国内首次全面解读专为边缘计算而生的EdgeX Foundry!

2017-09-19

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最近总是被问到“目前物联网有没有稳赚不赔、必须抓住的机遇?”提问者大多来自物联网初创企业,好吧,帮你看到别人看不清的机遇,帮你解读别人读不懂的布局,【物女心经】责无旁贷。 

 

在寻找机遇的时候,有的人紧盯市场,有的人紧盯需求,而我看来,这些都是浮于其表的东西,更深层的价值在哪里呢?举个栗子,我更看重的是“工具”。一个有效的工具,犹如一件趁手的“神兵利器”,如金箍棒之于孙猴子,紧箍咒之于唐长老。如果有幸遇到长袖善舞的主人,双雄合璧定会所向披靡。当大部分人还拿着大刀长矛以原始姿势赤身肉搏时,率先发现火炮步枪,并掌握狙击方法的人想输都难。

 

善用工具还将促成竞争规则的改变,由此带来意外之喜。举个例子,管理大师Frederick Winslow Taylor就是利用工具悄无声息地变更规则,让规矩为我所用的高手。话说他的身体条件并不出色,于是便在打网球的时候给自己设计了汤匙形状的网球拍,球还没打,已稳操7:0的开局优势胜券。这一小小的工具改造,竟然让他获得了全美网球赛的双打冠军。

 

那么物联网领域的新工具在哪里?还记得我曾经说过“云计算和IoT平台之争开启下半场,边缘计算将成主阵地”吧,而这个机遇就蕴藏在边缘计算中,而且率先会在工业领域的边缘计算中引爆。

 

想要读懂这个机遇并不容易,还得从半年之前说起。2017年4月,Linux基金会发布了一个开源物联网边缘计算项目:EdgeX Foundry。EdgeX Foundry并不是一项新标准,而是统一标准和边缘应用的一种方式。它的主要目的是:打造并推广EdgeX这种面向物联网的通用开放标准;围绕可互操作的即插即用部件打造一个生态系统。

 

看到这里,你也许还不觉得有什么特别之处,我们再来看看另外一段旧事。借用《教父》中的一句经典台词,在一秒钟内看到本质的人和花半辈子也看不清一件事本质的人,自然是不一样的命运。这段旧事,或许能让你看清EdgeX Foundry的本质。

 

 

回放工业物联网平台的演进历程,Cloud Foundry开源项目功勋卓著

 

两周之前我刚刚谈过,当前全球共计有超过450家物联网平台企业。这还只是记录在案的数字,实际数量只多不少。鉴于物联网平台战场各个巨头均已强势进入,再次奉劝各位借助物联网平台成为BAT之梦该醒了。

 

话说回来,在所有平台中,接近1/3的物联网平台专注于产业物联网,而对消费者物联网的关注度稍弱。其中最受关注的是制造业和工业解决方案,有32%的物联网平台围绕这一领域提供解决方案,包括GE、西门子、ABB、施耐德、博世等工业自动化巨头。

 

而这些知名的工业物联网平台除了GE的Predix平台发布较早之外,大部分均在2014年之后陆续推出。为什么是在这个时间点之后,工业物联网平台才如雨后春笋般纷纷冒出呢?整个市场的需求催化是一方面,还有一重要“工具”的成熟落地是另一方面。

 

从头讲起,2011年,一个名不见经传的PaaS云平台Cloud Foundry由VMware公司开发出来,初衷是为广大应用程序开发人员、应用程序操作人员和云运营商简化部署工作。随后在2011年4月份,Cloud Foundry宣布成为开源项目,开发人员可以用自己选择的语言和Web框架来编写代码,没必要为具体的IT环境而操心。

 

与此同时,2011年,GE悄悄地在加州圣拉蒙设立了一个软件中心,作为GE Digital总部,专注开发Predix。一开始Predix只不过是GE用来服务它所销售的引擎的软件品牌而已,其中一项应用是给喷气发动机提供预测性维护,减少停机时间,但是Predix项目进展缓慢。

 

