各垂直行业的边缘计算实例

布兰登-莫泽 Brandon Moser,Digi International 专业服务经理
2021 年 9 月 9 日

随着物联网(IoT )的发展,在网络边缘收集的数据量也相应增加。管理这些数据量的需求反过来又推动了边缘计算用例的快速增长。
 
简而言之,边缘计算就是在尽可能靠近IoT 设备所监控的过程或事物的地方进行处理。边缘计算可由直接连接到传感器的设备、传输数据的路由器或网关,或部署在现场壁橱或机柜中的小型服务器装置来执行。
 
在物联网扩张的早期,联网设备的数量相对较少,这意味着企业有能力将所有IoT 数据发送到云端或企业数据中心进行处理、分析和存储。但最近几乎所有行业的联网设备都在激增,它们收集的数据量也在稳步增加,这使得这种方法变得不切实际。因此,边缘计算应运而生。
 
我们已经在 Digi 博客中多次讨论过边缘计算。我们提供了 edge 计算的定义 并概述了其在以下方面的商业利益 为机构节省带宽、时间和金钱.在本文中,我们将介绍边缘计算实例,以及它们如何满足网络边缘对设备和数据优化日益增长的需求。但首先,让我们回顾一下推动其增长的一些因素。

边缘计算增长的主要驱动力

智慧城市概念边缘计算市场迅速增长有几个原因。除了联网设备数量增加外,边缘计算还有三大增长动力:

  1. 延迟- 对于许多时间敏感型应用而言,被监控的流程需要近乎零延迟的实时响应。在这种情况下,数据往返云端或企业数据中心是不切实际的。
  2. 带宽--可用带宽的物理限制和传输大量数据的成本使边缘计算成为一种有吸引力的选择。
  3. 可靠性--网络拥塞会中断数据流,导致销售点系统等使用案例出现不可接受的中断。

平均而言,IoT 传感器收集到的大多数监控数据往往是标准的 "心跳 "数据,只表明系统运行正常。没有必要将这类数据传输到云端或遥远的公司数据中心。通过在网络边缘过滤掉这些不变的 "心跳 "数据,边缘计算设备可以大大减少需要传输的数据量,从而节省带宽并显著降低延迟。

随着可在边缘执行各种处理功能的智能设备数量的增加,边缘计算用例的数量也在稳步增长。人工智能(AI)和机器学习能力的增长也扩大了边缘计算用例的范围。
 

边缘计算实例

电动汽车充电站
在各种应用和行业中都能找到边缘计算的实例。不同的边缘计算用例之间也有相当多的重叠。例如,自动驾驶汽车中的边缘计算功能与交通管理应用中的边缘计算功能密切相关。
 
以下是一些最有前景的边缘计算实例。  
 

自动驾驶汽车、电动汽车和充电站

高速公路上的联网汽车为了安全运行,自动驾驶汽车需要实时收集和处理有关其位置、方向、速度、交通状况等的数据。这就需要足够的车载计算能力,使每辆自动驾驶汽车实际上成为自己的网络边缘。边缘计算设备可以从车辆传感器和摄像头收集数据,在几毫秒内处理数据并做出决策,几乎没有延迟。出于显而易见的安全原因,这种即时决策是自动驾驶汽车所必需的。
 
车道偏离预警和自动泊车应用等边缘计算功能已经广泛应用。随着车辆与环境互动的能力越来越广泛,对快速响应网络的需求也将越来越大。自动驾驶汽车将与其他自动驾驶汽车协同运行。 联网汽车在繁忙的主干道和交叉路口,交通管理系统、路边装置和行人都会受到影响。

电动汽车需要持续监控,可以利用边缘计算管理数据,以支持预测性维护。电动汽车电池必须受到监控,因为它们的寿命取决于驾驶员的个人习惯、行驶区域的拥堵情况以及充电频率。边缘计算支持数据聚合,以报告性能和维护方面的可操作数据。

在电动汽车充电站中,边缘计算可支持对一系列使用和可用性指标进行实时监控和数据汇总,从而为充电站的优化和未来充电站的规划提供支持。
 

交通管理系统

城市交通管理5G 和车联网技术,即 "V2X"(车对车)通信已经成熟。

当今高度复杂的系统,如 纽约市的交通管理系统智能交通管理系统可以调整交通信号的配时,管理额外车道的开放和关闭,确保在发生公共紧急事件时通信能够继续,并采取其他实时措施来提高安全性和便利性。如上所述,智能交通管理系统将在自动驾驶汽车的应用中发挥关键作用,在自动驾驶汽车中,近零延迟是至关重要的。
 

公共交通系统

连接的交通系统公共交通应用安装在公共汽车、铁路客运系统和辅助运输车辆上的边缘计算系统,可以汇聚并只发送支持车内流程和调度员洞察力所需的数据。

例如,为确保司机和乘客的安全,必须向乘客信息系统、车队监控和跟踪系统以及车辆和车站智能监控系统发送不同类型的数据。可以通过数字标牌或移动应用程序向乘客发布到达时间或延误信息,或其他时效性强的信息。
 

