

在這些邊緣微服務(wù)中，我特別關(guān)注Business Essential Service，這是與其它物聯(lián)網(wǎng)最大的差異化功能。SAP充分發(fā)揮自身在業(yè)務(wù)系統(tǒng)的深厚積累，在邊緣端讓IoT數(shù)據(jù)直接利用在業(yè)務(wù)系統(tǒng)中，真正實(shí)現(xiàn)OT與IT的融合，這是其它物聯(lián)網(wǎng)平臺(tái)想做而又很難做到的。 

2.4 IoT Gateway Edge

     IoT Gateway 在底層設(shè)備與云平臺(tái)之間充當(dāng) “翻譯官” ，承擔(dān)與設(shè)備進(jìn)行 “對(duì)話” 的工作，它可以讀懂設(shè)備的“語言” 即協(xié)議。IoT Gateway負(fù)責(zé)設(shè)備管理、設(shè)備連接、協(xié)議轉(zhuǎn)換、設(shè)備數(shù)據(jù)采集、邊緣計(jì)算等各方面的工作內(nèi)容。同時(shí)IoT Gateway還是SAP Edge Services的運(yùn)行環(huán)境。

IoT Gateway作為設(shè)備傳感器的中心代理，可從傳感器收集數(shù)據(jù)，也可以向設(shè)備發(fā)送指令。同時(shí)它提供以太網(wǎng)、WiFi或基于GSM的連接方式，從而使其可以通過因特網(wǎng)進(jìn)行訪問。IoT Gateway最核心功能是使用特定協(xié)議通過Internet在底層設(shè)備和SAP云平臺(tái)之間傳輸數(shù)據(jù)。

IoT Gateway本身既可以部署在云端，也可以部署在邊緣端，甚至是在物理設(shè)備內(nèi)部。SAP提供了兩種類型的網(wǎng)關(guān)，IoT Gateway Edge與IoT Gateway Cloud，以滿足不同協(xié)議特點(diǎn)以及不同的連接要求。比如MQTT協(xié)議，由于它沒有特殊的網(wǎng)絡(luò)要求，它既可以部署在云端，也可以部署在邊緣端；而對(duì)于在把數(shù)據(jù)發(fā)到云端之前要進(jìn)行本地處理的場(chǎng)景，則需要采用IoT Gateway Edge進(jìn)行分布式部署。

IoT Gateway Edge已經(jīng)支持MQTT、HTTPREST、ModBus、CoAP、SNMP、File (binary, csv, xls, json) 等主流的協(xié)議，并正在接入LoRa (Orbiwise)、SIGFOX、Zigbee (w/o custom cluster) 等協(xié)議。而IoT Gateway Cloud目前支持HTTPRest、MQTT協(xié)議。

IoT Gateway Edge還支持通過Rule Engine（包含在IoT Core Service中）配置不同的規(guī)則，在邊緣端判斷是否需要傳輸、以及如何傳輸數(shù)據(jù)到到云端，從而顯著地減少傳輸?shù)皆贫说臄?shù)據(jù)負(fù)載，不至于導(dǎo)致IoT項(xiàng)目變成 “大” 數(shù)據(jù)項(xiàng)目，這使得IoT Gateway對(duì)IoT架構(gòu)產(chǎn)生巨大價(jià)值。