2013年4月,EMC和VMware联合成立了一家新的公司Pivotal,定位是将下一代云计算和大数据应用相结合,同时承载了Cloud Foundry项目。基于敏捷开发、Pivotal Cloud Foundry PaaS云平台以及大数据套件等解决方案和产品,Pivotal颠覆了世界软件的构建方式。在创立伊始,Pivotal就获得GE投资的1.05亿美元。为什么GE选择投资Pivotal,而不是从头开发底层PaaS平台呢?原因自行体会。总之,自从有了Cloud Foundry平台打底,GE Predix从此走上了发展快车道。

 

 

2014年2月,Pivotal宣布成立Cloud Foundry基金会,Pivotal、EMC、IBM等都是白金级赞助商。该基金会的队伍此后扩大到67名成员,在全球拥有2,400名代码贡献者,根据研究现实,Cloud Foundry占到35%的市场份额,Gartner研究认为,Cloud Foundry的总市值约为28亿美元,并将在未来几年轻松突破50亿美元。

 

在此之后,工业物联网平台在经过一段默默无闻的“暗黑”潜伏期之后,纷纷露出水面。也许你不知道的是,除了GE Predix平台,西门子的MindSphere、博世的IoT Cloud和霍尼韦尔的Sentience全部都是依托于开源平台Cloud Foundry之上的工业IoT平台,足见Cloud Foundry之于工业物联网的价值。

 

可以说Cloud Foundry这个“兵器”,有效降低了工业物联网平台的准入门槛和开发周期。巨头们尚且懂得借助工具,你我有什么理由拒绝?

 

从物联网平台到边缘计算,开源项目润物细无声

 

数据分析正在变得比设备本身更有价值,而在最为接近前端智能的边缘计算侧,实时数据的价值能够被最大化的发挥出来,因此物联网发展大势正在从平台向边缘延伸。尤其在产业物联网应用中,能否以实时或者近乎实时的速度深入理解巨量的设备和环境数据,是决定物联网项目成败的关键。

 

根据IDC的预测,边缘计算的市场前景非常广阔:到2018年,40%的IoT数据将会通过雾计算、边缘计算在近端处理。到“云”为止,我们完成了从分布计算到集中计算的转变,然而现在我们发现,碎如鸡毛的不同物联网场景,单纯依靠集中式的云计算往往并不是最佳策略。边缘的“速算”能力,对物联网应用来说更为合拍。

 

当分析边缘计算的发展趋势时,物联网平台走过的历程可以作为有效的参考依据,这时在大脑中建立一个清晰的物联网基础架构是必不可少的。

 

感知、网络、应用等简单粗暴的层级划分已经不能满足物联网发展瞬息万变的节奏,为了与时俱进,确定物联网架构的基础部件,多个国际级机构组织和行业联盟都提出了IoT参考框架。

 

 

比如工业互联网联盟IIC提出的工业互联网参考架构IIRA、欧盟IoT-A项目提出的物联网体系结构参考模型、德国三大协会联合发布的《德国工业4.0战略规划报告》中明确提出了RAMI 4.0(工业4.0参考架构模型)为核心的物联网智能工厂基础框架、电气和电子工程师协会IEEE专门成立的P2413项目组也提出了物联网技术架构。

 

本文无意详细分析上述种种架构的细枝末节,而是帮你完成精简和提炼的工作。这些权威架构的共同之处在于明确提出了物联网的各种层次,使用“化整为零”的思维方式,将物联网这个“庞然大物”进行分解和分层,使各个层次的本质属性和发展规律从复杂的混沌状态中依次暴露,从而有效的理清重点、抓住核心。

 

汇总上述架构的共性,进行总结和浓缩,可以转述成下面可供人类理解的简笔画:

 

 

其中包含的基本元素是:

  • 物理设备:物联网中的“物物”

  • 边缘计算--网关:连接物理设备的边缘计算部件

  • IoT云平台--集成:企业服务总线和中间件

  • IoT云平台--应用:产业数据处理和分析

 

边缘计算侧与物联网平台侧遥相呼应。

 

边缘计算是指在靠近物或数据源头的一侧,采用网络、计算、存储、应用核心能力为一体的开放平台,就近提供前端服务。其应用程序在边缘侧发起,产生更快的网络服务响应,满足行业在实时业务、应用智能、安全与隐私保护等方面的基本需求。

 

