Role vestavěných procesorů v zařízeních IoT a Edge Computing

Co je vestavěný procesor v IoT?

Abychom pochopili roli vestavěných procesorů v zařízeních IoT, musíme nejprve pochopit, co je vestavěný procesor. Vestavěný procesor, také známý jako mikrokontrolér, je malý počítač zabudovaný do většího systému nebo zařízení pro řízení jeho funkcí. Tyto procesory jsou speciálně navrženy tak, aby zvládaly konkrétní úkoly efektivně a spolehlivě, díky čemuž jsou ideální pro napájení zařízení IoT.

Vestavěné procesory  přicházejí v různých formách, včetně jednočipových mikrokontrolérů, zařízení SoC (system-on-a-chip) a mikroprocesorů. Často jsou vybaveny zdroji, jako jsou paměť, časovače, vstupní/výstupní periferie a rozhraní pro rozhraní se senzory a akčními členy, které se běžně vyskytují v zařízeních IoT. Tyto procesory jsou obvykle nízkoenergetické, cenově výhodné a mají funkce v reálném čase.

Ve sféře IoT jsou mozky chytrých zařízení vestavěné procesory , které jim umožňují zpracovávat data, rozhodovat se a komunikovat s jinými zařízeními nebo cloudem. Jsou zodpovědní za provoz firmwaru nebo softwaru, který řídí chování zařízení IoT, což je činí nedílnou součástí bezproblémového provozu systémů IoT.

Co je Edge Computing?

Vzhledem k tomu, že se zařízení internetu věcí stále rozšiřují, tradiční cloud computing sám o sobě může mít problém udržet krok s obrovským množstvím generovaných a přenášených dat. Zde se hodí edge computing. Přístup k distribuovanému počítání známý jako „edge computing“ posouvá analýzu a inteligenci blíže ke zdroji nebo „hraně“ produkce dat. Na rozdíl od cloud computingu, který se spoléhá na centralizovaná datová centra, edge computing zpracovává data přímo na samotných IoT zařízeních nebo v jejich blízkosti, na okraji sítě.

Edge computing doplňuje cloud computing snížením latence, zlepšením doby odezvy a zmírněním přetížení sítě. Umožňuje zpracování dat v reálném čase, umožňuje rychlejší rozhodování a menší závislost na cloudu při přenosu a zpracování dat. Kromě toho může edge computing poskytovat funkce offline, což zajišťuje nepřetržitý provoz i při omezeném nebo přerušovaném připojení k internetu.

Jak Edge Computing funguje?

Okrajový výpočetní systém se skládá ze tří hlavních komponent: okrajových zařízení, místní infrastruktury okrajových zařízení a cloudu.

Za prvé, okrajová zařízení, jako jsou senzory IoT, akční členy a vestavěné systémy, shromažďují data z fyzického světa. Tato zařízení jsou vybavena vestavěnými procesory, které zpracovávají, analyzují a filtrují data v reálném čase. Vestavěné procesory hrají klíčovou roli při provádění algoritmů, spouštění modelů AI a rozhodování na základě přijatých dat.

Dále místní infrastruktura okrajových zařízení zahrnuje brány, okrajové servery a síťové zdroje. Tyto komponenty poskytují nezbytnou konektivitu, úložiště a výpočetní výkon potřebný pro zpracování okrajů. Vestavěné procesory v okrajových zařízeních pracují ve spojení s místní infrastrukturou a umožňují efektivní zpracování a analýzu dat.

A konečně, cloud funguje jako centrální centrum pro agregaci, ukládání a analýzu dat z více okrajových zařízení. Zatímco cloud computing je zásadní pro určité úkoly, jako je dlouhodobé úložiště, komplexní analýza dat a trénovací modely strojového učení, edge computing zajišťuje, že kritické časově citlivé operace jsou prováděny blíže ke zdroji dat, což snižuje latenci a zlepšuje celkový výkon systému.

