《工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計算》課件-模塊2 部署MEC服務(wù)器和端側(cè)感知設(shè)備

——工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)邊緣計算——模塊2部署MEC服務(wù)器和端側(cè)感知設(shè)備目錄CONTENTSMEC服務(wù)器和端側(cè)感知設(shè)備選型任務(wù)2.1工業(yè)智慧園區(qū)規(guī)劃任務(wù)2.2邊緣計算設(shè)備的硬件選型任務(wù)2.3MEC服務(wù)器及端側(cè)設(shè)備的硬件部署任務(wù)2.4邊緣計算設(shè)備的軟件部署任務(wù)2.5端側(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理任務(wù)2.6MEC服務(wù)器上的模型部署和推理任務(wù)2.7章節(jié)簡介隨著云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能、5G等新一代信息技術(shù)的迅速發(fā)展，構(gòu)建工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)是工業(yè)界的一個事實標(biāo)準(zhǔn)。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)通過開放的、高效的網(wǎng)絡(luò)平臺，把設(shè)備、生產(chǎn)線、員工、工廠、倉庫、供應(yīng)商、產(chǎn)品和客戶緊密地聯(lián)系起來，使工業(yè)生產(chǎn)全流程的各種要素資源數(shù)字化、自動化、智能化，從而降低工業(yè)生產(chǎn)的成本，同時提高生產(chǎn)效率。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)是工業(yè)界的發(fā)展方向，不同行業(yè)有不同的解決方案。其中，構(gòu)建智慧園區(qū)是工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中非常重要和具有普遍意義的一個組成部分。智慧園區(qū)也是輔助提高工業(yè)生成效率、降低企業(yè)成本的有效手段。章節(jié)簡介本模塊圍繞工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)中的智慧園區(qū)應(yīng)用場景，針對工業(yè)智慧園區(qū)中的數(shù)據(jù)采集、處理、識別等需求和設(shè)計，聚焦工業(yè)智慧園區(qū)構(gòu)建中的重要組成部分——邊緣計算，對邊緣計算進行詳細分析和介紹。模塊從傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)存在問題進行分析，給出工業(yè)智慧園區(qū)建設(shè)的必要性。按照工程建設(shè)的順序。首先，從工業(yè)智慧園區(qū)項目需求和設(shè)計方案入手進行介紹，引入邊緣計算；其次，對邊緣計算設(shè)備硬件選型、參數(shù)配置、MEC服務(wù)器、端側(cè)感知設(shè)備進行介紹；再次，對MEC服務(wù)器和端側(cè)感知設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和部署策略進行介紹；最后，闡述通過端側(cè)感知設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理、部署和利用邊緣計算服務(wù)模型實現(xiàn)物體識別的具體方式。學(xué)習(xí)目標(biāo)1.知識目標(biāo)1）了解邊緣計算服務(wù)器位置和作用。2）了解端側(cè)感知設(shè)備的作用和分類。3）掌握MEC服務(wù)器的部署及應(yīng)用流程。4）掌握端側(cè)感知設(shè)備的數(shù)據(jù)采集及預(yù)處理流程。5）掌握MEC服務(wù)器模型部署和實現(xiàn)物體識別。2.技能目標(biāo)1）具備理解企業(yè)項目背景，選擇和規(guī)劃MEC服務(wù)器和端側(cè)感知設(shè)備的能力。2）具備規(guī)劃MEC服務(wù)器部署的能力。3）具備針對端側(cè)感知設(shè)備部署的能力。4）具備MEC服務(wù)器模型部署和應(yīng)用的能力。3.素質(zhì)目標(biāo)1）具有良好的職業(yè)素養(yǎng)、能夠遵守項目規(guī)則的能力。2）具有學(xué)習(xí)新知識、掌握新技能，并具備分析問題和解決問題的能力。3）具有較強的集體意識和團隊合作的能力。4）具有創(chuàng)新能力、創(chuàng)業(yè)思維的綜合性能力。學(xué)習(xí)導(dǎo)圖任務(wù)2.1MEC服務(wù)器和端側(cè)感知設(shè)備選型導(dǎo)入邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟提出了邊緣計算參考框架，如圖所示為邊緣計算參考架構(gòu)3.0。按距離由近及遠可分為現(xiàn)場層、邊緣層和云計算層，邊緣計算位于云和現(xiàn)場層之間，邊緣層向下支持各種現(xiàn)場設(shè)備的接入，向上可以與云端對接。導(dǎo)入邊緣層包括邊緣節(jié)點和邊緣管理器兩個主要部分。邊緣節(jié)點是硬件實體，是承載邊緣計算業(yè)務(wù)的核心。邊緣節(jié)點根據(jù)業(yè)務(wù)側(cè)重點和硬件特點的不同，包括以網(wǎng)絡(luò)協(xié)議處理和轉(zhuǎn)換為重點的邊緣網(wǎng)關(guān)、以支持實時閉環(huán)控制業(yè)務(wù)為重點的邊緣控制器、以大規(guī)模數(shù)據(jù)處理為重點的邊緣云、以低功耗信息采集和處理為重點的邊緣傳感器等。邏輯上邊緣計算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)自上而下通常分為數(shù)據(jù)中心（云計算）層、邊緣層和端側(cè)層，如圖所示為邊緣計算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)。邊緣計算位于云計算層和端側(cè)層之間，邊緣層向下支持各種端側(cè)感知設(shè)備的接入，實現(xiàn)邊端協(xié)同；向上可以與云中心對接，實現(xiàn)邊云協(xié)同。導(dǎo)入其中，多接入邊緣計算（Multi-accessEdgeComputing，MEC）服務(wù)器作為邊緣計算網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的核心，用于接收、處理和轉(zhuǎn)發(fā)來自現(xiàn)場層的數(shù)據(jù)流，提供智能感知、安全隱私保護、數(shù)據(jù)分析、智能計算、過程優(yōu)化和實時控制等時間敏感服務(wù)。端側(cè)感知設(shè)備作為現(xiàn)場層節(jié)點，主要通過各種類型的現(xiàn)場網(wǎng)絡(luò)和工業(yè)總線與邊緣層中的邊緣網(wǎng)關(guān)等設(shè)備相連接，實現(xiàn)現(xiàn)場層和邊緣層之間數(shù)據(jù)流和控制流的連通。下面詳細介紹MEC服務(wù)器和端側(cè)感知設(shè)備的基本概念、現(xiàn)狀、需求和發(fā)展趨勢，為設(shè)備選型及部署提供參考依據(jù)。2.1.1MEC服務(wù)器概述邊緣計算作為一種計算模式，服務(wù)與計算資源被放置在靠近終端用戶的網(wǎng)絡(luò)邊緣設(shè)備中。MEC服務(wù)器，是應(yīng)用在邊緣場景的邊緣計算服務(wù)設(shè)備。邊緣計算服務(wù)器相比工控機/智能網(wǎng)關(guān)等其他邊緣計算設(shè)備，具備技術(shù)成熟、標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一、計算性能和穩(wěn)定性強等優(yōu)勢，更能適應(yīng)邊緣應(yīng)用以及5G、AI技術(shù)發(fā)展而飛速提高的算力和可靠性需求。其主要特點體現(xiàn)在以下四個方面。1.形態(tài)靈活多變2.靈活的可擴展性3.運維管理統(tǒng)一便捷性4.優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性1.MEC服務(wù)器定義2.1.1MEC服務(wù)器概述1．形態(tài)靈活多變邊緣計算服務(wù)器按照環(huán)境適應(yīng)性及算力性能的差異化需求，可以視為應(yīng)用現(xiàn)場的邊緣微中心。它的表現(xiàn)形式，即可作為機房及邊緣數(shù)據(jù)中心的邊緣機架服務(wù)器，也可作為工業(yè)現(xiàn)場及數(shù)據(jù)搬遷的便攜AI服務(wù)器，還可作為邊緣微服務(wù)器就近部署在端側(cè)設(shè)備附近。靈活的形態(tài)滿足不同場景對服務(wù)器的部署要求。2．靈活的可擴展性邊緣計算服務(wù)器的硬盤支持HDD/SSD/NVMESSD等存儲形式，靈活應(yīng)對不同數(shù)據(jù)容量及類型。它能兼容支持多種內(nèi)存，將內(nèi)存的容量、溫度適應(yīng)性、掉電保護等功能做到可根據(jù)場景選配；它的處理器性能及功耗可以根據(jù)功能需求選配，選擇配置基于ASIC、FPGA、智能網(wǎng)卡或其它硬件加速方案，從而完成部分CPU功能的卸載，以達到節(jié)約CPU資源并提高處理效率的功能。1.MEC服務(wù)器定義2.1.1MEC服務(wù)器概述3．運維管理統(tǒng)一便捷性邊緣計算服務(wù)器具有統(tǒng)一的管理接口，一般服務(wù)器都有統(tǒng)一管理接口要求，以減少帶外管理系統(tǒng)帶來的大量適配工作。它的運維效很高效，操作簡單快捷，能減少人力成本；它具有故障診斷和自愈功能，服務(wù)器的基板管理控制器（BaseboardManagementController，BMC）具備基本的故障診斷和生成報告能力，還能夠提供硬件平臺自愈方案。4．優(yōu)異的環(huán)境適應(yīng)性邊緣計算服務(wù)器的環(huán)境溫度范圍為-40℃～70℃，能支撐地震九級，但對于電磁兼容（包括電磁干擾和電磁耐受性）的要求嚴(yán)格。1.MEC服務(wù)器定義2.1.1MEC服務(wù)器概述5G移動通信技術(shù)的迅速發(fā)展推動了萬物互聯(lián)時代的到來，促使商業(yè)應(yīng)用不斷更新。相對于傳統(tǒng)的前端采集數(shù)據(jù)、管道傳輸、后端計算的“云—管—端”一體化模式來說，如今終端算力上移，數(shù)據(jù)中心算力下沉到邊緣，逐漸向“云—邊—端”模式演變。