边缘计算负责从各种设备中经由多种的协议转换提取所需的数据和功能,实时处理或者上传到云平台。在提供传输能力的同时,位于边缘计算层的网关还负责提供数据过滤、数据清理、数据聚合、数据监控等功能。网关负责管理设备的整个生命周期,提供唯一的标识ID识别设备、进行资产管理并更新设备固件。边缘计算层不仅连通应用层和设备层,同时保证整个物联网架构中端到端的安全性。

 

物联网云平台则负责从连接的设备中接收数据,并将其存储在内存或数据库中,并完成进一步的深入分析和决策。集成层将基于事件的消息有效的转换成可供查询的数据。在应用层,数据被快速进行处理,以便及时发现异常给予预警,并且利用丰富的机器学习能力预测未来趋势。

 

应用层的核心功能围绕两个方面:一是“数据”,应用层需要完成数据的管理和数据的处理;二是“应用”,仅仅管理和处理数据还远远不够,必须将这些数据与各行业应用相结合。在这个层次中,各种应用与行业发展的需求紧密结合,实现物联网的多种智能化服务。

 

在物联网云平台侧,常见的开源工具,除了Cloud Foundry,还包括Hadoop和Kafka等。而在边缘计算侧,由于设备和总线种类繁多,缺乏合规性的边缘计算开发范式,导致设备和程序互不兼容性,尚未获得预期中的爆发式成长。这时一个开源的边缘计算框架就显得非常必要,它有助于降低初创企业的进入门槛,创业者可以更好的分配资源,而不必浪费过多时间在边缘计算的基础架构层面,可以集中精力专攻特色功能和定制界面。

 

现在这个工具已经在你手中,它就是从名不见经传到让几大工业巨门如获至宝的EdgeX Foundry。

 

EdgeX Foundry专为边缘计算而生

 

接下来的内容,将是国内首次对EdgeX Foundry的全面解读。划重点,是国内首次,是全面解读。

 

EdgeX Foundry尝试提供可互操作的组件,提供即插即用功能,改变边缘计算游戏的“规则”。它将是一个简单的互操作性框架,独立于操作系统,支持任何硬件和应用程序,促进设备、应用程序和云平台之间的连接。EdgeX Foundry的主要任务是简化和标准化工业物联网边缘计算,同时保持其开放性。

 

 

EdgeX Foundry并不仅仅是一个标准,还是一个极具可操作性的开源平台。在EdgeX Foundry的架构中,定义了“南侧”和“北侧”能力:

 

  • 南侧:所有的物联网物理设备,以及与这些设备、传感器、执行器或者其他对象直接通信的网络边缘器件,统称为“南侧”。

  • 北侧:负责数据汇总、存储、聚合、分析和转换为决策信息的云平台,以及负责与云平台通信的网络部分,统称为“北侧”。

 

除了南侧和北侧之外,对于“东向”和“西向”需要具备的负荷分组、网关同步等能力,EdgeX Foundry尚未给出定义。

 

EdgeX Foundry承诺具备相当的灵活性,其中的任何微服务均可灵活升级、替换和扩展,并提供“实施案例”服务,促进最佳实践。EdgeX Foundry还将存储和转发功能列为必备。

 

EdgeX Foundry拥有4层架构,从上到下依次是:

  • 输出服务层:EdgeX Foundry可以长时间独立于云平台运行,无需连接到“北侧”系统。当需要把边缘数据和智能分析输送到云平台时,这项工作将由在本层执行。

  • 支持服务层:本层涵盖大量的微服务,提供边缘分析和智能。

  • 核心服务层:本层将边缘计算的北侧和南侧进行划分,顾名思义,核心层在EdgeX Foundry平台处于重要地位,具体的组成部分包括:核心数据、服务指令、元数据,以及注册表和相关配置。

  • 设备服务层:本层与IoT物理设备进行交互。

 

EdgeX Foundry将具备以下的种种独立性:

  • 独立于物联网硬件

  • 独立于操作系统(Linux、Android、Windows等)

  • 独立进行功能分配(它能够在边缘端、雾端、云端…通过微服务分配各种功能)

  • 独立于各种通讯协议

 

EdgeX Foundry还将会进一步推动“智能”向边缘的渗透,以便解决响应延迟问题、带宽和存储问题,以及远程操作问题。

 

 

整体而言,EdgeX Foundry项目的主要特性包括:

  • 提供灵活的微服务架构。

  • 与CPU(例如x86、ARM),操作系统(例如Linux、Windows、Mac OS)和编程环境(例如Java、JavaScript、Python、C/C++)独立。