智能城市、清洁能源和绿色技术

绿色科技运动正在发展壮大。城市和智能电网系统可以利用边缘计算设备监控公共建筑和设施,以提高照明、供暖、清洁能源等方面的效率。例如

  • 智能照明控制装置利用边缘计算设备来控制单个或成组的灯光,以最大限度地提高效率,同时确保公共场所的安全。
  • 太阳能发电场使用嵌入式边缘计算设备来感知天气变化、调整定位并报告电池使用情况等指标。
  • 风电场使用边缘计算连接到基站塔,并使用蜂窝路由器和交换机将传感器数据路由到变电站 

保健和医疗应用

"(《世界人权宣言》) 保健和医疗行业 从传感器、监视器、可穿戴设备和其他设备中收集患者数据,为医疗保健专业人员提供准确、及时的患者病情信息。

医疗设备管理边缘计算解决方案可将这些信息传送到仪表盘,以便全面、一目了然地查看重要指标。

配备人工智能(AI)和机器学习功能的边缘计算解决方案可以识别离群数据,从而使医疗专业人员能够实时响应健康需求,将误报率降到最低。

边缘计算还可用于机器人辅助手术,在这种手术中,近零延迟是至关重要的。此外,通过在本地处理数据,边缘计算设备还有助于解决数据隐私和患者保密问题。
 

零售应用

IoT 在零售业务方面零售应用 从销售点系统、商品库存操作、安全视频和其他业务活动中产生大量数据。边缘计算可以帮助分析这些不同的数据,找出需要立即关注的问题,以及长期的销售趋势和商机,例如最有效的店内促销活动和特定店铺位置的最佳产品配置。

边缘计算还提供了在本地处理客户信息的手段,数据不会离开客户所在的地理区域,这也是一个日益受到关注的问题,因为它涉及到隐私法规,如欧盟的 GDPR 规定。
 

工业过程监控和预测性维护

工业厂房
传感器和IoT 工业应用 在水和废水管理、石油和天然气以及加工厂等领域,边缘计算可以跟踪各种指标并监控机器性能。例如,边缘计算架构可支持高度复杂的 SCADA(监控和数据采集)系统之间的高效通信,以管理来自传感器和 PLC(可编程逻辑控制器)的大量数据。

Digi 远程管理器 - Digi 的远程IoT 设备管理平台是许多此类操作的关键组成部分。SCADA 系统通常通过 Microsoft Azure、Amazon Web Services 和 Google Cloud 等云平台与关键的商业智能应用程序集成,而Digi Remote Manager 可促进这种集成,确保将所有数据传送到正确的应用程序。

此外,边缘计算功能还支持故障检测管理和预测性维护。预测机器或部件何时会出现故障,可让工厂操作员在故障发生前进行维护或更换部件,从而节省因生产力损失而产生的成本。

如果传感器检测到故障或预示即将发生故障的情况,边缘计算设备可触发执行器立即采取纠正措施,例如调整流体的流速或修改工业机器人的动作。采取行动后,可将结果报告给云,以便通知或采取进一步行动。边缘计算加上云计算,可实现机械与IoT 传感器之间的通信,从而改进质量控制。

在石油和天然气行业,边缘计算提供的实时响应可以防止小问题演变成灾难性故障。石油和天然气工厂通常位于偏远地区,而边缘计算可以在靠近设施的地方进行分析处理,这意味着对数据中心连接质量的依赖较小,但将边缘计算与云连接起来后,远程团队就可以监控大量站点。 

利用 Digi 的工业 4.0 解决方案实现边缘计算

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制造业

连接工厂机械工业IoT 在制造工厂中增加了数以百万计的联网设备,以收集有关生产线性能和成品质量的数据。边缘计算的低延迟性能够对装配线上的问题做出即时响应,有助于提高质量和效率,同时减少对人工监管的需求。

制造业的另一个边缘计算用例是质量保证。使用机器人的全自动装配线依赖边缘计算解决方案以及人工智能和机器学习来识别生产错误并提高产品质量。  
 

农业

IoT 和边缘计算在农业中的应用
农民使用 精准农业技术 可以利用边缘计算来跟踪生长条件,如温度、湿度、土壤湿度、养分含量和其他指标,以指导有关浇水、施肥和其他活动的决策。边缘计算不仅适用于广袤的农田,也适用于温室和水培种植设施,在这些设施中,传感器可以帮助操作人员精确跟踪投入。
 
水产养殖(养鱼)是另一个现场数据处理至关重要的行业。对复杂环境变量的精确监控对确保鱼类健康、适当喂养和自动化至关重要,而自动化可消除这些过程中的猜测,从而提高鱼类的活力和生长速度,同时降低成本。查看 生物喂食器案例研究.
 