因此，邊緣計算成為業(yè)界關(guān)注的焦點，也促使了MEC服務(wù)器的快速發(fā)展。MEC服務(wù)器提供靠近信源或用戶側(cè)的信息處理，側(cè)重于遠離網(wǎng)絡(luò)中心的本地化流量處理，實現(xiàn)資源和服務(wù)向邊緣位置的下沉。特別是在5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，MEC（多接入邊緣計算）成為剛性需求。多接入邊緣計算的本質(zhì)是“連接+算力”，它作為5G網(wǎng)絡(luò)服務(wù)在垂直行業(yè)應(yīng)用的創(chuàng)新，將推動產(chǎn)業(yè)鏈價值重構(gòu)，通過部署MEC服務(wù)器，將計算單元推向邊緣，發(fā)揮5G網(wǎng)絡(luò)優(yōu)勢，充分挖掘無線網(wǎng)絡(luò)能力。運營商可以同時通過部署MEC服務(wù)器，為行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型賦能，為未來社會創(chuàng)造更多信息網(wǎng)絡(luò)文化價值提供無限可能。根據(jù)中國邊緣計算產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟的數(shù)據(jù)，目前在40個城市已有100多個MEC試點項目，覆蓋多個行業(yè)和應(yīng)用場景。目前業(yè)界嘗試推進的邊緣場景主要有ICT融合場景、泛CDN、智能網(wǎng)聯(lián)汽車、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、產(chǎn)業(yè)+AI、城市治理、智能物聯(lián)網(wǎng)等。MEC服務(wù)器作為其核心設(shè)備得以廣泛應(yīng)用。2.MEC服務(wù)器發(fā)展現(xiàn)狀2.1.1MEC服務(wù)器概述當(dāng)前，邊緣計算場景和應(yīng)用系統(tǒng)需求的多元化特征越來越明顯。為了更好地承載業(yè)務(wù)的運行，邊緣計算對服務(wù)器等IT基礎(chǔ)設(shè)施提出了新的需求。網(wǎng)絡(luò)性能需求：5G網(wǎng)絡(luò)的三大典型企業(yè)應(yīng)用場景與邊緣計算能力的結(jié)合密切相關(guān)，其中，URLLC（UltraReliableLowLatencyCommunication，超可靠低延遲通信）對超高性能可靠低時延通信的要求，eMBB（EnhancedMobileBroadband，增強移動寬帶）對高帶寬的要求與IoT（InternetofThings，物聯(lián)網(wǎng)）對大連接的要求，都需要邊緣系統(tǒng)計算數(shù)據(jù)服務(wù)器的支持。而以AGV（AutomatedGuidedVehicle，自動引導(dǎo)車）小車、自動駕駛、工業(yè)質(zhì)檢等為代表的即時邊緣應(yīng)用場景對設(shè)備計算的低延時要求非常嚴(yán)苛，如道路上路況識別的效率、產(chǎn)線中缺陷檢測的效率與道路安全及企業(yè)成本效益息息相關(guān)，對承載此類關(guān)鍵應(yīng)用的邊緣服務(wù)器也提出了極高的需求。環(huán)境適應(yīng)性需求：邊緣計算場景復(fù)雜多樣，如在電信機房、邊緣電氣柜、工業(yè)現(xiàn)場控制柜、車載環(huán)境都有部署需求，需要邊緣服務(wù)器在寬工作溫濕度、高震動、高塵土、高輻射等環(huán)境下都有良好的適應(yīng)性，能夠可靠、穩(wěn)定運行。便捷維護性需求：邊緣服務(wù)器經(jīng)常需要部署在偏遠地區(qū)，運維人員上門困難，部分環(huán)境不具備現(xiàn)場維修條件，需要服務(wù)器具備遠程維護或快速換件等功能，所以，統(tǒng)一管理異構(gòu)服務(wù)器是邊緣服務(wù)器部署運維的關(guān)鍵需求，該需求包括但不限于統(tǒng)一的運維管理接口、業(yè)務(wù)自動部署能力、有效可靠的故障處理能力等。低噪聲需求：部署在人機共存環(huán)境的應(yīng)用（如智慧園區(qū)、智慧辦公/考勤等）對邊緣服務(wù)器提出了低噪聲需求，需要服務(wù)器在近人空間內(nèi)安靜運行。3.MEC服務(wù)器行業(yè)需求2.1.1MEC服務(wù)器概述1．管理便捷性邊緣節(jié)點企業(yè)數(shù)量眾多、位置分散、安裝和維護工作難度大，應(yīng)盡量減少工程師到現(xiàn)場的操作的必要性，所以需要有一個強大的資源管理運維能力進行保障。邊緣服務(wù)器需要提供狀態(tài)收集、操作控制和管理的接口，以支持遠程和自動管理。2．形態(tài)多樣性未來是一個以萬物進行感知、萬物互聯(lián)、萬物智能為企業(yè)特征的智能世界，信息量巨大，計算問題無處不在。應(yīng)用的高并發(fā)性和數(shù)據(jù)的多樣性對計算的多樣性、多核多并發(fā)性提出了更高的要求。同時，利用AI技術(shù)對非結(jié)構(gòu)化信息數(shù)據(jù)分析和挖掘，是提高數(shù)據(jù)源價值的重要手段。3．散熱的高效性由于社會邊緣機房的制冷技術(shù)系統(tǒng)的穩(wěn)定性無法得到有效保證，在系統(tǒng)出現(xiàn)故障時，機房溫度可能會達到45℃甚至更高；還有部分場景中沒有制冷制熱系統(tǒng)，設(shè)備運行溫度不穩(wěn)定，因此邊緣服務(wù)器面臨更為嚴(yán)苛的散熱考驗。進一步發(fā)掘更高效的熱管散熱器、進行散熱器結(jié)構(gòu)優(yōu)化、升級散熱材質(zhì)、采用液冷散熱技術(shù)等將成為邊緣服務(wù)器散熱設(shè)計的新方向和選擇。4．管理平臺兼容性在邊緣計算環(huán)境下，數(shù)據(jù)具有異構(gòu)性且數(shù)據(jù)量較大，對于計算任務(wù)的管理具有較大的復(fù)雜性，面向不同場景的邊緣計算系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能有所差異。覆蓋面廣的監(jiān)控管理能力是邊緣服務(wù)器可靠運行的基石和保障。邊緣服務(wù)器搭載邊緣計算管理平臺，向上聯(lián)動云端的數(shù)據(jù)，滿足企業(yè)客戶對邊緣進行計算資源的遠程管控、數(shù)據(jù)信息處理、分析管理決策、智能化的需求。4.MEC服務(wù)器發(fā)展趨勢2.1.2端側(cè)感知設(shè)備概述端側(cè)感知設(shè)備是邊緣計算的服務(wù)主體，作用于工業(yè)生產(chǎn)和應(yīng)用的最前端，采集環(huán)境和設(shè)備的狀態(tài)信息。包括移動設(shè)備和IoT（InternetofThings，物聯(lián)網(wǎng)）設(shè)備，如手機、智能家電、各類傳感器、攝像頭等。邊緣計算中的端側(cè)感知設(shè)備在接入邊緣網(wǎng)絡(luò)時，需要考慮具體的應(yīng)用場景需求、終端設(shè)備的異構(gòu)性以及邊緣設(shè)備的部署情況等。因此，邊緣計算中終端設(shè)備的接入主要面臨著三方面挑戰(zhàn)。1.端側(cè)感知設(shè)備定義與面臨挑戰(zhàn)2.1.2端側(cè)感知設(shè)備概述1．應(yīng)用場景的多樣性使端側(cè)感知設(shè)備和邊緣設(shè)備的異構(gòu)性對無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)提出了挑戰(zhàn)隨著工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，越來越多的端側(cè)感知設(shè)備被用來采集或檢測環(huán)境數(shù)據(jù)。由于應(yīng)用場景的多樣性，不同類型的端側(cè)感知設(shè)備可能被部署到不同的場景，如樓房密集的城市區(qū)域、空曠的田野區(qū)域等。另一方面，由于邊緣設(shè)備也存在異構(gòu)性，其計算、存儲能力和部署位置也并不相同，在這種情況下，不同場景中的端側(cè)感知設(shè)備往往會根據(jù)不同的需求以不同的方式接入到邊緣網(wǎng)絡(luò)。例如，在智慧家居的場景中短距離的數(shù)據(jù)傳輸往往采用Wi-Fi來實現(xiàn)，而在空曠偏遠的郊區(qū)場景下，采用遠距離的低功耗通信接入方式可以降低傳統(tǒng)多跳傳感器網(wǎng)絡(luò)的開銷和人工維護的難度。為不同的應(yīng)用場景選擇合適的無線傳輸技術(shù)，可以很大程度上提高邊緣接入的效率與可靠性。1.端側(cè)感知設(shè)備定義與面臨挑戰(zhàn)2.1.2端側(cè)感知設(shè)備概述2．?dāng)?shù)量龐大的端側(cè)感知設(shè)備對有限的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸資源提出挑戰(zhàn)工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)使端側(cè)感知設(shè)備（如各種傳感器等）呈現(xiàn)爆炸式增長，大量的端側(cè)感知設(shè)備都需要接入邊緣網(wǎng)絡(luò)，可以預(yù)見，有限的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸資源將會成為影響邊緣接入的主要瓶頸之一，因此邊緣接入的可靠性會受到很大的影響。另外，其他的實際問題（如端側(cè)感知設(shè)備的移動性）也會影響邊緣接入的可靠性。因此，如何利用有限的無線網(wǎng)絡(luò)傳輸資源支持更多端側(cè)感知設(shè)備的可靠邊緣接入成為非常重要的研究問題。1.端側(cè)感知設(shè)備定義與面臨挑戰(zhàn)2.1.2端側(cè)感知設(shè)備概述3．端側(cè)感知設(shè)備較高的移動性對數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽扛咝岢鎏魬?zhàn)設(shè)備的移動性會對可靠的數(shù)據(jù)傳輸帶來巨大的影響。從無線信號傳輸來說，信號可能會被移動性產(chǎn)生的多普勒頻移以及多徑效應(yīng)所改變，導(dǎo)致數(shù)據(jù)難以解碼，造成數(shù)據(jù)傳輸?shù)氖?。另一方面，設(shè)備移動到距離基站更遠的位置，導(dǎo)致信號功率減弱，數(shù)據(jù)更難以被檢測和解析。更進一步，設(shè)備的移動性會使其到達多個基站的覆蓋范圍之下，在移動軌跡中經(jīng)過多個不同的基站，涉及基站或接入點的切換問題，接入點的切換會關(guān)系到移動中的設(shè)備能否可靠地保持高效的數(shù)據(jù)傳輸。1.