文章轉(zhuǎn)載來源 電子工程世界>> EEWORLD
NXP邊緣處理業(yè)務(wù)線軟件工程研發(fā)副總裁 Robert Oshana 日前撰文，圍繞邊緣計算常見的十一個誤區(qū)給予了解答。
1. 物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備存在安全風(fēng)險，因為邊緣設(shè)備只能承載基本的安全措施。
安全是邊緣設(shè)備的基本要求，可以實施一系列數(shù)字安全措施來確保完整性、機密性、真實性和不可否認(rèn)性等基本安全特性?，F(xiàn)代物聯(lián)網(wǎng)安全解決方案越來越多地基于信任根 (RoT) 技術(shù)，其中托管加密安全算法并在強化環(huán)境中保護免受物理攻擊。
在某些情況下，這些安全功能的計算開銷被卸載到嵌入式專用安全芯片或可信平臺模塊 (TPM)。在其他情況下，該功能可以托管在多核 MPU 的專用核心中。
這種硬件和軟件安全子系統(tǒng)的組合可確保在應(yīng)用程序的整個生命周期內(nèi)對惡意攻擊提供強大的防御。
2. 由于廣域網(wǎng)固有的延遲，邊緣處理無法支持實時應(yīng)用。
新興的物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用，例如自動駕駛汽車、工業(yè)機器人和遠(yuǎn)程手術(shù)，需要實時級別的響應(yīng)能力。由于互聯(lián)網(wǎng)和其他廣域網(wǎng)的典型延遲，傳統(tǒng)的云計算模型無法支持這些類型的用例。
因此，這些應(yīng)用程序推動了嵌入物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備和軟件的計算能力顯著提高，這些設(shè)備和軟件曾經(jīng)屬于數(shù)據(jù)中心領(lǐng)域，現(xiàn)在可以托管在邊緣。這種增強的智能可以實現(xiàn)更多的本地決策，從而實現(xiàn)近乎實時的響應(yīng)水平，為全新一代的高級應(yīng)用提供支持。
3. 機器學(xué)習(xí)技術(shù)僅限于數(shù)據(jù)中心，因為它們的處理需求超出了邊緣計算的能力。
隨著物聯(lián)網(wǎng)硬件的發(fā)展，軟件的進步一直是邊緣處理能力增長的關(guān)鍵。機器學(xué)習(xí) (ML) 技術(shù)的成熟，出現(xiàn)了使 ML 模型能夠部署在云中的工具，并將相關(guān)的推理任務(wù)下載到邊緣設(shè)備。
邊緣設(shè)備上的 ML 軟件堆棧受益于高級硬件單元，例如圖形處理單元 (GPU)、中央處理單元 (CPU)、數(shù)字信號處理器 (DSP) 和神經(jīng)處理單元 (NPU) 加速器，以執(zhí)行本地實時 ML 推理，并偶爾使用云連接。
邊緣智能水平的提高支持了依賴實時響應(yīng)率的更復(fù)雜應(yīng)用程序的出現(xiàn)。
4. 邊緣計算耗電，不適合低功耗應(yīng)用。
功耗是邊緣設(shè)備的一個關(guān)鍵特性。許多應(yīng)用，例如可穿戴設(shè)備或遠(yuǎn)程傳感器，必須通過一次電池充電才能長時間運行，或者由替代能源供電。
嵌入式 MCU 采用了一系列功率優(yōu)化技術(shù)，包括使用低功率硅材料和根據(jù)使用情況劃分功能。一項關(guān)鍵的功耗優(yōu)化技術(shù)是對片上系統(tǒng) (SoC) 架構(gòu)進行分區(qū)，以便不同的分區(qū)控制特定域——例如，實時域、應(yīng)用程序域和彈性域。
電源優(yōu)化軟件通過只為任何給定時間需要的 SoC 部分供電，確保系統(tǒng)級的最低功耗。圖 1 說明了如何應(yīng)用該技術(shù)來延長智能手表等設(shè)備的電池壽命。
1. 智能手表應(yīng)用中的動態(tài)功率域控制。 （來源：NXP 邊緣計算基礎(chǔ)知識）
5. 越來越多的聯(lián)網(wǎng)設(shè)備將淹沒互聯(lián)網(wǎng)
聯(lián)網(wǎng)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量的不斷增加是近年來互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)爆炸式增長的主要因素，一些分析師預(yù)測，2021 年全球?qū)?chuàng)建 74 澤（ZB）字節(jié)的數(shù)據(jù)。