安保和工人安全

工地安全边缘计算可利用现场摄像头、员工安全设备和传感器提供的数据,帮助企业防止意外事故的发生。 未经许可进入网站安全监督员负责监督和检查工作场所的条件,以确保员工遵守既定的安全政策。这对于在危险或偏远地区(如建筑工地或海上石油平台)作业的工作场所尤为重要。
 
边缘计算设备可与视频监控和生物识别扫描结合使用,以确保只有经过授权的人才能进入限制区域。监控系统可以从边缘计算的低延迟和可靠性中获益,因为通常需要在几秒钟内对安全威胁做出反应。边缘计算还能大大降低视频监控的带宽成本,因为绝大多数监控录像都不需要响应。查看案例研究。
 

边缘计算解决方案

需要边缘计算技术的用户有两大类:

  • 网络管理员和系统集成商需要即插即用的连接功能,以便在其IoT 网络中连接设备,并快速建立边缘计算功能,从而优化系统性能和数据管理。
  • 开发商和原始设备制造商 (OEM)设计和制造具有嵌入式边缘计算功能的产品,需要可编程开发模块、无线射频和网关来支持快速开发和快速上市。

Digi 提供的边缘计算解决方案可满足这两类用户的需求。
 

面向网络管理员和系统集成商的 Digi 边缘计算解决方案

Digi 工业路由器边缘计算用例。Digi 路由器还可以过滤和压缩数据,最大限度地降低带宽需求。
 
The Digi TX64 5G 蜂窝路由器 提供快速的上行链路速度,是公共交通、运输和移动环境中要求苛刻的应用的理想之选。Digi TX64 5G 提供真正的企业级路由选择、安全性和防火墙,并集成了 VPN 和可靠的 4G 故障切换功能,适用于 5G 覆盖范围有限的地区。 
 
企业级 Digi EX50 5G 蜂窝路由器 在各种室内边缘计算用例中提供可靠的主用或备用连接,工作温度范围更广,适合部署在智能工厂、仓库、建筑工地或基础设施棚屋中。
 
Digi IX20 蜂窝路由器是工业基础设施、数字标牌、零售亭等边缘计算应用的多功能选择,其工业级组件能够承受许多工业环境中的恶劣环境条件。

Digi Connect® 传感器+ Digi Connect Sensor 可将部署在任何工业环境中的传感器连接起来,以收集和传输传感器读数,并将关键数据进行路由,从而提高洞察力和自动化程度,例如在达到预定义阈值时操作开关以关闭管道中的阀门。这种触发功能使 Digi Connect Sensor 成为边缘环境的热门选择。  
 
Digi Remote Manager部署和优化边缘计算网络不可或缺的工具是 Digi 远程管理器该集中管理和控制平台可让用户通过台式机、平板电脑或智能手机编辑设备配置、更新固件、安排日程并自动执行任务。

Digi Remote Manager 支持 远程管理 无论您的设备是市政交通系统中的移动路由器,还是建筑工地或 SCADA 系统中的工业设备,您都可以通过IoT 管理整个分布式设备网络。有了Digi Remote Manager ,您可以同时配置任意数量的设备,随时监控整个网络,获取警报,实现自动化。 安全监控并轻松建立您的边缘计算功能。
 

面向原始设备制造商的 Digi 边缘计算解决方案

Digi ConnectCore 纳米开发套件Digi 系统模块(SOM),如 Digi ConnectCore® 8X在网络边缘提供多个能够执行人工智能和机器视觉任务的处理单元。

例如,机器视觉解决方案可以进行基于图像的分析,应用领域包括工业领域的自动检测、过程控制和机器人引导。
 
Digi XBee® 嵌入式设备可通过编程在边缘执行各种功能。这些小巧的嵌入式调制解调器可以定期读取数据,并在达到特定阈值时启动操作。MicroPython 编程功能还能让开发人员控制边缘计算设备的功能。

Digi EX15IoT 网关 是一体化解决方案。这些设备可执行网关功能,包括汇聚数据、将数据从模拟格式转换为数字格式、在通过网络传输之前对数据进行加密,还可充当蜂窝路由器,在任何地方提供安全、持久的连接。
 
当然,安全是边缘网络的一个重要考虑因素,在任何地方都是如此。边缘网络的可扩展性和内置功能 Digi TrustFence® 使所有 Digi 嵌入式解决方案在边缘计算部署的安全性方面具有强大的优势。
 

边缘计算的设计、开发和部署服务

对于需要通过额外的工程或部署资源来增强自身能力的客户,Digi 可提供支持服务。

  • Digi Wireless Design Services提供设计咨询、产品开发、板卡支持包集成、认证协助和其他上市支持。 
  • Digi 专业服务可支持企业实施几乎任何边缘计算用例,包括从 Python 编码和 BASH 脚本到设备配置和现场部署服务等一切服务。

Digi 如何为您提供帮助

我们分享的边缘计算实例展示了这一增长趋势的广度及其支持的众多垂直行业。我们的边缘计算解决方案正在帮助企业、工业企业和智能城市从其IoT 部署中获得更好的性能和效率。Digi随时准备在边缘计算规划的任何方面为您提供帮助,从确定战略到边缘智能编程,再到构建解决方案。

联系我们,了解 Digi 如何为您的边缘计算应用提供支持。 

面向 OEM 的边缘计算
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