端側(cè)感知設(shè)備定義與面臨挑戰(zhàn)2.1.2端側(cè)感知設(shè)備概述近年來，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)得以不斷積累與升級，產(chǎn)業(yè)鏈也逐漸完善和成熟，加之受基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、基礎(chǔ)性行業(yè)轉(zhuǎn)型和消費升級等周期性因素的驅(qū)動，處于不同發(fā)展水平的領(lǐng)域和行業(yè)交替式地不斷推進工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，帶動了全球工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)整體呈現(xiàn)爆發(fā)式增長態(tài)勢。5G的落地將正式開啟物聯(lián)網(wǎng)時代。5G的本質(zhì)是把對人的通信延伸到萬物互聯(lián)，它就帶來一場新的革命。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)是建立在互聯(lián)網(wǎng)基礎(chǔ)上的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的一個新階段。它可以通過各種有線或無線網(wǎng)絡(luò)與互聯(lián)網(wǎng)融合，廣泛應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)的融合中，也因此被稱為繼計算機、互聯(lián)網(wǎng)之后世界信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次浪潮。近年來，我國政府出臺各類政策大力發(fā)展工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)，不少地方政府也出臺工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)專項規(guī)劃、行動方案和發(fā)展意見，從土地使用、基礎(chǔ)設(shè)施配套、稅收優(yōu)惠、核心技術(shù)和應(yīng)用領(lǐng)域等多個方面為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展提供政策支持。在工業(yè)自動控制、環(huán)境保護、醫(yī)療衛(wèi)生、公共安全等領(lǐng)域開展了一系列應(yīng)用試點和示范，并取得了初步進展。在互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)快速發(fā)展的今天，端側(cè)感知設(shè)備已經(jīng)被廣泛應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)及分布式領(lǐng)域，端側(cè)感知設(shè)備領(lǐng)域已經(jīng)發(fā)生了重要的變化。1.分布式控制應(yīng)用場合中的智能端側(cè)感知系統(tǒng)在國內(nèi)外已經(jīng)取得了長足的發(fā)展。2.總線兼容型端側(cè)感知插件的數(shù)量不斷增大，與個人計算機兼容的端側(cè)感知系統(tǒng)的數(shù)量也在增加。3.國內(nèi)外各種端側(cè)感知設(shè)備先后問世，將端側(cè)感知帶入了一個全新的時代。2.端側(cè)感知設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀2.1.2端側(cè)感知設(shè)備概述雖然我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)最近幾年在政策支持下發(fā)展顯著，但我國工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)行業(yè)仍處于成長期的早中期階段。目前僅中國物聯(lián)網(wǎng)及相關(guān)企業(yè)就超過3萬家，其中中小企業(yè)占比超過85%，創(chuàng)新活力突出，對產(chǎn)業(yè)發(fā)展推動作用巨大。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)作為中國新一代信息技術(shù)自主創(chuàng)新突破的重點方向，蘊含著巨大的創(chuàng)新空間。在芯片、傳感器、近距離傳輸、海量數(shù)據(jù)處理以及綜合集成、應(yīng)用等領(lǐng)域，創(chuàng)新活動日趨活躍，創(chuàng)新要素不斷積聚。工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)在各行各業(yè)的應(yīng)用不斷深化，將催生大量的新技術(shù)、新產(chǎn)品、新應(yīng)用、新模式。未來巨大的市場需求將為工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)帶來難得的發(fā)展機遇和廣闊的發(fā)展空間。3.端側(cè)感知設(shè)備行業(yè)需求2.1.2端側(cè)感知設(shè)備概述智慧園區(qū)、智能家居、智慧建筑等工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)與物聯(lián)網(wǎng)熱門市場仍將保持高速增長，邊緣計算將帶動智能終端設(shè)備市場新一輪成長。家居生活、商業(yè)辦公是人們?nèi)粘Ｉ罟ぷ髦凶钜赘兄念I(lǐng)域之一，與物聯(lián)網(wǎng)深度融合后形成的智能家居、智慧建筑等在過去和未來一段時間都是物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的熱門應(yīng)用領(lǐng)域。智慧園區(qū)、無人值守工廠與工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)深度融合。兩者在邊緣計算趨勢推動下，交互、計算能力強大的智能終端設(shè)備快速成長，如亞馬遜、谷歌等以智能音箱為入口，迅速帶動智能家居的發(fā)展和消費者認知，以智能音箱為代表的語音交互設(shè)備成為目前極為重要的交互終端之一。未來一段時間，觸摸交互的智能顯示設(shè)備以及具有應(yīng)用場景豐富特性的智能照明產(chǎn)品等都可能成為智慧生態(tài)系統(tǒng)新的熱門“入口”，將帶動智能終端設(shè)備市場新一輪成長。4.端側(cè)感知設(shè)備發(fā)展趨勢任務(wù)2.2工業(yè)智慧園區(qū)規(guī)劃導(dǎo)入隨著人工智能技術(shù)的成熟及應(yīng)用，將人工智能與5G相結(jié)合應(yīng)用于工業(yè)智慧園區(qū)的建設(shè)，能夠?qū)崿F(xiàn)園區(qū)管理的智能化、運營的高效化。近幾年來，我國工業(yè)智慧園區(qū)無論從數(shù)量和規(guī)模上都具有顯著的提升。隨著工業(yè)智慧園區(qū)規(guī)模的擴大、經(jīng)濟產(chǎn)出的提高，園區(qū)的進出口增多，人員結(jié)構(gòu)復(fù)雜。工作人員，外來訪客等出入頻繁?；馂?zāi)、爆炸、盜竊等案件屢有發(fā)生，甚至給企業(yè)帶來了重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。傳統(tǒng)的工業(yè)園區(qū)主要存在安全隱患、通行效率、日常管理三個方面的問題?；谝陨蠁栴}，本項目從人像和車輛數(shù)據(jù)的采集、傳輸、處理、分析、應(yīng)用、安全等各個層面節(jié)點進行總體規(guī)劃設(shè)計，制定高可靠性、高實用性、高經(jīng)濟性的業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的工業(yè)智慧園區(qū)方案，能夠全面提升工業(yè)園區(qū)的安防保障，給管理者、員工提供高質(zhì)量通行體驗，實現(xiàn)對員工、工區(qū)、數(shù)據(jù)的精細化管理。2.2.1傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)存在的問題我國的工業(yè)園區(qū)近二十年無論從數(shù)量和規(guī)模上都具有顯著的提升，隨著工業(yè)園區(qū)規(guī)模的擴大、經(jīng)濟產(chǎn)出的提高，園區(qū)的進出口增多，人員結(jié)構(gòu)復(fù)雜。工作人員、外來訪客等出入頻繁?；馂?zāi)、爆炸、盜竊等案件屢有發(fā)生，甚至給企業(yè)帶來了重大的人員傷亡和財產(chǎn)損失。傳統(tǒng)的工業(yè)園區(qū)從安全隱患、通行效率、日常管理三個方面有不同的痛點。因此，現(xiàn)代化企業(yè)工業(yè)園區(qū)越來越重視安防及視頻監(jiān)控系統(tǒng)的建設(shè)，重視工業(yè)園區(qū)的智能化改造，提升工業(yè)園區(qū)運營管理效率。2.2.1傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)存在的問題1．安全有隱患傳統(tǒng)園區(qū)管理存在的安全隱患表現(xiàn)為如下幾個方面：（1）傳統(tǒng)園區(qū)管理通過保安檢查工卡或刷IC卡作為身份識別的憑證，這些系統(tǒng)可以基本有效的防止非授權(quán)人員進出。但是，使用者需要頻繁進行刷卡操作，還會存在卡片被復(fù)制、被冒名頂替等安全風(fēng)險。特別是對于員工工卡借出，讓無權(quán)限的人員進入某些重點、高危區(qū)域的行為無法監(jiān)控，容易造成安全隱患。（2）訪客通行管理采用發(fā)放“訪客卡”的方式，雖然可以記錄訪客的基本信息，但對于一些安防等級要求嚴(yán)格的企業(yè)，無法得知訪客實際進入的區(qū)域，也無法設(shè)置訪客卡的有效時間，存在安全風(fēng)險。（3）進出園區(qū)的車輛無法與駕駛?cè)藛T身份綁定，推銷員、小偷等通過翻越工業(yè)園區(qū)圍墻闖入園區(qū)的行為無法被提前識別和預(yù)警。存在監(jiān)管漏洞。2.2.1傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)存在的問題2．通行效率低傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)在通行表現(xiàn)上也很差強人意，尤其是高峰出行或突發(fā)事件時，具體通行效率低的表現(xiàn)舉例如下：（1）訪客登記需前臺人員人工核對身份信息、手工錄入、發(fā)卡，效率較低。部分園區(qū)仍采用手寫紙質(zhì)訪客條的方式進行訪客登記，不僅效率低下還可能存在難以辨認證件真?zhèn)?、手寫字跡潦草、保存不當(dāng)丟失、被篡改等等問題。（2）上下班高峰，員工排隊打卡考勤，降低了人員通行效率和便捷性。（3）員工雙手拿物或攜帶物品較多時，會有刷卡不便的問題。