隨著嵌入在邊緣設(shè)備中的計算能力不斷提高，更多的數(shù)據(jù)處理發(fā)生在邊緣而不是云端。這種本地數(shù)據(jù)處理將顯著減少必須在云中處理的數(shù)據(jù)量。物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備數(shù)量與互聯(lián)網(wǎng)流量之間的線性關(guān)系將從根本上改變，相應(yīng)地減少通過互聯(lián)網(wǎng)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量。
6. 物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備完全依賴蜂窩連接才能發(fā)揮作用。
無線網(wǎng)絡(luò)連接是可穿戴設(shè)備、家庭自動化、智能建筑、工業(yè)等領(lǐng)域廣泛多樣的物聯(lián)網(wǎng)用例的基本推動力。各個物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用連接要求差異很大；智能照明系統(tǒng)依賴于Mesh網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，農(nóng)業(yè)應(yīng)用中的遠(yuǎn)程傳感器需要低功耗網(wǎng)絡(luò)，工廠自動化應(yīng)用依賴于實時響應(yīng)，聯(lián)網(wǎng)汽車需要廣域覆蓋。
四種主要的無線協(xié)議目前在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中很突出（圖 2）。 Wi-Fi 6 在室內(nèi)空間提供高速、低延遲連接，Zigbee、Thread 和藍(lán)牙低功耗 (BLE) 在智能建筑和家庭中很受歡迎，例如需要低功耗網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)的地方。超寬帶 (UWB) 為跟蹤應(yīng)用提供準(zhǔn)確定位，近場通信 (NFC) 提供安全的數(shù)據(jù)交換和訪問。
2、物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中常用的四種無線協(xié)議（來源：恩智浦邊緣計算基礎(chǔ)）
5G 增強的蜂窩網(wǎng)絡(luò)功能正在通過跨多個部門的廣泛應(yīng)用推動其接受度，支持室內(nèi)和室外連接。
因此，開發(fā)人員可以根據(jù)應(yīng)用程序的特定需求，從一種或多種已建立的無線通信標(biāo)準(zhǔn)中進行選擇，以確保其設(shè)備的安全互操作性。
7. 將物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用程序連接到云端很復(fù)雜，需要高技能的網(wǎng)絡(luò)工程資源和多方（WAN 提供商和云服務(wù)提供商）的管理才能使其工作。
與此同時，云連接正迅速成為物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的默認(rèn)要求，從而支持包括遠(yuǎn)程診斷、OTA 升級、遠(yuǎn)程設(shè)備管理和增強邊緣計算能力等優(yōu)勢。
然而，對于面臨不斷縮短開發(fā)周期的設(shè)計人員而言，利用多協(xié)議設(shè)備的額外靈活性同時應(yīng)對云連接的復(fù)雜性可能會增加本已捉襟見肘的項目的成本和時間。
幸運的是，在這些硬件和軟件開發(fā)的同時，可以使用越來越多的工具集來簡化開發(fā)任務(wù)。例如，Matter 是一種統(tǒng)一的、基于 IP 的連接協(xié)議，可簡化多協(xié)議系統(tǒng)的開發(fā)。作為一種開源標(biāo)準(zhǔn)，Matter 使開發(fā)人員能夠連接和構(gòu)建可靠、安全的物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)，并提高智能家居設(shè)備之間的兼容性。
