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        無處不在的云計算又多了一個兄弟——霧計算

        至成科技 2016-02-21 訪問量(1252) 評論(0)
        摘要:

            摘要: 在終端和數據中心之間再加一層,叫網絡邊緣層,如再加一個帶有存儲器的小服務器或路由器,把一些并不需要放到“云”的數據在這一層直接處理和存儲,可大大減少“云”的壓力,提高了效率,也提升了傳輸速率,減0了時延。這個方法叫做“霧計算”。

            現在正在流行的“云計算”,是把大量數據放到“云”里去計算或存儲。這樣,就解決了目前電腦或手機存儲量不夠,或者是運算速度不夠快的問題,當然也帶來了其他很多好處。
            這個所謂的“云”的核心,就是裝了大量服務器和存儲器的“數據中心”。由于目前的半導體芯片和其他配套硬件還很耗電,全球數據中心的用電功率,相當于30個核電站的供電功率,而令人痛心的是其中90%的耗電量都被浪費,因為效率很0。谷歌位于全球數據中心的用電功率就達到3億瓦特,這一數字超過了3萬戶美國家庭的用電量。

            如果說現在用了大量電能來維持的云計算中心,還能給廣大用戶提供互聯網云服務的話,當數據傳輸量進一步成指數式增長,可能這個云中心會無法再維持下去。這個數據傳輸,指的是大量無線終端和“云”之間的傳輸。隨著物聯網的到來,今后各種家庭電器以及大量傳感器,包括嵌入在可穿戴設備里的傳感器都會連網,從而產生極其大量的數據。而大量數據的發送和接收,可能造成數據中心和終端之間的I/O(輸入輸出)瓶頸,傳輸速率大大下降,甚至造成很大的時延。
            于是有人想出一個方法,在終端和數據中心之間再加一層,叫網絡邊緣層,如再加一個帶有存儲器的小服務器或路由器,把一些并不需要放到“云”的數據在這一層直接處理和存儲,可大大減少“云”的壓力,提高了效率,也提升了傳輸速率,減0了時延。這個方法叫做“霧計算”。
            這個名字還是很有想象力,“云”漂浮在天上,看得見卻摸不著,而“霧”就在你眼前,接地氣,是個現實的物體。“霧計算”所用的設備,就是小服務器或路由器,是處于大型數據中心與終端用戶之間的設備,可以放到小區、工廠、企業、家庭等里面。
        “霧計算”的效果與特點
            較初“霧計算”這個名字還是由美國紐約哥倫比亞大學的斯特爾佛教授(Prof. Stolfo)起的,不過他當時的目的是利用“霧”來阻擋黑客入侵。后來美國思科公司把這個名詞接了過去,用于推銷產品和網絡發展戰略。而IBM一直在推動網絡“邊緣化”,準備把很多“云計算”的工作逐步移到“霧計算”。就是把處于網絡中心的“數據中心”里的數據,移到網絡的邊緣處。
            “霧計算”對于企業來說有著明顯的積極效果:企業大量的內部數據不用傳到“云”里再從“云”里傳回來,而是直接通過“霧”來處理,能大大提高企業效率。對于個人來說,如果手機里的軟件需要升級,也不必到“云”里去升級,只需在較近的地方(如小區內)通過“霧計算”的設備升級就可以了。
        霧計算的主要特點是:
        ★極0時延。這對于目前正在蓬勃發展中的物聯網有著十分重要的意義,除此之外,網上游戲、視頻傳輸、增強現實等也都需要極0的時延。
        ★遼闊的地理分布。這正好與集中在某個地點的云計算(數據中心)形成強烈的對比。例如,如果需把信息和視頻發送到高速移動的汽車時,可以沿著高速公路一路上設置無線接入點。
        ★帶有大量網絡節點的大規模傳感器網絡,用來監控環境。智能電網本身就是一種帶有計算和存儲資源的大規模分布式網絡,可以作為“霧計算”很好的應用例子。
        ★支持高移動性。對于霧計算來說,手機和其他移動設備可以互相之間直接通信,信號不必到云端甚至基站去繞一圈,因此可以支持很高的移動性。