（4）員工忘記帶卡由保安代刷卡，造成通行管理不規(guī)范，也會帶來安全隱患。2.2.1傳統(tǒng)工業(yè)園區(qū)存在的問題3．管理難度大在管理方面，傳統(tǒng)園區(qū)也表現(xiàn)出管理方面的諸多問題，比如如下幾個方面：（1）用IC卡考勤，無法杜絕代刷卡現(xiàn)象。員工忘記打卡，導(dǎo)致一系列繁瑣的補打卡手續(xù)；考勤機器有限，一旦出現(xiàn)問題，造成無法有效打卡。以上問題都會帶來企業(yè)考勤管理問題和企業(yè)勞資損失。（2）員工IC卡遺失補辦，不同的單位手續(xù)不一樣。有的需要多層審批，此期間增加運營管理成本，員工本身也因為卡的丟失，無法正常工作，還可能面臨賠償，造成工作效率低，增加隱形的管理成本。（3）工業(yè)園區(qū)人員身份復(fù)雜。有正式員工、外包員工、訪客、VIP、推銷員、小偷等，對不同人員需要分類和分權(quán)限管理。傳統(tǒng)園區(qū)采用安保人員人工管理的方式，不僅管理成本高，還可能因為安保人員間信息沒及時共享，無法進行有效管理。（4）車輛停在消防通道或主干道上，造成交通不便甚至有安全隱患。（5）工業(yè)園區(qū)發(fā)生安全事件后，只能靠人工查看歷史視頻。如需查看一個人員的軌跡，要回放大量不同監(jiān)控的視頻，費時費力，且不一定能得到有效結(jié)果。2.2.2工業(yè)智慧園區(qū)項目總體設(shè)計根據(jù)工業(yè)園區(qū)的特點，在建設(shè)或改造時將以“保護業(yè)主現(xiàn)有投資、系統(tǒng)可擴展性”為原則開展設(shè)計。1．保護業(yè)主現(xiàn)有投資保護現(xiàn)有投資主要從以下幾個方面予以考量與保留。（1）原有的普通高清攝像機：攝像機若滿足支持RTSP/ONVIF協(xié)議、200萬像素、1080P、H.264編碼，即可利用并接入人臉識別系統(tǒng)用于人臉識別、人體檢測、車輛檢測等。（2）原有的閘機/門禁：人臉識別終端與閘機/門禁控制器能對接，人臉識別比對成功后發(fā)送命令給控制器進行控制開關(guān)門，原系統(tǒng)可繼續(xù)使用。（3）原有的人事考勤系統(tǒng)：人臉識別系統(tǒng)開放API傳遞數(shù)據(jù)給已有的人事考勤系統(tǒng)，實現(xiàn)對接，可繼續(xù)使用。（4）原有的車牌識別系統(tǒng)：可由集成商在應(yīng)用層做人車關(guān)聯(lián)，可繼續(xù)使用。2．保持系統(tǒng)可擴展性系統(tǒng)的可擴展性主要從以幾個方面考量。（1）設(shè)備可擴展：根據(jù)業(yè)主的容量需求，可支持攝像機、人臉識別終端的擴容，人臉識別服務(wù)器支持從單機到多機分布式集群的擴展。（2）算法可擴展：根據(jù)多元業(yè)務(wù)場景的需求，從只支持人臉識別算法擴展到支持人體檢測、車輛檢測的算法，未來可以支持人群、行為、煙火等算法的擴展。（3）功能可擴展：隨著應(yīng)用的豐富，需要從只支持人臉通行布控相關(guān)的應(yīng)用擴展到支持周界告警、區(qū)域闖入告警、車輛違停告警等相關(guān)應(yīng)用，未來可以支持人群密度過大告警、打架告警、煙火告警等新功能的擴展。1.項目方案設(shè)計思路2.2.2工業(yè)智慧園區(qū)項目總體設(shè)計在本項目中，根據(jù)項目方案設(shè)計思路開展架構(gòu)設(shè)計。智能化前端設(shè)備負責(zé)采集視頻圖像并完成部分預(yù)處理工作。由邊緣設(shè)備提取目標(biāo)圖片、特征碼和屬性進行智能分析，滿足工業(yè)園區(qū)安防、管理需求，并且邊緣設(shè)備可向中心轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)。中心平臺完成數(shù)據(jù)檢索、分析和應(yīng)用。這樣的端邊云協(xié)同的架構(gòu)，不僅能滿足對事件處理的及時性，更能降低數(shù)據(jù)流量，有效減輕網(wǎng)絡(luò)傳輸及數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)、跨網(wǎng)壓力，具體項目架構(gòu)如圖所示。圖中，可以看到該架構(gòu)整體可以劃分成采集終端、硬件、平臺軟件、應(yīng)用軟件、現(xiàn)有系統(tǒng)五個層級。2.工業(yè)智慧園區(qū)項目架構(gòu)設(shè)計2.2.2工業(yè)智慧園區(qū)項目總體設(shè)計2.工業(yè)智慧園區(qū)項目架構(gòu)設(shè)計1.采集終端多樣化的終端實現(xiàn)視頻圖像數(shù)據(jù)的采集。前端設(shè)備層視頻監(jiān)控攝像機和人像智能抓拍機實現(xiàn)視頻、圖片數(shù)據(jù)的采集。人證核驗一體機實現(xiàn)人員和身份證一致性的比對。門禁人臉識別機、閘機人臉識別機實現(xiàn)刷臉通行、簽到考勤等智能化前端應(yīng)用。2.硬件工業(yè)智慧園區(qū)項目部署的邊緣計算服務(wù)器和智能邊緣節(jié)點，用于連接采集終端與運中心。3.平臺軟件多種引擎提供基礎(chǔ)平臺軟件服務(wù)。提供接入服務(wù)、視頻解析、人臉檢測、特征提取、人臉屬性、人臉比對、人體檢測、人體屬性、機動車檢測、機動車屬性、非機動車檢測、非機動車屬性、圖片質(zhì)量檢測、人像入庫、設(shè)備管理、人像庫管理、用戶管理、角色管理、任務(wù)管理、地圖管理、日志管理等功能。2.2.2工業(yè)智慧園區(qū)項目總體設(shè)計2.工業(yè)智慧園區(qū)項目架構(gòu)設(shè)計4.應(yīng)用軟件（1）基于軟件引擎生成人臉、人體、車輛的多樣化應(yīng)用，自帶Web界面可查看。包含視頻預(yù)覽。其中，人臉應(yīng)用包含黑名單告警、陌生人識別、以圖搜圖、人員軌跡查詢、訪客管理、考勤管理、VIP迎賓、閘機通行、門禁通行、無感通行。人體應(yīng)用包含周界告警、非授權(quán)區(qū)域闖入告警、人體屬性檢測。車輛應(yīng)用包含機動車通行記錄，非機動車通行記錄、機動車違停告警。（2）可回溯記錄，查看事件抓怕大圖、小圖、數(shù)據(jù)看板展示設(shè)備總量、設(shè)備狀態(tài)、今日抓拍量、事件告警信息、庫容占用等信息。（3）開放API接口，給業(yè)務(wù)應(yīng)用拓展。對于工業(yè)園區(qū)細分場景開發(fā)的用戶可通過調(diào)用算法引擎層提供的標(biāo)準(zhǔn)API接口，實現(xiàn)多樣化的人工智能算法，如訪客管理系統(tǒng)、通行管理系統(tǒng)、人事考勤系統(tǒng)、智能安防系統(tǒng)等其他業(yè)務(wù)系統(tǒng)。5.現(xiàn)有系統(tǒng)接收數(shù)據(jù)后，可以拓展更多應(yīng)用，如大屏展示，實時查看業(yè)務(wù)情況，監(jiān)控預(yù)警，驅(qū)動內(nèi)部快速相應(yīng)。2.2.2工業(yè)智慧園區(qū)項目總體設(shè)計3.組網(wǎng)拓撲實施根據(jù)項目方案設(shè)計思路和項目架構(gòu)設(shè)計，設(shè)計了實施組網(wǎng)拓撲圖，如圖所示，包括終端設(shè)備、智能邊緣節(jié)點、相機管理和AI服務(wù)器。2.2.2工業(yè)智慧園區(qū)項目總體設(shè)計3.組網(wǎng)拓撲實施1．終端設(shè)備多樣化的智能終端將智能應(yīng)用及數(shù)據(jù)采集延伸到各種場景，安裝在工業(yè)出入口、各樓層中的主要人員出入口，重點監(jiān)控區(qū)域。通過路由器接到局域網(wǎng)內(nèi)，接入AI服務(wù)器。2．智能邊緣節(jié)點接入AI服務(wù)器，將視頻流轉(zhuǎn)化為圖片流。AI服務(wù)器可對智能邊緣節(jié)點實現(xiàn)的管理包括有相機管理、人像庫（圖片）同步、抓拍和比對記錄上傳、遠程升級。3．AI服務(wù)器具有2U標(biāo)準(zhǔn)高度，可安裝在現(xiàn)有機房。部署高效算法，為系統(tǒng)提供計算與優(yōu)化服務(wù)。2.2.2工業(yè)智慧園區(qū)項目總體設(shè)計4.軟件開放式接口項目采用標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計，AI賦能平臺架構(gòu)、協(xié)議遵循行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，確保系統(tǒng)的可互通性，提供標(biāo)準(zhǔn)、簡潔、易用的接口，主要的接口及功能介紹如下。1．基礎(chǔ)接入能力，能滿足基本設(shè)備接入需求。設(shè)備接入接口：提供設(shè)備及設(shè)備分組的增、刪、改、查接口，提供設(shè)備狀態(tài)檢測接口。2．基礎(chǔ)服務(wù)接入，對基礎(chǔ)的服務(wù)模塊進行抽象后接入。（1）人像庫接口：提供目標(biāo)庫和目標(biāo)人臉的增、刪、改、查接口。（2）日志管理接口：提供系統(tǒng)操作日志的查詢和導(dǎo)出接口。（3）結(jié)果推送接口：人臉抓拍比對結(jié)果采用Websocke或Http推送方式，包括抓拍圖片、比對圖片、相似度值等信息的推送。（4）比對記錄接口：提供比對記錄查詢、篩選、人工研判的操作接口。（5）系統(tǒng)信息接口：提供系統(tǒng)信息獲取接口，提供logo切換、系統(tǒng)標(biāo)題、忘記密碼提示語配置接口。3．行業(yè)應(yīng)用賦能，主要為行業(yè)應(yīng)用場景提供基本的應(yīng)用接入口。（1）人臉小功能接口：人臉圖片1:N比對、1:1比對、質(zhì)量分數(shù)檢測接口。（2）任務(wù)配置接口：提供人臉監(jiān)控/人臉門禁/人體區(qū)域闖入/人體越線/車輛違停任務(wù)的增、刪、改、查接口。（3）軌跡分析接口：人臉以圖搜圖、軌跡展示的接口。任務(wù)2.3邊緣計算設(shè)備的硬件選型導(dǎo)入邊緣計算設(shè)備通常需要實時收集端側(cè)設(shè)備采集來的數(shù)據(jù)，以幫助改進流程，創(chuàng)造更好的客戶體驗并提高產(chǎn)品質(zhì)量。借助正確的技術(shù)，邊緣計算可以隨時隨地提升整個業(yè)務(wù)的智能。那么，邊緣計算設(shè)備都有哪些類型，如何選擇合適的邊緣計算設(shè)備？下面詳細介紹邊緣計算設(shè)備的硬件類型及選型，以及選型時應(yīng)考量點與關(guān)注點。2.3.1邊緣計算硬件設(shè)備分類邊緣設(shè)備因其用途不同，在物理外形和性能上具有很大差異。智能邊緣設(shè)備提供的功能遠超RFID標(biāo)簽、溫度探測器、振動傳感器等端側(cè)采集設(shè)備。邊緣計算設(shè)備內(nèi)置了處理器，使其可以實現(xiàn)更多的功能，如板載分析或人工智能實現(xiàn)等。