读懂SAP Leonardo物联网平台-边缘层 – SAP Leonardo Edge

2. 边缘层 – SAP Leonardo Edge

2.1 边缘计算

    边缘计算将数据存储与处理从云或数据中心迁移到靠近数据源头的设备端，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，实现了将云平台的能力延伸到边缘端。

边缘计算在物联网解决方案占据重要地位，它主要可以解决以下问题：

1）带宽的瓶颈：设备与传感器产生大量数据，通信投入在物联网总投入中占据重要的部分，低带宽广域传输协议比如LoRa、SigFox，可以降低通信成本，但是低带宽带来我们不想看到的性能下降。通过在边缘端部署分析算法，对进来的传感器数据进行处理，只发送重要数据和报警到云端，可以有效地破解带宽与成本之间的难题

2）不稳定的网络环境：设备与传感器经常位于间断性的网络环境，比如离岸的油井或远洋运输船使用卫星进行通信，信号很容易中断；卡车采用蜂窝数据连接，很容易进到信号覆盖盲区。边缘计算可以提供数据缓存，允许自主定义数据传输的规则和运行决策算法

3）实时的决策需求：很多场景下基于传感器数据的决策是时延敏感型的，没有时间传回云端进行决策分析。比如自动驾驶汽车的自主决策，网络延迟可能会导致严重的安全隐患；又比如在流程制造行业的“golden batch”，需要基于数据的分析来实时地调整温度、压强、湿度等参数。边缘计算可以加速边缘端的数据处理速度、响应时间和边缘性能，以获得超低延迟。

2.2 SAP Leonardo Edge技术架构

    目前工业领域广泛应用的技术，是将边缘计算能力打包为微服务，并使用容器技术进行微服务的生命周期管理，容器技术可以实现数据的隔离，保障数据通信的安全。

    SAPLeonardo Edge支持完整的物联网边缘计算解决方案，通过SAP Edge Services微服务提供了一系列的边缘计算能力，并为EdgeServices提供了一个安全可靠的运行环境IoT Gateway Edge，以及对微服务生命周期进行集中管理的SAP Cloud Platform IoT Servcie。

Edge Services既可以部署在IoT Gateway Edge环境上，又可以部署在云端IoT Service上。对微服务生命周期进行集中管理的Policy Service部署在云端，保证边缘端与云端集成的安全，同时可以降低成本和优化微服务的生命周期管理。由于微服务的灵活性，Edge Services微服务可以支持超大规模的边缘端部署，实现从边缘端到云端的集成的物联网系统。

    SAP同时参与制定IoT边缘计算的标准，积极加入OpenFog联盟、工业互联网联盟、Linux EdgeX Foundry、Dell Fuse等。同时，SAP与领先的IoT网关制造商紧密合作，比如Intel、Cisco、Dell、HPE等。 

2.3 SAP Edge Services

    SAP Edge Services作为最前端的技术，以微服务的形式提供了一系列边缘计算能力，目前已经提供的微服务包括：

Persistence Service: 提供在IoT Gateway Edge存储传感器数据的能力，支持设置数据Aging策略、自动进行数据过滤，从而减少带宽拥挤。

Streaming Service：提供按照特定的规则对传感器数据流进行实时分析的能力，可以定义基于阈值、时间模式、条件逻辑的条件，识别数据的模式（异常或正常），基于异常创建事件或者报警。

Business Essential Functions Service:提供在边缘端执行业务操作的能力，确保关键业务功能的连续性，即使在边缘端与云端断开连接时也不受影响，实现将核心业务系统的部分功能（比如物流管理、仓储管理、设备维修管理等）下沉到边缘端，以提高业务运营效率。

Policy Service：提供边缘服务的部署和生命周期管理能力，可以在云端集中定义、设置数据策略，并将策略从云端发送到边缘端，边缘端则会按照接收到的数据策略执行数据处理和分析，比如一个策略只请求超出特定温度阈值的异常数据，只有异常数据会被发送回云端。

 SAP Edge Services计划发布的其它微服务：

Predictive Analytics Service：从Persistence Service 读取实时数据，在边缘端执行已在云端训练好的模型，进行未知问题的预测和异常的识别。预测模型会被封装为OSGIbundle，并通过Policy Service进行部署。

Machine Learning Service:在边缘端应用SAP Clea（Clea是SAP机器学习解决方案的品牌）深度学习算法进行图像和影像的实时分析，降低数据传输成本。

Visual Analytics Services:对存储在IoT Gateway Edge上的数据进行可视化，以支持IoT数据分析，比如当有一个报警发送到云端后，分析员可以挖掘导致报警的详细信息。 

在这些边缘微服务中，我特别关注Business Essential Service，这是与其它物联网最大的差异化功能。SAP充分发挥自身在业务系统的深厚积累，在边缘端让IoT数据直接利用在业务系统中，真正实现OT与IT的融合，这是其它物联网平台想做而又很难做到的。 

2.4 IoT Gateway Edge

     IoT Gateway 在底层设备与云平台之间充当 “翻译官” ，承担与设备进行 “对话” 的工作，它可以读懂设备的“语言” 即协议。IoT Gateway负责设备管理、设备连接、协议转换、设备数据采集、边缘计算等各方面的工作内容。同时IoT Gateway还是SAP Edge Services的运行环境。

IoT Gateway作为设备传感器的中心代理，可从传感器收集数据，也可以向设备发送指令。同时它提供以太网、WiFi或基于GSM的连接方式，从而使其可以通过因特网进行访问。IoT Gateway最核心功能是使用特定协议通过Internet在底层设备和SAP云平台之间传输数据。

IoT Gateway本身既可以部署在云端，也可以部署在边缘端，甚至是在物理设备内部。SAP提供了两种类型的网关，IoT Gateway Edge与IoT Gateway Cloud，以满足不同协议特点以及不同的连接要求。比如MQTT协议，由于它没有特殊的网络要求，它既可以部署在云端，也可以部署在边缘端；而对于在把数据发到云端之前要进行本地处理的场景，则需要采用IoT Gateway Edge进行分布式部署。

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

IoT Gateway Edge还支持通过Rule Engine（包含在IoT Core Service中）配置不同的规则，在边缘端判断是否需要传输、以及如何传输数据到到云端，从而显著地减少传输到云端的数据负载，不至于导致IoT项目变成 “大” 数据项目，这使得IoT Gateway对IoT架构产生巨大价值。