邊緣計算和 5G 網絡正在改變物聯網，增強跨多個部門的廣泛應用的能力，并支持大量新興應用。在本文中，我們通過研究三個突出的用例來說明邊緣計算的強大功能。

工業4.0智能工廠

工業 4.0 為制造商提供了基于靈活的工業環境提高生產力和盈利能力的愿景，這些環境利用智能技術并需要有限的人工干預。但是，這種轉變受到有線以太網網絡復雜生產領域的主導地位的阻礙，這是由于其久經考驗的時間敏感網絡 (TSN) 功能而實施的。

例如，考慮一條現代裝配線，它不再是線性的，而是根據容量在單元之間自適應地路由工作，或者依賴于自動導引車 (AGV) 的高效倉庫。這些場景需要 5G 網絡提供的低延遲、高可靠性的無線網絡連接。

通過取代現有的硬連線網絡，5G 在工廠車間實現了廣泛的靈活性，并帶來了邊緣計算、軟件定義網絡 (SDN) 和專用網絡等部署選項。

邊緣計算和專用網絡的結合解決了工業自動化的三個首要要求——數據本地化、可靠性和低延遲。隨著世界各地的監管機構以合理的成本提供共享頻譜，工廠運營商不再需要依賴云和公共共享基礎設施來滿足其網絡需求。敏感的生產數據可以保留在工廠或工廠的本地。Open RAN (O-RAN) 和 SDN 網絡功能支持經濟高效地安裝強大的本地 5G 無線電接入網絡 (RAN)。這些小型 RAN 網絡可以靈活部署和配置，以滿足特定工業流程的延遲、可靠性和可用性要求。控制低延遲應用的現有有線網絡，例如電機、驅動器、

圖 1. 現有的有線網絡可以與 5G RAN 基礎設施集成。（來源：NXP 邊緣計算基礎知識）

聯網汽車在許多方面，聯網汽車可以被視為終極物聯網邊緣設備，將多個高性能邊緣計算節點與高帶寬網絡和數十個傳感器相結合。復雜的硬件和軟件架構正在興起，以取代高端汽車中的多個電子控制單元 (ECU)。這些新架構基于集中式計算資源，面向服務的網關 (SoG)，基于高功率、多核 SoC 產品，例如 NXP S32G 車載網絡處理器。SoG 與負責車輛內主要功能的域控制器通信，圖 2，并通過車載遠程信息處理控制單元 (TCU) 提供通往云的安全路徑。

圖 2. 面向服務的網關架構。（來源：NXP 邊緣計算基礎知識）

SoG 的強大功能支持的車輛邊緣處理是聯網車輛發展的基礎。車輛傳感器每小時生成的 TB 級原始數據可以在本地進行處理，并且可以根據傳感器檢測到的信息和異常情況實時做出決策。復雜的機器學習 (ML) 算法可以在車輛邊緣運行，通過預測和響應各種駕駛條件來提高智能和自主水平。

SoG 還協調軟件、固件和 ML 模型的全車無線 (OTA) 更新，從而不斷提高車輛的使用壽命，同時支持車輛 OEM 的增量創收服務。

5G 的推出被認為對于自動駕駛汽車的進一步發展至關重要，因為其超低延遲與多接入邊緣計算 (MEC) 相結合，將云服務器從數據中心移開，更靠近車輛網絡邊緣。由此產生的延遲減少到個位數毫秒，使數據中心的處理能力具有自動駕駛汽車所需的實時響應能力。

可穿戴設備

電子設備不斷增長的功率和不斷縮小的外形尺寸使得可穿戴設備用例的種類和復雜程度迅速擴大。可穿戴設備可以以植入式設備、健身追蹤器、智能珠寶、手表、鞋子和服裝的形式出現，其新興應用包括：

健康監測，包括運動和跌倒檢測、緊急呼叫和生命體征報告（例如體溫、氧氣水平和心臟體征）

睡眠監測和治療

膳食/卡路里跟蹤

聽力增強

社交距離以及接觸者追蹤和追蹤

可穿戴設備中包含的計算能力以及外圍設備和傳感器的功能使它們能夠充當真正的邊緣處理設備。這些技術進步正在推動可穿戴設備與智能家居應用的融合，為消費者提供更高水平的便利。智能手表現在可以用來控制從照明系統到咖啡機的一切，還可以控制進入和安全系統。智能手表應用程序還與聯網汽車工具集成，使用戶能夠訪問天窗、座椅通風、溫度和狀態警報等控件。

電池壽命在可穿戴設備中至關重要；由于電池尺寸受物理空間限制，低功耗運行至關重要。可穿戴設備中的現代邊緣處理器可以支持各種低功耗模式，使用各種低功耗設計技術在活動和睡眠模式下延長電池壽命。

除了處理能力水平的提高之外，傳感器和外圍設備的發展也增強了可穿戴設備的功能，包括復雜的圖形、定位、語音控制和運動傳感。可穿戴設備的邊緣計算能力還確保快速、安全地處理生成的大量數據，減少對寬帶處理的需求，降低功耗，從而延長電池壽命。

邊緣處理正在消除云計算的限制

隨著物聯網的快速擴展，連接設備數量的增加暴露了其局限性，尤其是經典云計算模型的高延遲。盡管邊緣計算不是一個新概念，但由于處理能力的提高和這些邊緣設備中包含的電子設備的外形尺寸的縮小，其在嵌入式邊緣設備中的應用已經成為可能。隨著這些邊緣設備的功能和復雜性不斷提高，現有應用程序將得到增強，新的應用程序將會出現。

審核編輯 黃昊宇