如在制造業(yè)中使用的智能邊緣設(shè)備包括視覺引導(dǎo)機器人或工業(yè)PC。商用車內(nèi)置的數(shù)字駕駛艙系統(tǒng)可以幫助提供駕駛員輔助。在醫(yī)院里，患者監(jiān)護設(shè)備可以發(fā)現(xiàn)生命體征的變化，并在需要時通知醫(yī)務(wù)人員。智能城市正在部署物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，以監(jiān)測天氣狀況和交通模式，并向市民提供公共交通的實時信息。邊緣計算設(shè)備按照其對外提供的功能可分為四種類型，分別是智能傳感器、可編程邏輯控制器（PLC）、邊緣智能路由器和ICT融合網(wǎng)關(guān)。2.3.1邊緣計算硬件設(shè)備分類1．智能傳感器實時或定時采集數(shù)據(jù)，區(qū)別于普通傳感器，設(shè)備獲得環(huán)境子系統(tǒng)的狀態(tài)信息后，就地實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的歸類、分析、封裝，減少數(shù)據(jù)上傳后再計算分析的時間和資源消耗，提高系統(tǒng)監(jiān)測效率。如圖所示智能傳感器示意圖，形式多樣，種類繁多。2.3.1邊緣計算硬件設(shè)備分類2．可編程邏輯控制器（PLC）PLC本質(zhì)上就是一臺具備編程、運算、控制、輸出等能力的智能電腦，只是根據(jù)工業(yè)生產(chǎn)、行業(yè)應(yīng)用的需求進行了適應(yīng)性融合設(shè)計。PLC可在邊緣端低延時、高效率地管理、控制設(shè)備運行。如圖所示PLC示意圖，技術(shù)成熟，應(yīng)用廣泛。2.3.1邊緣計算硬件設(shè)備分類3．邊緣智能路由器邊緣智能路由器可實現(xiàn)將有線/無線的全網(wǎng)通聯(lián)網(wǎng)、高速路由、WIFI支持、本地存儲、設(shè)備監(jiān)測及前端設(shè)備控制等功能集合于一體，如圖所示。它具有豐富的行業(yè)接口和應(yīng)用功能接口，支持對復(fù)雜功能的邊緣設(shè)備的一站式接入，提高數(shù)據(jù)通信的集中化水平和高效率。2.3.1邊緣計算硬件設(shè)備分類4．ICT融合網(wǎng)關(guān)ICT（InformationCommunicationsTechnology）是信息、通信和技術(shù)三個英文單詞的詞頭組合，這種融合網(wǎng)關(guān)具備先進的設(shè)備接入能力、數(shù)據(jù)采集能力、邊緣計算能力、5G/4G/有線等綜合通信傳輸能力等。如圖所示，ICT融合網(wǎng)關(guān)能實現(xiàn)對物聯(lián)網(wǎng)系統(tǒng)的大范圍、多設(shè)備的數(shù)據(jù)交互和全程控制。2.3.2邊緣計算設(shè)備選型通過前面邊緣設(shè)備類型的介紹，我們知道邊緣計算設(shè)備總類與款式多樣。正確選擇適合對應(yīng)企業(yè)項目要求的邊緣計算設(shè)備，不僅影響到項目系統(tǒng)運行的正確性和流暢性，同時也能夠為企業(yè)節(jié)約設(shè)備成本，避免浪費。因此，邊緣計算設(shè)備選型考量點與參數(shù)關(guān)注點成為設(shè)備選型的重要依據(jù)。2.3.2邊緣計算設(shè)備選型1．設(shè)備選型考量點（1）是否支持通信、控制、設(shè)備接入等多功能集成，是否能夠有效管理和控制接入的系統(tǒng)設(shè)備。（2）從硬件芯片到系統(tǒng)軟件是否都支持邊緣計算算法，智能化水平高，支持無人值守、智能響應(yīng)。（3）功能接口是否豐富，是否支持工業(yè)、環(huán)保、輸配電等行業(yè)協(xié)議，支持接入復(fù)雜設(shè)備，部署便捷。（4）是否支持有線和無線網(wǎng)絡(luò)通信，滿足不同現(xiàn)場項目的通信網(wǎng)絡(luò)狀況，是否可靈活選擇通信模式，有線網(wǎng)絡(luò)與無線網(wǎng)絡(luò)是否可互為備份，保障設(shè)備不掉線。2.3.2邊緣計算設(shè)備選型2．設(shè)備參數(shù)關(guān)注點（1）性能從arm處理器核心數(shù)量和主頻、內(nèi)存與AI模組專用內(nèi)存、深度學(xué)習(xí)推理能力、視頻編解碼能力、jpeg編解碼以及其他視覺運算硬件加速能力等方面參數(shù)進行比較，結(jié)合實驗應(yīng)用場景選擇滿足生產(chǎn)需求的硬件配置。（2）價格在性能都能滿足要求的情況下，價格自然成為選型的決定因素。特別是同一個AI模組。其實會有多家廠商產(chǎn)品可供選擇，比如浪潮的EIS200和凌華的DLAP-211-JNX都是基于NVIDIA的JetsonNX模組，應(yīng)對相同場景的配置，體現(xiàn)就不一樣。（3）工具鏈這里需要考慮支持主流框架模型情況，算子（深度學(xué)習(xí)算法由一個個計算單元組成，我們稱這些計算單元為算子）及網(wǎng)絡(luò)模型支持情況，接口易用程度，以及SDK、技術(shù)論壇完備程度和技術(shù)支持力度。（4）外圍接口充分考量板載的外圍接口是否能滿足應(yīng)用場景需求。（5）功耗有的客戶可能因為作業(yè)環(huán)境的限制對功耗要求比較嚴(yán)格，比如是在野外使用太陽能供電，但通常較低的功耗也意味著較低的算力。2.3.3常見的邊緣計算設(shè)備（1）NVIDIA-JetsonNVIDIA-Jetson是NVIDIA為新一代自主機器設(shè)計的嵌入式系統(tǒng)，如圖所示。它是一個AI平臺，這個系列已經(jīng)有不少成員了。目前Jseton家族也有很多不同型號的產(chǎn)品，如圖所示列舉了Jseton家族不同產(chǎn)品型號的相關(guān)參數(shù)。2.3.3常見的邊緣計算設(shè)備（2）華為-AtlasAtlas是華為基于昇騰系列AI處理器和業(yè)界主流異構(gòu)計算部件，打造的智能計算平臺，如圖所示。它通過模塊、板卡、小站、AI服務(wù)器等豐富的產(chǎn)品形態(tài)，打造面向“端、邊、云”的全場景AI基礎(chǔ)設(shè)施方案，可廣泛用于“平安城市、智慧交通、智慧醫(yī)療、AI推理”等領(lǐng)域。2.3.3常見的邊緣計算設(shè)備左邊為Atlas200DK開發(fā)者套件（型號:3000），它是一款高性能AI應(yīng)用開發(fā)板，集成了異騰310AI處理器，方便用戶快速開發(fā)、快速驗證，可廣泛應(yīng)用于開發(fā)者方案驗證、高校教育、科學(xué)研究等場景。右邊為Atlas200A加速模塊（型號:3000），它集成了異騰310AI處理器，可以在端側(cè)實現(xiàn)圖像識別、圖像分類等，廣泛用于智能攝像機、機器人、無人機等端側(cè)AI場景。2.3.3常見的邊緣計算設(shè)備左邊為Atlas500智能小站（型號:3000），它是面向邊緣應(yīng)用的產(chǎn)品，具有超強計算性能、體積小、環(huán)境適應(yīng)性強、易于維護和支持云邊協(xié)同等特點，可以在邊緣環(huán)境廣泛部署，滿足在安防、交通、社區(qū)、園區(qū)、商場、超市等復(fù)雜環(huán)境區(qū)域的應(yīng)用需求。右邊為Atlas500Pro智能邊緣服務(wù)器（型號:3000），它是面向邊緣應(yīng)用的產(chǎn)品，具有超強計算性能、高環(huán)境適應(yīng)性、易于部署維護和支持云邊協(xié)同等特點。2.3.3常見的邊緣計算設(shè)備（3）比特大陸SophonSE5比特大陸憑借其在礦機芯片領(lǐng)域積累的技術(shù)實力，也積極向人工智能方向發(fā)力，推出了一系列性能強勁的AI算力產(chǎn)品（Sophon系列），包括算力芯片、算力服務(wù)器、算力云，主要應(yīng)用于區(qū)塊鏈和人工智能領(lǐng)域。如表所示是其官網(wǎng)列出的主要芯片產(chǎn)品。Al芯片Al計算模組Al計算加速卡Al計算盒算豐智能服務(wù)器BM1684Al計算模組SM5AI開發(fā)者產(chǎn)品組合Al計算盒SE5算豐智能服務(wù)器SA3BM1682AI計算加速卡SC5HAI迷你機SE3BM1680Al計算加速卡SC5+BM1880深度學(xué)習(xí)加速卡SC3SophonSE5智算盒是一款高性能、低功耗邊緣計算產(chǎn)品，搭載算豐科技自主研發(fā)的第三代TPU芯片BM1684，INT8算力高達17.6TOPS，可同時處理16路高清視頻，支持38路1080P高清視頻硬件解碼與2路編碼。2.3.3常見的邊緣計算設(shè)備（4）晶晨半導(dǎo)體-AmlogicAmlogic是全球無晶圓半導(dǎo)體系統(tǒng)設(shè)計的領(lǐng)導(dǎo)者，為智能機頂盒、智能電視、智能家居等多個產(chǎn)品領(lǐng)域，提供多媒體SoC芯片和系統(tǒng)級解決方案。如表所示是搭載了其A331D芯片的智能盒子NeuBoard的相關(guān)參數(shù)，具有功耗低、性價比高的優(yōu)點。2.3.3常見的邊緣計算設(shè)備項目組件規(guī)格硬件配置CPUAmlogicA311D，四核ARMCortexA73(2.2GHz)兩核ARMCortexA53(1.8GHz)NPU獨立AI神經(jīng)處理單元，5TOPS算力GPUARMMali-G52MP4VPU4KH.265、VP9和AVS2視頻解碼，支持1080pH.265/H.264視頻編碼內(nèi)存2GB/4GBDDR4存儲4GB/8GB/16GB/32GBeMMC5.1，支持標(biāo)準(zhǔn)256GMicroSD/SDHC/SDXC卡擴展存儲操作系統(tǒng)NeucoreNeuSYS接口100/1000M自適應(yīng)RJ45x1，USB2.0x2，HDMI2.1x1指示燈電源狀態(tài)LED燈x1，啟動狀態(tài)LED燈x1電源DC+12V，配220V交流電源適配器。設(shè)備功率≤5WAmlogic的A311D中集成了ARM、NPU、GPU、VPU，NPU，NPUIP是由芯原微電子（Versilicon）提供的Vivante?NPUIP。Versilicon提供了一套基于OpenVX的工具套件，AcuityToolset幫助用戶將原生模型轉(zhuǎn)換為Vivante?NPUIP支持的模型。AcuityToolset支持Tensorflow、Tensorflow-Lite、Caffe、PyTorch、ONNX、TVM、IREE/MLIR等框架。2.3.3常見的邊緣計算設(shè)備（5）寒武紀(jì)-MLU中科寒武紀(jì)其實是較早布局深度學(xué)習(xí)處理器的企業(yè)之一，也是目前國際上少數(shù)幾家全面系統(tǒng)，掌握了通用型智能芯片及其基礎(chǔ)系統(tǒng)軟件研發(fā)和產(chǎn)品化核心技術(shù)的企業(yè)之一。它能提供云邊端一體、軟硬件協(xié)同、訓(xùn)練推理融合、具備統(tǒng)一生態(tài)的系列化智能芯片產(chǎn)品和平臺化基礎(chǔ)系統(tǒng)軟件。