Proč je potřeba Edge Computing?

Cloud computing nepochybně změnil prostředí IT, ale pokud jde o IoT, spoléhání se pouze na cloud má svá omezení. Mezi tato omezení patří:

1. Latence: Přenos dat ze zařízení IoT do cloudu a čekání na odezvu může způsobit značné zpoždění, což je nepřijatelné v aplikacích, které vyžadují rozhodování nebo akce v reálném čase.
2. Šířka pásma: Zařízení IoT mohou generovat obrovské množství dat, která mohou rychle přetížit šířku pásma sítě a zvýšit náklady spojené s přenosem dat.
3. Konektivita: Mnoho zařízení IoT je nasazeno ve vzdálených nebo nepřístupných místech, kde může být připojení k internetu omezené nebo přerušované. Spoléhání se při zpracování dat pouze na cloud může způsobit, že tato zařízení nebudou efektivní nebo budou vyžadovat nákladnou a složitou infrastrukturu pro udržení konektivity.
4. Soukromí a zabezpečení: Přenos citlivých nebo důvěrných dat do cloudu přináší rizika a obavy související s ochranou a bezpečností dat.

Edge computing tato omezení řeší zpracováním dat u zdroje nebo v jeho blízkosti, čímž se snižuje potřeba neustálé komunikace s cloudem. To zajišťuje rychlejší dobu odezvy, snížené požadavky na šířku pásma, vyšší možnosti offline a lepší soukromí a zabezpečení dat.

Mezi reálné příklady případů použití edge computingu patří:

• Smart Grids: Vestavěné procesory v zařízeních IoT na okraji sítě umožňují monitorování, analýzu a řízení výroby, distribuce a spotřeby energie v reálném čase, čímž zvyšují efektivitu a odolnost.
• Autonomní vozidla: Vestavěné procesory zpracovávají data ze senzorů, aby učinily okamžitá rozhodnutí o řízení, zrychlení a brzdění, čímž zajišťují bezpečné a spolehlivé autonomní řízení.
• Průmyslový IoT: Edge computing umožňuje monitorování a řízení zařízení v reálném čase, prediktivní údržbu a zpracování dat na místě, čímž zvyšuje provozní efektivitu a snižuje prostoje.
• Zdravotní péče: Vestavěné procesory v nositelných zařízeních a lékařském vybavení umožňují sledování zdravotního stavu v reálném čase, včasnou detekci abnormalit a včasný zásah, čímž zlepšují péči o pacienty.

Jaké jsou hlavní výhody Edge Computingu?

Edge computing nabízí několik významných výhod oproti tradičnímu cloud computingu, pokud jde o aplikace IoT:

1. Rychlost: Zpracováním dat na okraji, v blízkosti zdroje, umožňuje edge computing rychlejší dobu odezvy, sníženou latenci a rozhodování v reálném čase. To je zásadní pro časově citlivé aplikace, kde zpoždění může mít vážné následky.
2. Zabezpečení: Edge computing snižuje potřebu přenášet citlivá nebo důvěrná data po sítích a zmírňuje rizika spojená s narušením dat a neoprávněným přístupem. Data lze zpracovávat lokálně, což zvyšuje bezpečnost a chrání soukromí.
3. Efektivita nákladů: Snížením přenosu dat do cloudu pomáhá edge computing minimalizovat požadavky na šířku pásma a související náklady. Umožňuje také organizacím strategičtěji využívat cloudové zdroje a optimalizovat náklady.
4. Spolehlivost: Edge computing umožňuje místní zpracování a možnosti offline, což zajišťuje nepřetržitý provoz i ve scénářích, kde je připojení k internetu omezené nebo přerušované. To je zvláště důležité v kritických aplikacích, jako je zdravotnictví, průmyslová automatizace a autonomní vozidla.