  • 允许服务根据设备能力和现实用例进行自由扩展。

  • 启用对设备接口的全面支持,以便将连接协议标准化为通用API。

  • 允许在多个边缘硬件节点,或特定边缘节点内的处理器之间分配功能。

  • 微服务(例如,北侧消息总线、规则引擎、数据库)可以灵活升级、替换和扩展。

  • 在保证可扩展性的同时,具备工业级安全性、稳定性和可靠性。

  • 支持使用更高版本的微服务器或部件插件进行整体替换,而不需要更改架构。

     

 

 

探究EdgeX Foundry背后的主导公司,除了戴尔之外,还有IOTechMainflux等初创企业。戴尔是EdgeX Foundry开源项目的创始成员之一,它为EdgeX Foundry提供了采用Apache 2.0许可证的FUSE源代码。FUSE包括10多种微服务和12500多万行代码,它们在连接标准、边缘分析、安全、系统管理和服务之间提供了互操作性。

 

IOTech公司(www.iotechsys.com)的目标是通过产品化的开源商业模式和渠道战略,成为全球边缘计算平台的领导者。

 

Mainflux公司(www.mainflux.com)是一家总部位于巴黎的科技公司,同名平台Mainflux是一个基于微服务的开源平台,是复杂的物联网解决方案的中间件。它可以让设备、用户和应用程序在不同的网络协议上实现连接,支持例如HTTP、MQTT、WebSocket和CoAP之间的无缝连接。

 

现在的代码主要是基于Java语言,托管在https://github.com/edgexfoundry。至于EdgeX Foundry发展的Roadmap,目前尚处于指导阶段并未给出具体的时间节点。

 

基于EdgeX的边缘计算“百团”大战正在酝酿

 

由于EdgeX Foundry有效降低了边缘计算领域的准入门槛,受益最大的是应用端的开发商,使用EdgeX Foundry在边缘计算侧构建一个独立于各种硬件的“APP Store”成为可能。当然这里的APP“应用程序”是一个多维和多层的概念,本文仅是使用APP这个名词作为一个代表符号,并不等同于手机等移动互联网世界中的“应用软件”。

 

 

也许你还记得文初提到的450家物联网平台这一数据,而在边缘计算侧,数百个“APP”应用齐鸣的时代指日可待。因为APP Store模式试图解决物联网边缘计算生态构建中的一个核心问题,物联网应用的匮乏。正如iPhone最初被大众认可,更多是看重它背后数以万计的APP,因此谁能提前布局有效的边缘计算APP,自然就会成为炙手可热的工业物联网业内迅速蹿红的红人,简称“网红”

 

在这里花些时间解释一下APP Store模式的本质,它是苹果公司基于iPhone的软件应用商店,这是苹果公司开创的一个让网络与手机相融合的新型经营模式,以APP Store为媒介,建立起了一个手机产业生态链,使得手机软件业开始进入一个高速、良性发展的轨道,这个新型经营模式成为了APP Store模式的雏形。

 

在经济原则的基础上,人们总是希望效益/利益最大化,因此,将APP Store模式建设成一个服务平台,这个平台主要是为合作伙伴服务的,通过合作共赢来把“饼”做大,而自我的价值由于总体效益的提高而得到实现,这是一个理念性的升华。

 

APP Store模式的基本结构为:在产业链中选择一个以上的环节作为整个模式的支撑点,通过平台进行承载与辐射,通过APP Store实现直接价值,通过经营产业链来实现间接价值。

 

EdgeX Foundry实现了边缘硬件与应用在某种程度上的解耦,有利于应用端的企业聚精会神的开发有价值的边缘应用程序。同时,我们需要注意到虽然EdgeX Foundry不仅面向工业,也面向消费电子领域,但从创始成员公司的分布来看,率先在工业场景下落地将是大概率事件。

 

目前欧美企业对于EdgeX Foundry的响应非常积极,成员数量已经突破60家,尚无中国企业加入。

 

 

基于EdgeX Foundry开源平台的边缘计算应用仍未露出水面,黎明前的黑暗往往孕育着深沉也最耀眼的第一道曙光。至此,关于EdgeX Foundry这个独门兵器,解读完毕。

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