此外，包括 Amazon Web Services (AWS)、Microsoft Azure 和 Google Cloud 在內(nèi)的許多云提供商都在提供 IoT 軟件開發(fā)工具包 (SDK)，以便更輕松地從 IoT 設(shè)備連接到云。
8. 部署在現(xiàn)場的邊緣設(shè)備將很快被下一代無線協(xié)議淘汰。
物聯(lián)網(wǎng)中使用的各種無線通信協(xié)議由已建立的標(biāo)準(zhǔn)機構(gòu)（如 IEEE 和 3GPP）管理。這些組織管理各自標(biāo)準(zhǔn)的演變，以確?？绨姹镜南蚝蠹嫒菪?。
此外，隨著在軟件堆棧中實現(xiàn)的功能比例越來越高，版本之間的升級可以通過無線 (OTA) 來完成。開發(fā)人員也越來越能夠利用多模設(shè)備來增加通信協(xié)議的靈活性和選擇。
9. 用戶將失去干預(yù)邊緣設(shè)備運行的能力。
許多邊緣設(shè)備 SoC 集成了強大的圖形處理器，使數(shù)據(jù)能夠安全地呈現(xiàn)在邊緣設(shè)備本身上，而不是通過云。此外，設(shè)備強大的本地處理能力可用于以各種用戶友好的可視化排列方式解釋和呈現(xiàn)數(shù)據(jù)，例如圖表或地圖。
在所有用例中都可以看到此功能的示例。工廠車間的信息面板使操作員能夠監(jiān)控過程效率和產(chǎn)品質(zhì)量，并隨后采取適當(dāng)?shù)男袆印?/span>
現(xiàn)代聯(lián)網(wǎng)汽車的駕駛艙包含數(shù)字儀表板，可為駕駛員提供汽車狀態(tài)、導(dǎo)航和路線信息等信息。在醫(yī)療領(lǐng)域，醫(yī)生和實驗室技術(shù)人員不斷參考由人工智能驅(qū)動的數(shù)字助理屏幕、實時數(shù)據(jù)和歷史數(shù)據(jù)。在消費者層面，可穿戴設(shè)備、電器和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都會收集經(jīng)過處理并在屏幕上呈現(xiàn)給用戶的數(shù)據(jù)。
本地處理和高級圖形功能的強大組合實現(xiàn)了用戶和邊緣設(shè)備之間可定制的高水平交互。
10. 開發(fā)邊緣應(yīng)用程序復(fù)雜且耗時，并且需要大量高技能且昂貴的資源。
由于硬件復(fù)雜性增加、固件中需要更多功能以及開發(fā)人員的變化，開發(fā)邊緣計算設(shè)備肯定具有挑戰(zhàn)性開發(fā)流程以達到更高的生產(chǎn)力。
不過，市場上有大量工具集可供使用，它們可以幫助開發(fā)人員克服在開發(fā)過程中實現(xiàn)高質(zhì)量和高效率的障礙。這些工具有助于快速構(gòu)建和自動化構(gòu)建，并且它們支持靜態(tài)和動態(tài)分析功能的測試和交付。
項目的復(fù)雜性將決定所需的確切工具。然而，一個基本軟件項目的典型集合（圖 3）將包括一個可視化編輯器、一個 GNU 編譯器集合 (GCC) 和相關(guān)的構(gòu)建工具，例如用于調(diào)試和完成二進制文件的 GNU 調(diào)試器 (GDB)，以及安全復(fù)制協(xié)議(SCP) 用于將文件復(fù)制到聯(lián)網(wǎng)的終端設(shè)備。
3. 軟件項目的典型工具集包括對編輯、構(gòu)建、調(diào)試和部署階段的支持。 （來源：NXP 邊緣計算基礎(chǔ)知識）
選擇正確的流程和正確的工具將確保在預(yù)算和時間限制內(nèi)持續(xù)開發(fā)高質(zhì)量的應(yīng)用程序。
11. 邊緣計算應(yīng)用程序的開發(fā)周期很長，會影響上市時間。
在當(dāng)今快節(jié)奏的物聯(lián)網(wǎng)市場中，快速上市至關(guān)重要，生態(tài)系統(tǒng)中的所有參與者都在使用旨在壓縮時間尺度和預(yù)算的工具來支持他們的產(chǎn)品。 SoC 制造商提供開發(fā)套件和模塊以實現(xiàn)快速原型設(shè)計和評估，嵌入式 Linux 等操作系統(tǒng)變體簡化了實時開發(fā)，云提供商提供 AWS 和 Azure 等工具來支持快速云連接。
隨著物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用范圍的擴大，這些工具使開發(fā)人員能夠?qū)Ｗ⒂趹?yīng)用的細(xì)節(jié)，將安全性和連接性等功能的技術(shù)細(xì)節(jié)抽象為可以輕松集成到最終產(chǎn)品中的打包解決方案。