寒武紀(jì)的產(chǎn)品線也比較豐富，但由于它本身是專注做芯片、模組與基礎(chǔ)軟件的，并不提供成品的邊緣計算設(shè)備或服務(wù)器，如果需要，可以從其合作的下游廠商處購買。如圖所示，為其智能加速卡的相關(guān)參數(shù)。2.3.3常見的邊緣計算設(shè)備如圖所示是寒武紀(jì)MLU第一到第三代的相關(guān)參數(shù)。EIS200Altas500SophonSESNeuBoardNE-V-200設(shè)備廠商浪潮華為比特大陸諾科格蘭泰克AI模組廠商NMDIA華為比特大陸Amlogic寒武紀(jì)AI模組JetsonNXAtlas200BM1684A311DMLU220M2AIINT8算力21TOPS22T/16TOPS17.6TOPSSTOPS8TOPSCPU內(nèi)存8GB4GB4GB2GB/4GB4GBAI內(nèi)存8GB8GB4GB存諸空間16GB可擴展擴展硬盤32G可擴展4/8/16/32GBSD卡32GBOSubuntu18.04Ubuntu18.04debian9定制linuxdebian10CPU6-coreNMDIACarmelARM20v8.264-bitCPU6MB12+4MBL3海思Hi3559A8核A53@2.3GHZ四核ARMCortexA73(2.2GH2)+兩核ARMCortexA53(1.8GHZ)雙該Cortex-A72+四核Cortex-A53大小核CPU.主頻1.8GHZ視頻解碼2x4K@60(HEVC)12x1080p@60(HEVC)32x1080p@30(HEVC)16路1080P30FPS(2路3840*216060FPS960tps1080p(38路1080P@25FPS)4路1080P規(guī)頻流16路H264/H2651080@30幀斛碼視頻解碼2x4K@30(HEVC)6x1080p@60(HEVC)1路1080P30FPS50fps1080p(2路1080P@2SFPS)工具鏈體驗五顆星四顆星四顆星三顆星三顆星技術(shù)支持度四顆星四顆星五顆星三顆星三顆星任務(wù)2.4MEC服務(wù)器及端側(cè)設(shè)備的硬件部署導(dǎo)入MEC服務(wù)器及端側(cè)設(shè)備具有部署靈活、低時延、高帶寬的優(yōu)勢。下面詳細介紹MEC服務(wù)器及端側(cè)設(shè)備的硬件連接與部署。2.4.1MEC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析按其實現(xiàn)功能，MEC基本架構(gòu)可分為基礎(chǔ)設(shè)施層、虛擬化層、MEC管理層、MEC應(yīng)用層。MEC網(wǎng)絡(luò)的部署模式較為多樣化，通常情況下都會與5G網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，這樣既能幫助運營商來進行網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的形態(tài)構(gòu)建，還可以幫助本地的電信業(yè)務(wù)實現(xiàn)計算能力的最大化提高。導(dǎo)入2.4.1MEC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析MEC具有靈活業(yè)務(wù)部署、本地化網(wǎng)絡(luò)處理、低時延、高帶寬的優(yōu)勢。按照MEC網(wǎng)絡(luò)基本架構(gòu)，如圖所示。1.MEC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析基礎(chǔ)設(shè)施層：主要基于通用服務(wù)器，為MEC提供存儲、計算、渲染等硬件底座。虛擬化層：基于基礎(chǔ)設(shè)施層，采用網(wǎng)絡(luò)功能虛擬化的方式為MEC業(yè)務(wù)平臺提供規(guī)劃應(yīng)用程序、服務(wù)、DNS服務(wù)器、3GPP網(wǎng)絡(luò)和本地網(wǎng)絡(luò)之間的通信路徑。MEC管理層：提供全局業(yè)務(wù)編排、策略管理、基礎(chǔ)服務(wù)注冊與流量控制、生命周期管理等功能。MEC應(yīng)用層：視頻直播平臺、智慧工業(yè)、5G教育、AR/VR應(yīng)用等第三方APP。2.4.1MEC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析隨著5G高速率、低時延的新業(yè)務(wù)涌現(xiàn)，MEC商用需求逐漸明確。“云-邊-端”的全業(yè)務(wù)鏈閉環(huán)，得到了運營商的認可。運營商結(jié)合5G網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建邊緣、區(qū)域、中心三層架構(gòu)的MEC部署策略被快速推廣。其特征是：（1）基于地理構(gòu)建邊緣、區(qū)域、中心三層架構(gòu)，各層MEC滿足不同業(yè)務(wù)需求，按功能滿足按時延、速率等進行業(yè)務(wù)分流。（2）依托平臺智能管理能力，對外開放平臺功能，打造垂直行業(yè)產(chǎn)品，形成邊緣云生態(tài)。（3）利用平臺AI能力，打造智慧安防、視覺智能檢測、自動駕駛等產(chǎn)品。（4）利用視頻編解碼能力，應(yīng)用于直播加速、AR、VR、云游戲等。（5）利用IoT設(shè)備管理能力，應(yīng)用于各類物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。（6）利用平臺的渲染能力，應(yīng)用于AR、VR、全息投影等應(yīng)用。2.MEC網(wǎng)絡(luò)部署策略2.4.1MEC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)分析運營商針對當(dāng)前市場對于邊緣計算的需求，提出MEC五大產(chǎn)品及資費體系：分流網(wǎng)關(guān)、MEC云資源、平臺PaaS層能力（邊緣云服務(wù)）、定制邊緣云及云咨詢、規(guī)劃、集成實施服務(wù)，如圖所示。3.產(chǎn)品及資費體系分流網(wǎng)關(guān)：分為本地級分流網(wǎng)關(guān)、邊緣級分流網(wǎng)關(guān)，本地級分流網(wǎng)關(guān)按帶寬付費，邊緣級收費標(biāo)準(zhǔn)為本地級的1.5~2倍。MEC云資源：分為本地級MEC、邊緣級MEC，本地級MEC按照云資源使用量進行收費，邊緣級收費標(biāo)準(zhǔn)為本地級的1.5~2倍。平臺PaaS層能力（邊緣云服務(wù)）：分為網(wǎng)絡(luò)服務(wù)能力、應(yīng)用服務(wù)能力，按照平臺能力調(diào)用次數(shù)，根據(jù)服務(wù)等級進行收費。定制邊緣云：分MEC端到端整體解決方案、MEC行業(yè)云產(chǎn)品，整體打包，參考ICT模式進行收費。云咨詢、規(guī)劃、集成實施服務(wù)：按照項目總投資/合同比例收取服務(wù)費。2.4.2MEC服務(wù)器及端側(cè)設(shè)備連接在實際應(yīng)用中，有大量的端側(cè)設(shè)備需要接入MEC系統(tǒng)，如何在龐大的計算卸載中保障MEC服務(wù)器能夠穩(wěn)定地對外提供服務(wù)，成為MEC服務(wù)器與端側(cè)設(shè)備連接時需要考慮的核心問題。下面針對多個端側(cè)設(shè)備接入MEC服務(wù)器時遇到的問題及解決思路來進行學(xué)習(xí)。導(dǎo)入2.4.2MEC服務(wù)器及端側(cè)設(shè)備連接大量端側(cè)設(shè)備的接入帶來了大量的數(shù)據(jù)吞吐量和計算量，面對海量的數(shù)據(jù)，MEC服務(wù)器從保障高效穩(wěn)定的運行和降低功耗等方面從硬件到軟件提供了一系列的解決優(yōu)化方案。1.多端側(cè)設(shè)備接入如何保障MEC服務(wù)器的穩(wěn)定服務(wù)。（1）使用網(wǎng)絡(luò)上的流量調(diào)度。在多個端側(cè)設(shè)備同時連接進MEC系統(tǒng)時，通過優(yōu)化算法合理的選擇AP（accesspoint，接入點），以獲得最大增益，保障MEC穩(wěn)定高效對外提供服務(wù)。（2）在MEC服務(wù)器中提供緩存（cache）機制。在中心節(jié)點的MEC服務(wù)器上包含了接入端側(cè)設(shè)備的全部信息，包含了CSI（ChannelStateInformation，信道狀態(tài)信息）和計算卸載的各種請求。這些信息有些可以被復(fù)用，則保存在本地，如果一些一次性的計算任務(wù)，則不需要存儲。（3）優(yōu)化調(diào)度策略，減少MEC服務(wù)器功耗，提供持續(xù)穩(wěn)定輸出。在多個端側(cè)設(shè)備同時對MEC服務(wù)器發(fā)包的情況下，MEC服務(wù)器需要對多終端的通信和計算卸載的數(shù)據(jù)包先存在緩沖器（buffer）中，這樣MEC服務(wù)器便可以按接收包的順序進行處理。如果MEC服務(wù)器在一段時間工作量很大，而另一部分時間則資源利用率很低，那么則需要優(yōu)化調(diào)度策略。出于對MEC服務(wù)器的能耗考慮，可以設(shè)計一些調(diào)度策略使得多終端的數(shù)據(jù)包可以連續(xù)并穩(wěn)定地發(fā)送到MEC服務(wù)中。1.多端側(cè)設(shè)備接入MEC功能服務(wù)保障2.4.2MEC服務(wù)器及端側(cè)設(shè)備連接2.在多端側(cè)設(shè)備接入的情況下，MEC服務(wù)器可以提供服務(wù)的方式。（1）根據(jù)MEC服務(wù)器的負載進行調(diào)度。（2）根據(jù)不同用戶預(yù)先進行MEC服務(wù)器的資源劃分（比如一個用戶對應(yīng)MEC服務(wù)器的一個虛擬機）。（3）根據(jù)就近原則為端側(cè)設(shè)備提供服務(wù)。3.從應(yīng)用的角度考慮則可以通過提供不同的計算卸載方式減輕MEC服務(wù)器負荷。（1）為了保證多終端情況下，MEC服務(wù)器處理不過來的情況，對一些延遲不敏感但是計算量較大的計算量放在云中心服務(wù)器上處理。（2）在資源量有限的情況下，MEC調(diào)度算法需要配合應(yīng)用來定義哪些計算量是對延遲比較敏感（latency-sensitive），需要優(yōu)先處理。在多端側(cè)設(shè)備場景下，有時候MEC服務(wù)器之間需要合作共同處理計算量，這樣也可以減少單條鏈路的網(wǎng)絡(luò)擁堵情況，需要考慮的是該計算量的對延遲要求程度、目標(biāo)MEC服務(wù)器的負載程度、隨時間變化的網(wǎng)絡(luò)實時情況，以及周圍MEC服務(wù)器的計算能力。1.