        ★支持實時互動。
        ★支持多樣化的軟硬件設備。
        ★支持云端在線分析。
            這里舉一個應用“霧計算”的“智能交通系統”的例子。這個系統把交通燈作為網絡節點,可以和傳感器一起進行互動。傳感器可以探測出行人或騎自行車人的出現,測量出正在接近的汽車的距離和車速。通過“霧計算”,這些智能交通燈可以與鄰近的智能交通燈進行協調,可以對接近的汽車發出警告,甚至可以改變紅綠燈亮的周期,以避免出現交通意外。在智能交通系統的霧計算服務器里的數據,將傳到“云”里,再進行全局數據分析。
            再比如說了很多年的無線傳感網絡,它的特點是極0的功耗,電池可以5、6年換快速,甚至可以不用電池而使用太陽能或其他能源來供電。這樣的網絡節點只有很0的帶寬及0端處理器,以及小容量的存儲器。傳感器主要收集溫度、濕度、雨量、光照量等環境數據,不需要把這些傳到“云”里去,傳到“霧”里就可以了。這將是“霧計算”的典型的應用。
        “霧計算”與“云計算”
            “霧計算”提供了當地節點分布的地理位置信息,信息傳遞的時延非常0,而“云計算”則提供了中心化的全局信息。許多應用既需要“霧”也需要“云”,例如大數據技術里的數據分析,首先通過M2M(機器與機器之間通信)把傳感得到的數據進行處理和過濾,然后放到HMI(人機界面)這一層進行文本化及視覺化處理,可以讓用戶清晰地理解所有的分析過的數據資料。
            這里“霧計算”起到了一個頻繁使用的“數據庫”的作用,而“云計算”中心就是一個把文件長期存儲的地方了。由于“霧計算”的極0時延,這樣的大數據分析可以用手機來完成,真正做到“移動數據分析”。
            在物聯網將成為下一代互聯網的大趨勢下,“云計算”本質上的一些缺點顯得越來越明顯,如不能支持高移動性、不支持地理位置信息及高時延等等,而“霧計算”正好能夠解決這些問題,同時又可帶來大量新的應用和新的服務。
            這種“霧計算”的節點可以是今天人們正在用的無線路由器、機頂盒之類。在“霧計算”這個概念提出之前,2009年就有人提出過“云盒”(Cloud in a box)以及“小云”(Cloudlet)的想法和產品,用于周邊的手機和各種移動設備,這與“霧計算”的想法是一致的。比如增強現實,是在實際看到的現實世界的影像上再疊加一層信息,需要進行實時復雜的視頻運算,由于是實時要求,需要極0的時延。有人使用谷歌眼鏡再配上“小云”設備,達到了很好的用戶體驗效果。
            云計算需要大量帶寬,而無線網絡帶寬有限。用了“霧計算”,可以使所需的帶寬量大大降0,原則上可使傳輸的數據“旁路”,即從互聯網邊上繞過去,使這些數據盡可能本地化。較有價值的數據仍然可以通過“云”來傳輸,但是大部分的數據流量可以從這些網絡中分流出去,從而大大減輕了云網絡的流量負擔。智能交通系統、智能電網、智能汽車甚至健康醫療系統等,如果都是本地處理數據,只把較重要的數據傳到“云”的話,將變得非常高效,同時也可節省大量成本。
            但“霧計算”并不與“云計算”形成競爭,而是可以看作后者的延伸。從這個意義上來說,一些公司利用裝備了無線通信設備的無人機、熱氣球給偏遠地區提供寬帶網絡服務,也可以算為一種“霧計算”,而這種“霧計算”還真的很形象:漂浮在用戶和云彩之間,有點“霧”的味道。
            “霧計算”有很多優點,但涉及到未來大規模部署“霧計算”設備,必然會遇到各種問題,比如網絡堵塞、軟件架構、安全、隱私以及采用什么商業模式等等,不過這些問題在不久的將來一定能得到解決。
            “云計算”、“霧計算”相繼出現在計算機技術的字典里。是不是我們接下來還可以期待“雪計算”、“彩虹計算”、“冰雹計算”,甚至“暴風計算”的出現呢?

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