什么是雾计算?

雾计算 (Fog Computing) 是应用分布式技术架构,协同用户终端或边缘设备,执行数据分析、存储、传输的分布式计算基础设施。这一概念是在 2014 年由 Cisco 提出,可作为集中式云计算的延伸服务。

雾计算的工作原理

雾计算是一种架构,利用边缘设备在本地执行大量的计算、存储和通信,而不是将所有数据转发到基于云的服务器。

雾计算的核心思想是尽可能利用与数据生成设备共存的计算单元进行处理,以便转发已处理的数据而非原始数据,从而减少带宽需求。雾计算最小化了输入和响应之间的延迟,因为处理后的数据很可能由生成它的同一设备所需。

在数据层面,雾计算使计算服务能够驻留在网络边缘,更接近终端用户,而不是像云计算那样依赖于集中的数据中心。与云计算相比,雾计算强调靠近终端用户、密集的地理分布、上下文感知、降低延迟和节省带宽,以实现更好的服务质量和边缘分析,带来了更好的用户体验和故障冗余。

雾计算支持物联网(IoT)概念,即将连接大量用于人类使用的设备。雾节点可以通过代表资源受限的 IoT 设备执行加密计算为它们提供安全保障。

雾计算的组成部分

雾计算是一种分布式计算架构,主要由控制平面和数据平面两部分组成。

控制平面

控制平面负责管理和协调整个雾计算系统的运行。它包括各种管理工具和服务,用于监控、配置和维护雾节点及其上运行的应用程序。控制平面还负责资源调度、负载均衡、故障恢复等任务,确保系统的高可用性和可靠性。

控制平面

数据平面

数据平面是雾计算的核心部分,由分布在网络边缘的众多雾节点组成。这些节点靠近终端用户,能够提供就近的计算、存储和网络服务。与传统的云计算相比,雾计算强调与终端设备的近距离、密集的地理分布、对上下文的感知能力、低延迟和带宽节省,从而实现更好的服务质量和边缘分析能力。

数据平面

支持物联网

雾计算为资源受限的物联网设备提供了安全性和处理能力。雾节点可以代替物联网设备执行加密计算,减轻设备的负担。此外,雾计算还能够构建可扩展、安全的网状网络,用于保护关键资产。

支持物联网

雾计算和云计算的区别

雾计算与云计算存在诸多差别,主要包括:
  • 雾计算采用的是更贴近终端用户的分布式架构,将计算、存储和网络资源分散部署在靠近数据源的边缘节点
  • 而云计算采用集中式计算架构,将大量计算资源集中在远程的大型数据中心
  • 云计算模式构建有全球范围的大型数据中心,在计算效能和存储容量上要高于雾计算
  • 雾计算由于靠近终端设备,计算和存储资源相对有限
  • 雾计算存储、处理数据的位置处于终端或边缘设备附近
  • 云计算几乎将所有数据都存储和处理在远程的云端数据中心
  • 雾计算更适合对实时性、移动性和地理分布性要求较高的物联网、车联网等应用场景
  • 云计算则更适合对计算能力和存储容量要求较高的大数据分析、人工智能等应用场景
  • 雾计算体现了去中心化、分布式的架构特征,更符合 Web 3.0 的发展趋势
  • 云计算则更多体现集中式、中心化的架构特征

雾计算和边缘计算

当前已步入万物互联时代,物联网行业正在迅猛发展。在这种背景下,雾计算和边缘计算这两个概念越来越受到企业的重视。

概念不同

边缘计算的概念提出较早,可追溯至 20 世纪 90 年代。它旨在帮助用户在网络边缘侧建立传输节点,快速存储和计算图像、视频等内容,从而减缓延迟并改善网络性能。雾计算则是相对于云计算而提出的概念。它能够聚合数字工厂、智能家居等终端设备,支持物联网应用对敏捷性的需求。

执行位置不同

从任务执行的位置来看,边缘计算主要执行于物联网设备本身,雾计算执行于局域网环境。

性能不同

雾计算是一种分布式计算范式,将计算、存储和网络服务推向网络边缘,靠近数据源。它可以支持物联网、5G、人工智能等新兴技术的应用场景。与云计算相比,雾计算具有更低的延迟、更高的移动性支持、更好的隐私保护和更高的节能效率等优势。