多端側(cè)設(shè)備接入MEC功能服務(wù)保障2.4.2MEC服務(wù)器及端側(cè)設(shè)備連接MEC服務(wù)器的緩存分為ServiceCashing（服務(wù)兌現(xiàn)）緩存和DataCashing（數(shù)據(jù)兌現(xiàn)）緩存兩種。如圖所示。2.MEC服務(wù)器緩存（Cache）處理多端接入方式1.ServiceCashing是指根據(jù)位置，和附近的用戶的相同的喜好緩存類似的應(yīng)用和數(shù)據(jù)。舉個例子，在博物館可能都是VR的應(yīng)用，那么就根據(jù)VR的應(yīng)用的要求，設(shè)計MEC服務(wù)的策略；另外可以根據(jù)時間來制定緩存的策略，比如晚飯時間后，大家比較喜好玩游戲，那么MEC服務(wù)需要先緩存一些游戲的服務(wù)和數(shù)據(jù)。2.DataCashing是指很多現(xiàn)在的應(yīng)用都是需要進行數(shù)據(jù)處理的，拿VR來說，需要實現(xiàn)存放這個環(huán)境（比如叢林、沙漠）的圖片、聲音、音樂，然后用戶在這個環(huán)境中的動作傳到MEC服務(wù)器，然后進行處理后返回。那么這個MEC服務(wù)存放的某個環(huán)境的數(shù)據(jù)會變得很大。而且不同的用戶玩同一款VR游戲的時候，這些數(shù)據(jù)可以復(fù)用。而對于在線游戲來說，實時的計算結(jié)果對其他用戶沒有復(fù)用價值，那么就不用保存。2.4.2MEC服務(wù)器及端側(cè)設(shè)備連接不同應(yīng)用對資源要求不一樣，AI、VR的應(yīng)用對CPU和存儲的要求比較高，MATLAB的應(yīng)用對內(nèi)存的要求比較高。緩存（Cache）的工作流程如圖所示，一些常用的數(shù)據(jù)，可以分為兩級緩存（Cache），比如數(shù)據(jù)庫可以在中心服務(wù)器上存放全部的信息做緩存（Cache），而在邊緣的服務(wù)器上做一部分的數(shù)據(jù)的緩存（Cache）。2.MEC服務(wù)器緩存（Cache）處理多端接入方式2.4.2MEC服務(wù)器及端側(cè)設(shè)備連接由于各種異構(gòu)的端側(cè)設(shè)備接入MEC系統(tǒng)，使得原來的安全機制無法滿足整個MEC系統(tǒng)的安全需求。接入安全問題主要分為以下三種：1.終端認證組件：不同的終端設(shè)備連入，有不同的認證組件，需要適配該終端。2.網(wǎng)絡(luò)安全：WIFI、LTE、5G有自己各自的安全協(xié)議來保障網(wǎng)絡(luò)安全，這樣不可避免地會在MEC系統(tǒng)中劃分出多個網(wǎng)絡(luò)域。那么需要設(shè)計一個安全協(xié)議使得跨網(wǎng)絡(luò)域的網(wǎng)絡(luò)安全得以保障。3.敏感信息計算：個人信息和交易賬單等，在發(fā)送這些計算量的時候，需要對數(shù)據(jù)進行加密。并且需要審核該MECserver是否可信任。根據(jù)上述風(fēng)險分析可知，MEC服務(wù)器與多端側(cè)設(shè)備連接面臨著安全風(fēng)險，現(xiàn)行的做法是通過規(guī)范基礎(chǔ)設(shè)施以及應(yīng)用系統(tǒng)的配置，加強安全隔離和訪問控制，提升MEC節(jié)點自身安全防護能力，加強對MEC應(yīng)用的安全控制解決。3.多端側(cè)設(shè)備連接MEC服務(wù)器的安全問題2.4.3MEC服務(wù)器部署場景MEC服務(wù)器部署問題研究如何在目標(biāo)的服務(wù)區(qū)域內(nèi)部署邊緣服務(wù)器硬件設(shè)備，是邊緣系統(tǒng)實際落地的一個基礎(chǔ)問題。針對該問題的研究對網(wǎng)絡(luò)時延等性能指標(biāo)的優(yōu)化意義重大。不合理的邊緣服務(wù)器部署位置選擇會導(dǎo)致服務(wù)器無法覆蓋到所有移動設(shè)備、區(qū)域間服務(wù)器負載不均衡等問題。同時，部署網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)和部署環(huán)境的復(fù)雜多變，使得邊緣服務(wù)器部署問題極具挑戰(zhàn)性。導(dǎo)入2.4.3MEC服務(wù)器部署場景如圖所示，首先對邊緣服務(wù)器的部署場景展開介紹，分別從靜態(tài)部署場景和動態(tài)部署場景兩個角度出發(fā)。接著，根據(jù)兩類場景，介紹在各自場景下邊緣服務(wù)器的部署問題，具體從性能指標(biāo)、限制條件和部署算法三個方面展開。1.邊緣服務(wù)器的部署場景介紹邊緣計算服務(wù)器部署的硬件設(shè)施，需要考慮具體部署環(huán)境的要求。其目的是將邊緣硬件資源部署在目標(biāo)區(qū)域當(dāng)中，為區(qū)域中的移動用戶和設(shè)備提供邊緣計算服務(wù)。而根據(jù)部署服務(wù)器是否具備移動性，可以將邊緣系統(tǒng)部署場景分為靜態(tài)部署和動態(tài)部署兩類。2.4.3MEC服務(wù)器部署場景1．靜態(tài)部署指的是服務(wù)器位置確定后續(xù)無法再改變部署場景。出于不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境及商業(yè)用途，存在多種邊緣服務(wù)器的靜態(tài)部署場景，如圖所示。1.邊緣服務(wù)器的部署場景介紹靜態(tài)部署場景可根據(jù)具體環(huán)境的差異，細分為室內(nèi)和室外兩類場景。室內(nèi)場景中，邊緣計算服務(wù)器可以直接部署在無線接入網(wǎng)或其周邊（如家用Wi-Fi路由器），目的是便于和無線接入網(wǎng)進行協(xié)調(diào)，在關(guān)鍵位置提供靈活的服務(wù)。室外場景中，邊緣計算服務(wù)器的部署位置根據(jù)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的不同而有所差異。在5G移動通信網(wǎng)絡(luò)中，服務(wù)器既可以部署在上行鏈路網(wǎng)關(guān)，也可部署在更靠近用戶端的小型基站，同時也可將邊緣服務(wù)器部署在基帶單元（BaseBandUnit，BBU）池的聚集點。2.4.3MEC服務(wù)器部署場景2．動態(tài)部署是將部分服務(wù)器裝載到移動小車、無人機或移動機器人上，使其獲得移動能力，服務(wù)器可以通過移動設(shè)備的請求動態(tài)調(diào)整其部署位置。動態(tài)部署的出現(xiàn)解決了靜態(tài)部署場景固有的如下問題。（1）部署決策一旦執(zhí)行便無法更改，不能很好地應(yīng)對用戶任務(wù)請求量隨時空變化的情況。（2）部署決策僅根據(jù)當(dāng)前場景的節(jié)點規(guī)模確定部署方案，不利于網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)擴展。（3）靜態(tài)部署服務(wù)器負載無法支撐任務(wù)請求量急劇增長的突發(fā)性事件。（4）服務(wù)器覆蓋范圍有限，對于用戶設(shè)備稀疏分布的場景，需要部署數(shù)量龐大的服務(wù)器才可實現(xiàn)對目標(biāo)區(qū)域用戶和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的全覆蓋。1.邊緣服務(wù)器的部署場景介紹2.4.3MEC服務(wù)器部署場景1．基于4GEPC架構(gòu)部署在RAN側(cè)的MEC方案（1）MEC服務(wù)器部署在RAN側(cè)基站匯聚點后，如圖所示，這是比較常見的部署方式。2.MEC服務(wù)器部署場景舉例（2）MEC服務(wù)器部署在RAN側(cè)單個基站之后，如圖所示，針對熱點區(qū)域，例如校園、大型購物中心等。這種架構(gòu)方案的優(yōu)勢在于更方便通過監(jiān)聽、解析S1接口的信令來獲取基站側(cè)無線相關(guān)信息，但計費和合法監(jiān)聽等安全問題需要進一步解決。2.4.3MEC服務(wù)器部署場景2．基于4GEPC架構(gòu)部署在CN側(cè)的MEC方案（1）MEC服務(wù)器與CN側(cè)的P-GW部署在一起，如圖所示，這種方式不改變現(xiàn)有EPC架構(gòu)，MEC服務(wù)器與P-GW部署在一起。UE發(fā)起的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)經(jīng)過eNodeB、HubNode、S-GW、P-GW+MEC服務(wù)器，然后到公網(wǎng)Internet。該部署方式不存在計費、安全等問題。2.MEC服務(wù)器部署場景舉例（2）MEC服務(wù)器與CN側(cè)的D-GW部署在一起，如圖所示，這種方式改變現(xiàn)有EPC架構(gòu)，MEC服務(wù)器與D-GW部署在一起，原P-GW拆分為P1-GW和P2-WG（即D-GW），其中P1-GW駐留在原位置，D-GW下移（可以到RAN側(cè)，也可以到CN邊緣）。D-GW具備計費、監(jiān)聽、鑒權(quán)等功能。MEC服務(wù)器與D-GW可以集成在一起，也可以作為單獨網(wǎng)元部署在D-GW之后。P1-GW與D-GW之間為私有接口，需同一廠家設(shè)備。2.4.3MEC服務(wù)器部署場景3．基于5G架構(gòu)的MEC服務(wù)器部署方案MEC服務(wù)器部署在GW-UP處，如圖所示中MECserver2位置。2.MEC服務(wù)器部署場景舉例5G網(wǎng)絡(luò)核心網(wǎng)C/U功能分離之后，U-Plane（對應(yīng)GW-UP）功能下移（可以下移到RAN側(cè)，也可以下移到CN的邊緣），C-Plane（對應(yīng)GW-CP）駐留在CN側(cè)。MEC服務(wù)器部署在GW-UP處，相對于傳統(tǒng)公網(wǎng)方案，可為用戶提供低時延、高帶寬服務(wù)。MEC服務(wù)器部署在NodeB之后，如圖所示MECserver1位置，MEC服務(wù)器部署在NodeB之后（一個或多個NodeB），使數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)更靠近用戶側(cè)。UE發(fā)起的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)經(jīng)過NodeB、MEC服務(wù)器1，然后到Internet（第三方內(nèi)容提供商服務(wù)器），在這種方式下計費和合法監(jiān)聽等安全問題需要進一步解決。介紹完MEC部署方案，這里有一個問題值得我們思考：網(wǎng)絡(luò)的邊緣究竟在哪里？雖然許多人對于網(wǎng)絡(luò)邊緣的定義在無線蜂窩站和天線，但事實上，MEC實際上工作于應(yīng)用層，移動網(wǎng)絡(luò)真正的邊緣應(yīng)該是用戶終端。如果MEC部署在終端上，將會對用戶產(chǎn)生更大的影響。因此，MEC越來越接近終端部署是今后MEC演進的趨勢。