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無處不在的雲端計算又多了一個兄弟——霧計算

現在正在流行的“雲端計算”,是把大量資料放到“雲”裡去計算或儲存。這樣,就解決了目前電腦或手機儲存量不夠,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“雲”的核心,就是裝了大量伺服器和儲存器的“資料中心”。由於目前的半導體晶片和其他配套硬體還很耗電,全球資料中心的用電功率,相當於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,因為效率很低。谷歌位於全球資料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雲端計算中心,還能給廣大使用者提供網際網路雲服務的話,當資料傳輸量進一步成指數式增長,可能這個雲中心會無法再維持下去。這個資料傳輸,指的是大量無線終端和“雲”之間的傳輸。隨著物聯網的到來,今後各種家庭電器以及大量感測器,包括嵌入在可穿戴裝置裡的感測器都會連網,從而產生極其大量的資料。而大量資料的傳送和接收,可能造成資料中心和終端之間的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。
於是有人想出一個方法,在終端和資料中心之間再加一層,叫網路邊緣層,如再加一個帶有儲存器的小伺服器或路由器,把一些並不需要放到“雲”的資料在這一層直接處理和儲存,可大大減少“雲”的壓力,提高了效率,也提升了傳輸速率,減低了時延。這個方法叫做“霧計算”。
這個名字還是很有想象力,“雲”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”所用的裝置,就是小伺服器或路由器,是處於大型資料中心與終端使用者之間的裝置,可以放到小區、工廠、企業、家庭等裡面。
“霧計算”的效果與特點
最初“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。後來美國思科公司把這個名詞接了過去,用於推銷產品和網路發展戰略。而IBM一直在推動網路“邊緣化”,準備把很多“雲端計算”的工作逐步移到“霧計算”。就是把處於網路中心的“資料中心”裡的資料,移到網路的邊緣處。
“霧計算”對於企業來說有著明顯的積極效果:企業大量的內部資料不用傳到“雲”裡再從“雲”裡傳回來,而是直接通過“霧”來處理,能大大提高企業效率。對於個人來說,如果手機裡的軟體需要升級,也不必到“雲”裡去升級,只需在最近的地方(如小區內)通過“霧計算”的裝置升級就可以了。
霧計算的主要特點是:
★極低時延。這對於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、視訊傳輸、增強現實等也都需要極低的時延。
★遼闊的地理分佈。這正好與集中在某個地點的雲端計算(資料中心)形成強烈的對比。例如,如果需把資訊和視訊傳送到高速移動的汽車時,可以沿著高速公路一路上設定無線接入點。
★帶有大量網路節點的大規模感測器網路,用來監控環境。智慧電網本身就是一種帶有計算和儲存資源的大規模分散式網路,可以作為“霧計算”很好的應用例子。
★支援高移動性。對於霧計算來說,手機和其他移動裝置可以互相之間直接通訊,訊號不必到雲端甚至基站去繞一圈,因此可以支援很高的移動性。
★支援實時互動。
★支援多樣化的軟硬體裝置。
★支援雲端線上分析。
這裡舉一個應用“霧計算”的“智慧交通系統”的例子。這個系統把交通燈作為網路節點,可以和感測器一起進行互動。感測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”,這些智慧交通燈可以與鄰近的智慧交通燈進行協調,可以對接近的汽車發出警告,甚至可以改變紅綠燈亮的週期,以避免出現交通意外。在智慧交通系統的霧計算伺服器裡的資料,將傳到“雲”裡,再進行全域性資料分析。
再比如說了很多年的無線感測網路,它的特點是極低的功耗,電池可以5、6年換一次,甚至可以不用電池而使用太陽能或其他能源來供電。這樣的網路節點只有很低的頻寬及低端處理器,以及小容量的儲存器。感測器主要收集溫度、溼度、雨量、光照量等環境資料,不需要把這些傳到“雲”裡去,傳到“霧”裡就可以了。這將是“霧計算”的典型的應用。
“霧計算”與“雲端計算”
“霧計算”提供了當地節點分佈的地理位置資訊,資訊傳遞的時延非常低,而“雲端計算”則提供了中心化的全域性資訊。許多應用既需要“霧”也需要“雲”,例如大資料技術裡的資料分析,首先通過M2M(機器與機器之間通訊)把感測得到的資料進行處理和過濾,然後放到HMI(人機介面)這一層進行文字化及視覺化處理,可以讓使用者清晰地理解所有的分析過的資料資料。
這裡“霧計算”起到了一個頻繁使用的“資料庫”的作用,而“雲端計算”中心就是一個把檔案長期儲存的地方了。由於“霧計算”的極低時延,這樣的大資料分析可以用手機來完成,真正做到“移動資料分析”。
在物聯網將成為下一代網際網路的大趨勢下,“雲端計算”本質上的一些缺點顯得越來越明顯,如不能支援高移動性、不支援地理位置資訊及高時延等等,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“雲盒”(Cloud in a box)以及“小云”(Cloudlet)的想法和產品,用於周邊的手機和各種移動裝置,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資訊,需要進行實時複雜的視訊運算,由於是實時要求,需要極低的時延。有人使用谷歌眼鏡再配上“小云”裝置,達到了很好的使用者體驗效果。
雲端計算需要大量頻寬,而無線網路頻寬有限。用了“霧計算”,可以使所需的頻寬量大大降低,原則上可使傳輸的資料“旁路”,即從網際網路邊上繞過去,使這些資料儘可能本地化。最有價值的資料仍然可以通過“雲”來傳輸,但是大部分的資料流量可以從這些網路中分流出去,從而大大減輕了雲網絡的流量負擔。智慧交通系統、智慧電網、智慧汽車甚至健康醫療系統等,如果都是本地處理資料,只把最重要的資料傳到“雲”的話,將變得非常高效,同時也可節省大量成本。
但“霧計算”並不與“雲端計算”形成競爭,而是可以看作後者的延伸。從這個意義上來說,一些公司利用裝備了無線通訊裝置的無人機、熱氣球給偏遠地區提供寬頻網路服務,也可以算為一種“霧計算”,而這種“霧計算”還真的很形象:漂浮在使用者和雲彩之間,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”裝置,必然會遇到各種問題,比如網路堵塞、軟體架構、安全、隱私以及採用什麼商業模式等等,不過這些問題在不久的將來一定能得到解決。
“雲端計算”、“霧計算”相繼出現在計算機技術的字典裡。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?