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雾计算的优势

整体而言,由大量雾节点构成雾计算,可分布至更靠近用户与终端设备的地理位置。凭借更贴近用户的边缘优势,雾计算基础设施平台,相比集中式云计算、大型数据中心,更具敏捷性。

节省核心网络带宽

雾计算是一种分布式计算架构,介于集中式云计算和用户终端之间,充当了用户端数据与大型数据中心传输通路上的关键一层。面对用户端生成的多类别、庞杂的数据流,雾计算可以在靠近数据源的边缘节点进行数据预处理、过滤和压缩,剔除冗余和无关数据,仅传输关键信息至云端,从而有效节省核心网络带宽的占用。通过在网络边缘部署雾节点,可以减轻核心网络的负载压力,提高网络传输效率,为云计算提供高效的支撑。

节省核心网络带宽

高可靠性

雾计算的一大优势在于其广泛分布于不同地理位置的雾节点。这些雾节点可以高效、及时地进行一体化协作,共同响应用户的服务需求。当某一用户终端的服务发生故障或中断时,用户请求可以迅速转移至邻近区域的雾节点,确保服务的高可靠性和连续性。通过雾节点的冗余部署和负载均衡,雾计算架构可以提供更加健壮和容错的服务,有效降低单点故障风险。

高可靠性

感知区域信息

由于雾节点部署在靠近用户的边缘位置,因此雾计算更能够感知和获取所在区域的实时信息。通过对区域内的资源使用情况、网络状态、用户行为等数据进行分析,雾计算可以判断是否存在资源分配失衡、网络拥塞等情况,并及时作出调整。例如,在运营流媒体行业的视频服务时,雾计算可以实时识别某区域的网络带宽是否紧张,并适时调配资源,确保视频流的顺畅播放。这种区域感知能力使得雾计算能够提供更加智能化和个性化的服务。

感知区域信息

降低耗电量

在可持续发展战略的指引下,降低数字化服务的能耗成为重要目标。相比于集中式的大型数据中心,雾计算由于其节点地理位置分散的特点,生成的热量可以轻松扩散,无须动用大型冷却系统设备,具有更低的能耗优势。此外,雾节点通常采用低功耗的嵌入式系统,进一步降低了能耗水平。凭借这些优势,雾计算可以有效降低数字化服务的耗电量,为实现碳中和目标做出贡献。

降低耗电量

雾计算应用

在物联网行业的发展趋势下,雾计算这一分布式IT基础设施正在助力物联网企业将多行业、大量的智能家居、边缘终端等设备紧密联系起来。正是物联网场景中大幅激增的智能设备数量,催生了雾计算的广泛应用。以下是雾计算在几个主要领域的应用:
  • 智慧城市中,存在大量的智能终端设备,如监控摄像头、交通信号灯等
  • 雾计算可以充分发挥其敏捷性优势,化解由这些终端产生的海量数据存储和传输压力
  • 通过在靠近数据源的边缘节点进行计算和处理,可以减轻云端的负担,提高响应速度
  • 在车联网领域,雾计算可以为车载娱乐系统、交通导航、安全防护等提供多维支持
  • 它能够快速处理实时位置数据分析任务,为车载系统提供低延迟的服务
  • 同时也可以减轻车载设备与云端的通信压力
  • 在医院、水务等公共事业领域,雾计算也可以发挥重要作用
  • 它能够配合各类终端设备,如医疗设备、水质监测设备等
  • 通过就近处理数据,支持公共事业的高效运营,提高服务质量

总的来说,雾计算作为一种新兴的分布式计算架构,正在广泛应用于物联网、智慧城市、车联网、公共事业等多个领域,为这些领域提供了低延迟、高效率的数据处理和服务支持。

雾计算面临的挑战

标准化缺失

雾计算是一个相对新兴的概念,缺乏统一的架构术语和定义标准,与边缘计算等相关概念的区分也不明确。

标准化缺失

分布式基础设施管理

雾计算需要在网络边缘部署计算、存储和网络资源,这种分布式基础设施比集中式云计算更复杂,管理和维护较为困难。

分布式基础设施管理

安全和隐私挑战

在具有大量边缘设备的雾计算环境中,确保数据安全和隐私保护是一大挑战,需要解决数据保护和访问控制等问题。

安全和隐私挑战

与现有系统集成

将雾计算与现有的云计算基础设施和传统系统相集成,可能需要大量的技术工作和不同利益相关方的协调。

与现有系统集成

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