任務(wù)2.5邊緣計算設(shè)備的軟件部署導(dǎo)入在介紹邊緣計算設(shè)備的軟件環(huán)境部署之前，我們先來了解邊緣計算系統(tǒng)的運行方式。邊緣計算中端側(cè)設(shè)備需要將計算任務(wù)提交到邊緣服務(wù)器上，而邊緣服務(wù)器視情況在本地執(zhí)行或進一步提交到云端。這一過程中主要涉及三個實體：端側(cè)設(shè)備、邊緣設(shè)備和云中心。怎樣把這三個實體通過軟件方式有效組織起來協(xié)同運轉(zhuǎn)就是邊緣計算軟件部署。2.5.1邊緣計算軟件部署概述邊緣計算軟件部署目的是將硬件計算資源轉(zhuǎn)化為各類計算服務(wù)提供給邊緣計算端側(cè)用戶。是關(guān)乎邊緣計算效率和性能的本質(zhì)問題。邊緣計算軟件管理系統(tǒng)構(gòu)架于服務(wù)器、存儲、網(wǎng)絡(luò)等基礎(chǔ)硬件資源之上，包括操作系統(tǒng)、中間件、數(shù)據(jù)庫等基礎(chǔ)軟件。用于管理和驅(qū)動服務(wù)器、存儲、等基礎(chǔ)硬件，管理大量的計算任務(wù)以及資源調(diào)配，為邊緣計算應(yīng)用軟件提供統(tǒng)一、標(biāo)準(zhǔn)的接口。在邊緣計算環(huán)境下，數(shù)據(jù)具有異構(gòu)性且數(shù)據(jù)量較大，數(shù)據(jù)處理的應(yīng)用程序具有多樣性，不同應(yīng)用程序所關(guān)聯(lián)的計算任務(wù)又不盡相同，對于計算任務(wù)的管理具有較大的復(fù)雜性。同時，面向不同應(yīng)用或場景的邊緣計算系統(tǒng)所要實現(xiàn)的功能有所差異性。因此，選擇合適的邊緣計算平臺對邊緣計算的軟件部署至關(guān)重要。2.5.1邊緣計算軟件部署概述邊緣計算系統(tǒng)屬于分布式系統(tǒng)，在具體實現(xiàn)過程中需要將其落地到一個計算平臺上。針對的問題不同，各邊緣計算平臺的設(shè)計多種多樣，但也不失一般性，邊緣計算平臺的一般性功能框架如圖所示。在該框架中，資源管理功能用于管理網(wǎng)絡(luò)邊緣的計算、網(wǎng)絡(luò)和存儲資源。設(shè)備接入和數(shù)據(jù)采集功能分別用于接入設(shè)備和從設(shè)備中獲取數(shù)據(jù)。安全管理功能用于保障來自設(shè)備的數(shù)據(jù)的安全。平臺管理功能用于管理設(shè)備和監(jiān)測控制邊緣計算應(yīng)用的運行情況。邊緣計算平臺為基于邊緣計算的應(yīng)用提供了一種降低延遲、提高數(shù)據(jù)處理實時性的架構(gòu)和軟件棧支撐。2.5.2邊緣計算軟件部署實施邊緣計算設(shè)備操作系統(tǒng)大多采用開放的Linux操作系統(tǒng)。本項目所采用的Ubuntu就是Linux的一個發(fā)行版，它相對Windows操作系統(tǒng)更加的穩(wěn)定和安全。Ubuntu每兩年發(fā)布一個長期支持版本（LTS），長期支持版本經(jīng)歷了廣泛的測試，在較長的時間內(nèi)獲得安全、維護和功能的更新。下面在邊緣計算設(shè)備上安裝Ubuntu20.04LTS系統(tǒng)進行軟件環(huán)境部署為例。來了解邊緣計算設(shè)備軟件環(huán)境部署。2.5.2邊緣計算軟件部署實施1．下載Ubuntu20.04LTS操作系統(tǒng)鏡像。2．把操作系統(tǒng)拷貝到啟動U盤上。3．設(shè)置U盤為開機啟動方式。插上U盤，啟動服務(wù)器，在啟動畫面時，按F11（根據(jù)機器不同而改變），進入設(shè)置界面，選擇U盤，如圖所示。4．系統(tǒng)安裝完自動重啟，拔掉U盤。接下來我們需要依據(jù)具體選用的設(shè)備，進行必要的依賴包的安裝，這里我們選用了一些包做安裝演示，步驟中安裝包名稱僅供參考，請以實際文件名為準(zhǔn)。2.5.2邊緣計算軟件部署實施5．準(zhǔn)備安裝機器對應(yīng)的安裝包，并復(fù)制到服務(wù)器/opt目錄下，可以使用U盤復(fù)制或者連接默認IP訪問，需要有IP網(wǎng)絡(luò)設(shè)置為172.18.0.x/24網(wǎng)段的機器連接0默認賬號為root/Nebula123S%^（如果有多臺服務(wù)器同時安裝，如果在同一個網(wǎng)絡(luò)，可能會有IP沖突）。6．使用SSH登錄或者直接使用鍵盤顯示器直接登錄服務(wù)器，賬號為root/Nebula123S%^。7．復(fù)制好安裝包后，最好使用MD5Sum校驗文件是否有損壞，命令如下：#md5sumSenseNebula-AlS-C-v2.2.0-RTM-P4+20200929211724.tar#md5sumSenseNebula-AlSC-v2.2.0-RTM-T4+20200929202853.tar用得到的值和安裝包相關(guān)的MD5Sum文件比較確認文件無誤后。8．進入/opt目錄，解壓軟件包命令如下：#cd/opt&&tar–xfSenseNebulaAlSC-v2.2.0-RTM-P4+20200929211724.tar#cd/opt&&tar-xfSenseNebula-AlSC-v2.2.0-RTM-T4+20200929202853.tar9．進入軟件包目錄，通過install.sh執(zhí)行軟件包安裝，等待安裝完成，大概需要將近35分鐘（具體時間可能和不同機器和配置相關(guān)），命令如下：#cd/opt/SenseNebulaAlSC-v2.2.0-RTM-P4+20200929211724#cd/opt/SenseNebulaAIS-C-v2.2.0-RTM-T4+202009292028532.5.2邊緣計算軟件部署實施./INSTALL.SH參數(shù)說明如表所示。參數(shù)說明i|--localip本機IP-tz|--stimezone定義系統(tǒng)時區(qū)(默認:'Asia/Shanghai')-s|--second_node_ipk8s-master2的IP，單機及堆疊部署時忽略此參數(shù)-t|--third__node__ipk8s-master3的IP，單機及堆疊部署時忽略此參數(shù)-v|-vipk8s集群的VIP，單機及堆疊部署時忽略此參數(shù)-ni|--nodes_ipk8s-nodes的IP(eg;'node_ipl,node_ji2..,單機時忽略此參數(shù)-nh|-nodes_hostnamek8s-nodes的主機名(eg:'k8s-nodel1,k8s-node2,...')，單機時忽略此參數(shù)2.5.2邊緣計算軟件部署實施10．設(shè)備連接需要的依賴包安裝完成后，接下來部署相應(yīng)的邊緣設(shè)備集群，在實際使用中，我們的邊緣設(shè)備都是有多臺，所以需要進行集群搭建。需要注意的是目前集群模式的安裝暫不支持安裝后修改IP，當(dāng)前內(nèi)網(wǎng)測試時請修改為對應(yīng)的內(nèi)網(wǎng)后再進行安裝。如果想修改系統(tǒng)時區(qū)，請根據(jù)需求指定TZ參數(shù)，完整示例命令如下。單節(jié)點安裝:#./install.sh-i0-tz"Asia/Shanghai"2>&1|teeinsall.log集群安裝:#./install.sh-i0-S1-t2-V5-tz"Asia/Shanghai"2>&1|teeinsall.log堆疊安裝:#./instal.sh-i0-ni1-nhk8s-node1-tz"Asia/Shanghai"2>&1|teeinstall.log2.5.2邊緣計算軟件部署實施單節(jié)點安裝命令示例:#./install.sh-i02>&1|teeinstall.log堆疊安裝命令示例:#./insiall.sh-i0-ni1-nh'k8s-nodel'2>&l|teeinstall.log集群安裝命令示例:假設(shè)集群的3臺master為0、1、2,2臺node為3、4,vip為5。(示例為測試使用IP地址，請根據(jù)實際情況指定IP地址)#./install.sh-i0-s1-t2-v5-ni'3,4'-nh'k8s-nodel,k8s-node2'2>&1|teeinsall.log(示例為測試使用IP地址,請根據(jù)實際情況指定IP地址)2.5.2邊緣計算軟件部署實施如果安裝過程中遇到GPU部分安裝失敗的問題，請將對應(yīng)機器的GPU驅(qū)動手動安裝。手動安裝GPU操作如下。先卸載GPU驅(qū)動和重啟服務(wù)器:#cd/opt;./NVIDIA-Linux-x86_64-410.129-diagnostic.run–uninstall#卸載驅(qū)動#init6#重啟服務(wù)器重啟后手動安裝GPU驅(qū)動:#cd/opt;./NVIDIA-Linux-x86_64-410.129-diagnostic.run--accept-license--silent--no-nouveau-check--disable-nouveau--no-opengl-files驅(qū)動安裝成功后，繼續(xù)執(zhí)行install.sh命令，如下:#./install.sh-i0-s172.18.021-t-Hk8s-master1-H2k8s-master2-H3k8s-master3-v5-ni'3-nh'k8s-node1'|teeinstall.log檢查Redis是否已經(jīng)啟動確保pod已經(jīng)running然后執(zhí)行以下命令:Kubectlgetpodlegrep'senseguard-ac-result|senseguard-td-result|senseguard-struct-process'|awk'{print$l}'|xargs

kubectldeletepod任務(wù)2.6端側(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理導(dǎo)入為了實現(xiàn)端側(cè)設(shè)備的數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理，端側(cè)感知設(shè)備數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)就必須具備三大特性：便捷性、時效性、智能性。當(dāng)然，要實現(xiàn)數(shù)據(jù)的智能采集處理不是單靠硬件或者軟件就能完成的，而是必須軟硬件完美結(jié)合，用智能信息化系統(tǒng)結(jié)合智能硬件設(shè)備，來實現(xiàn)想要的結(jié)果。2.6.1數(shù)據(jù)采集和預(yù)處理概述數(shù)據(jù)采集是邊緣計算的基礎(chǔ)，從工業(yè)設(shè)備到智能家電，一切設(shè)備都是數(shù)據(jù)的來源。端側(cè)設(shè)備提供的數(shù)據(jù)一般通過邊緣計算網(wǎng)關(guān)提交給邊緣計算服務(wù)器。網(wǎng)關(guān)（Gateway）是常見的一種