讀懂SAP Leonardo物聯網平臺-邊緣層 – SAP Leonardo Edge

2. 邊緣層 – SAP Leonardo Edge

2.1 邊緣計算

    邊緣計算將數據存儲與處理從云或數據中心遷移到靠近數據源頭的設備端，產生更快的網絡服務響應，滿足行業在實時業務、應用智能、安全與隱私保護等方面的基本需求，實現了將云平臺的能力延伸到邊緣端。

邊緣計算在物聯網解決方案占據重要地位，它主要可以解決以下問題：

1）帶寬的瓶頸：設備與傳感器產生大量數據，通信投入在物聯網總投入中占據重要的部分，低帶寬廣域傳輸協議比如LoRa、SigFox，可以降低通信成本，但是低帶寬帶來我們不想看到的性能下降。通過在邊緣端部署分析算法，對進來的傳感器數據進行處理，只發送重要數據和報警到云端，可以有效地破解帶寬與成本之間的難題

2）不穩定的網絡環境：設備與傳感器經常位于間斷性的網絡環境，比如離岸的油井或遠洋運輸船使用衛星進行通信，信號很容易中斷；卡車采用蜂窩數據連接，很容易進到信號覆蓋盲區。邊緣計算可以提供數據緩存，允許自主定義數據傳輸的規則和運行決策算法

3）實時的決策需求：很多場景下基于傳感器數據的決策是時延敏感型的，沒有時間傳回云端進行決策分析。比如自動駕駛汽車的自主決策，網絡延遲可能會導致嚴重的安全隱患；又比如在流程制造行業的“golden batch”，需要基于數據的分析來實時地調整溫度、壓強、濕度等參數。邊緣計算可以加速邊緣端的數據處理速度、響應時間和邊緣性能，以獲得超低延遲。

2.2 SAP Leonardo Edge技術架構

    目前工業領域廣泛應用的技術，是將邊緣計算能力打包為微服務，并使用容器技術進行微服務的生命周期管理，容器技術可以實現數據的隔離，保障數據通信的安全。

    SAPLeonardo Edge支持完整的物聯網邊緣計算解決方案，通過SAP Edge Services微服務提供了一系列的邊緣計算能力，并為EdgeServices提供了一個安全可靠的運行環境IoT Gateway Edge，以及對微服務生命周期進行集中管理的SAP Cloud Platform IoT Servcie。

Edge Services既可以部署在IoT Gateway Edge環境上，又可以部署在云端IoT Service上。對微服務生命周期進行集中管理的Policy Service部署在云端，保證邊緣端與云端集成的安全，同時可以降低成本和優化微服務的生命周期管理。由于微服務的靈活性，Edge Services微服務可以支持超大規模的邊緣端部署，實現從邊緣端到云端的集成的物聯網系統。

    SAP同時參與制定IoT邊緣計算的標準，積極加入OpenFog聯盟、工業互聯網聯盟、Linux EdgeX Foundry、Dell Fuse等。同時，SAP與領先的IoT網關制造商緊密合作，比如Intel、Cisco、Dell、HPE等。 

2.3 SAP Edge Services

    SAP Edge Services作為最前端的技術，以微服務的形式提供了一系列邊緣計算能力，目前已經提供的微服務包括：

Persistence Service: 提供在IoT Gateway Edge存儲傳感器數據的能力，支持設置數據Aging策略、自動進行數據過濾，從而減少帶寬擁擠。

Streaming Service：提供按照特定的規則對傳感器數據流進行實時分析的能力，可以定義基于閾值、時間模式、條件邏輯的條件，識別數據的模式（異常或正常），基于異常創建事件或者報警。

Business Essential Functions Service:提供在邊緣端執行業務操作的能力，確保關鍵業務功能的連續性，即使在邊緣端與云端斷開連接時也不受影響，實現將核心業務系統的部分功能（比如物流管理、倉儲管理、設備維修管理等）下沉到邊緣端，以提高業務運營效率。

Policy Service：提供邊緣服務的部署和生命周期管理能力，可以在云端集中定義、設置數據策略，并將策略從云端發送到邊緣端，邊緣端則會按照接收到的數據策略執行數據處理和分析，比如一個策略只請求超出特定溫度閾值的異常數據，只有異常數據會被發送回云端。

 SAP Edge Services計劃發布的其它微服務：

Predictive Analytics Service：從Persistence Service 讀取實時數據，在邊緣端執行已在云端訓練好的模型，進行未知問題的預測和異常的識別。預測模型會被封裝為OSGIbundle，并通過Policy Service進行部署。

Machine Learning Service:在邊緣端應用SAP Clea（Clea是SAP機器學習解決方案的品牌）深度學習算法進行圖像和影像的實時分析，降低數據傳輸成本。

Visual Analytics Services:對存儲在IoT Gateway Edge上的數據進行可視化，以支持IoT數據分析，比如當有一個報警發送到云端后，分析員可以挖掘導致報警的詳細信息。 

在這些邊緣微服務中，我特別關注Business Essential Service，這是與其它物聯網最大的差異化功能。SAP充分發揮自身在業務系統的深厚積累，在邊緣端讓IoT數據直接利用在業務系統中，真正實現OT與IT的融合，這是其它物聯網平臺想做而又很難做到的。 

2.4 IoT Gateway Edge

     IoT Gateway 在底層設備與云平臺之間充當 “翻譯官” ，承擔與設備進行 “對話” 的工作，它可以讀懂設備的“語言” 即協議。IoT Gateway負責設備管理、設備連接、協議轉換、設備數據采集、邊緣計算等各方面的工作內容。同時IoT Gateway還是SAP Edge Services的運行環境。

IoT Gateway作為設備傳感器的中心代理，可從傳感器收集數據，也可以向設備發送指令。同時它提供以太網、WiFi或基于GSM的連接方式，從而使其可以通過因特網進行訪問。IoT Gateway最核心功能是使用特定協議通過Internet在底層設備和SAP云平臺之間傳輸數據。

IoT Gateway本身既可以部署在云端，也可以部署在邊緣端，甚至是在物理設備內部。SAP提供了兩種類型的網關，IoT Gateway Edge與IoT Gateway Cloud，以滿足不同協議特點以及不同的連接要求。比如MQTT協議，由于它沒有特殊的網絡要求，它既可以部署在云端，也可以部署在邊緣端；而對于在把數據發到云端之前要進行本地處理的場景，則需要采用IoT Gateway Edge進行分布式部署。

IoT Gateway Edge已經支持MQTT、HTTPREST、ModBus、CoAP、SNMP、File (binary, csv, xls, json) 等主流的協議，并正在接入LoRa (Orbiwise)、SIGFOX、Zigbee (w/o custom cluster) 等協議。而IoT Gateway Cloud目前支持HTTPRest、MQTT協議。

IoT Gateway Edge還支持通過Rule Engine（包含在IoT Core Service中）配置不同的規則，在邊緣端判斷是否需要傳輸、以及如何傳輸數據到到云端，從而顯著地減少傳輸到云端的數據負載，不至于導致IoT項目變成 “大” 數據項目，這使得IoT Gateway對IoT架構產生巨大價值。