克服边缘计算挑战：实时数据处理的实战策略

随着智能汽车、智能家居设备和连接工业设备在数量和普及度上双双增长，它们几乎无处不在地生成数据。事实上，2022 年全球连接的 IoT（物联网）设备超过 164 亿，预计到 2025 年将飙升至 309 亿。届时，IDC 预测这些设备将在全球产生 73.1 ZB 数据，比 2019 年增长 300%。

快速有效地排序和分析这些数据，是实现最佳应用用户体验和更好商业决策的关键。边缘计算正是实现这一目标的技术。

然而，在边缘部署微服务、机器学习应用和 AI 等现代工作负载，给组织基础设施带来诸多挑战。要从边缘计算获益，企业需在 IT 基础设施与最终用户需求间找到完美平衡。

边缘计算挑战

为实现最优性能，边缘工作负载需要：

• 邻近性 — 存储和计算资源需靠近数据源。
• 响应性 — 应用需将数据传输延迟从 5-20 毫秒降至更低。
• 移动性 — 许多边缘设备移动，计算和存储资源需随之移动。

远程和中心化的公有云计算模型的数据传输延迟无法满足现代边缘工作负载需求。另一方面，构建去中心化网络支持边缘工作负载也带来自己的 intimidating 挑战清单。

物流复杂性

管理分散的边缘计算、网络和存储系统复杂，要求在多个地理位置同时有经验丰富的 IT 员工可用。这耗时且给组织带来巨大财务压力，特别是运行数百个容器集群、不同时间从不同边缘位置服务不同微服务时。

带宽瓶颈

据摩根士丹利报告，自动驾驶汽车的雷达、传感器和摄像头每小时预计产生高达 40 TB 数据。为快速做出生死决策，这些四轮超级计算机创建的数据需在极短时间内传输和分析。

同样，众多边缘设备同时收集和处理数据。将此类原始数据发送到云会损害安全，且通常低效且成本高昂。

为优化带宽成本，组织通常分配更高带宽给数据中心，更低带宽给端点。这使上行速度成为瓶颈，应用从云向边缘推送数据，而边缘数据同时反向流动。随着边缘基础设施增长，IoT 流量增加，带宽不足导致巨大延迟。

能力有限与扩展复杂性

边缘设备较小的外形规格通常导致缺乏高级分析或数据密集型工作负载所需的电源和计算资源。

此外，边缘计算的远程和异构性质使物理基础设施扩展成为重大挑战。边缘扩展不仅意味着在数据源头增加更多硬件。它延伸至员工、数据管理、安全、许可和监控资源的扩展。若规划和执行不当，这种水平扩展可能导致过度供应增加成本，或资源不足导致应用性能次优。

数据安全

随着计算移至边缘，基础设施超越了中心化计算模型提供的多层物理和虚拟网络安全。若防护不足，边缘成为各类网络威胁目标。

恶意行为者可注入未授权代码甚至复制整个节点，在雷达下窃取数据并篡改。他们还可通过路由信息攻击干扰网络间数据传输，影响吞吐量、延迟和数据路径，通过数据删除和替换。边缘另一常见数据安全威胁是针对节点的 DDoS 攻击，旨在耗尽电池或耗尽通信、计算和存储资源。IoT 设备收集的所有数据中，仅最关键数据需分析。若无安全合规的长期数据保留和归档解决方案，常导致边缘数据过度积累和蔓延，进一步增加脆弱性。

数据访问控制

边缘设备物理隔离意味着，在该分布式计算系统中，数据由不同设备处理，增加安全风险并使数据访问难以监控、认证和授权。

最终用户或终端设备隐私是另一个必须维护的关键方面。需要多层策略确保每个最终用户都被核算。在满足实时数据延迟要求的同时实现这一点是重大挑战，尤其是从零构建边缘基础设施时。

由提供优化硬件和基础设施管理工具的合作伙伴生态系统构建的物理邻近、预配置解决方案可缓解边缘计算挑战。边缘数据中心作为新兴解决方案，通过为组织提供安全快速网络上的高性能数据存储和处理资源来解决此问题。

边缘基础设施来救援

与云相比，边缘基础设施位于靠近最终用户网络的较小设施中。通过将计算、存储和网络资源移近数据源，边缘数据中心为组织及其工作负载提供多种好处。

这些包括：

• 因物理邻近性而最小化延迟 — 改善数据交付，减少应用响应时间。
• 增强安全性和隐私 — 本地高物理和网络安全，减少上传云数据，减少传输中易受攻击数据量。
• 提高可靠性 — 将工作负载重新分配到较小数据中心，减轻中央服务器负载，提升性能和数据可用性。
• 成本优化 — 通过托管服务和预配置基础设施解决方案，边缘数据中心帮助组织降低 TCO 和削减 IT 成本。

作为全球 IaaS 提供商，phoenixNAP 认识到将强大计算和存储资源移近边缘并使其易于全球访问和扩展的重要性。为进一步扩大裸金属云平台可用性，我们与 American Tower 合作在德克萨斯州奥斯汀推出首个边缘位置。这为美国西南部用户提供以下功能：

• 预配置、API 驱动的专用服务器在几分钟内部署，10 毫秒内可访问。
• 支持 5G，面向未来就绪的边缘工作负载。
• 通过认证 IaC 工具（Terraform、Ansible、Pulumi）实现自动化基础设施管理。
• 通过 Megaport Cloud Router (MCR) 实现多虚拟第 3 层私有连接。
• 20 Gbps 网络上 15 TB 免费带宽，含免费 DDoS 防护。
• 高速 NVMe 存储和轻松访问 PB 级 S3 兼容云对象存储。
• 灵活计费和带宽选项，月度或年度预订享折扣。

通过作为服务提供的高性能软硬件技术，裸金属云等平台帮助企业改进行动时间并避免数据传输瓶颈。边缘工作负载受益于自动化驱动的基础设施供应和对容器化应用及微服务的支持。同时，安全的单租户资源、单一控制面板监控和访问允许完全基础设施控制。最后，利用预配置服务器消除了机架、电源、冷却、安全或其他基础设施维护因素，让内部团队专注于应用优化。

结论

无线通信技术、IoT 设备和边缘计算持续演进，相互召唤进入新突破，同时创造新挑战。随着更多数据在 IoT 生态系统中生成和分发，计算、存储和网络技术需跟随并适应未来工作负载需求。通过不同 IT 厂商和服务商间的合作，边缘数据中心等解决方案应运而生。通过在数据诞生地提供安全、高性能的数据传输、存储和分析，它们帮助组织克服边缘计算困境。