Edge computing je hnacím motorem inovací a transformací mnoha odvětví. Například:

• V maloobchodě umožňuje edge computing personalizované nabídky v reálném čase, správu zásob a lepší zákaznickou zkušenost prostřednictvím cílené reklamy, systémů rozpoznávání obličejů a chytrých regálů.
• V zemědělství podporuje edge computing přesné zemědělství analýzou dat ze senzorů v reálném čase, optimalizací zavlažování a používání hnojiv a zvyšováním výnosů plodin.
• V Smart Cities umožňuje edge computing analýzu dopravy v reálném čase, adaptivní řízení dopravních signálů a inteligentní pouliční osvětlení, což zvyšuje bezpečnost, efektivitu a udržitelnost.

Edge vs Cloud vs Fog Computing

Zatímco edge computing a cloud computing jsou často srovnávány, je nezbytné pochopit podobnosti a rozdíly mezi nimi. Navíc do hry vstupuje také fog computing, doplňkové počítačové paradigma.

• V cloud computingu se zpracování dat provádí v centralizovaných datových centrech, která poskytují obrovské úložiště, výpočetní výkon a škálovatelnost. Tento centralizovaný přístup je vhodný pro aplikace vyžadující komplexní analýzu a dlouhodobé úložiště, ale může trpět problémy s latencí a šířkou pásma.
• V edge computingu dochází ke zpracování dat u zdroje dat nebo v jeho blízkosti, což zajišťuje nízkou latenci, rozhodování v reálném čase a sníženou závislost na cloudu při přenosu dat. Edge computing je ideální pro časově kritické aplikace, offline scénáře a prostředí s omezenou šířkou pásma.
• Fog computing je distribuovaný výpočetní model, který rozšiřuje možnosti cloudu blíže k okraji sítě a překlenuje propast mezi cloudem a okrajem. Při fog computingu dochází ke zpracování dat v mlhových uzlech, které jsou distribuovány v rámci síťové infrastruktury. Fog computing využívá zdroje na okraji a v cloudu a nabízí výhody obou. Poskytuje střední cestu mezi čistým edge computingem a full-scale cloud computingem, optimalizuje zpracování a analýzu dat na základě blízkosti a dostupných zdrojů.

Každý výpočetní model má své výhody a nevýhody a výběr závisí na konkrétních požadavcích dané aplikace.

Výhody vestavěných systémů v IoT

Vestavěné systémy, poháněné vestavěnými procesory , hrají klíčovou roli v IoT a edge computingu. Zde jsou některé výhody vestavěných systémů v kontextu IoT a edge computingu:

1. Efektivita: Vestavěné systémy jsou navrženy tak, aby byly efektivní, nabízely nízkou spotřebu energie, menší tvarové faktory a možnosti v reálném čase. Tato účinnost je zásadní pro zařízení internetu věcí, která mohou mít omezené zdroje energie a musí spolehlivě fungovat v různých prostředích.
2. Zpracování v reálném čase: Vestavěné procesory umožňují zpracování a rozhodování v reálném čase, což umožňuje okamžité akce na základě dat ze senzorů. To je nezbytné pro aplikace, kde jsou důležité včasné reakce, jako je automatizace , inteligentní sítě a autonomní vozidla.
3. Integrace: Vestavěné systémy se mohou bez problémů integrovat s různými senzory, akčními členy a komunikačními technologiemi, což umožňuje efektivní sběr a přenos dat. Mohou se také propojit s jinými vestavěnými systémy, okrajovými servery a cloudem a vytvořit tak soudržný ekosystém internetu věcí.
4. Efektivita nákladů: Vestavěné systémy často přicházejí ve formě jednočipových mikrokontrolérů nebo zařízení SoC, což z nich činí nákladově efektivní řešení pro zařízení IoT. Jejich integrace více komponent na jednom čipu snižuje potřebu externích komponent, snižuje výrobní náklady a umožňuje hromadnou výrobu.

Vestavěný systém  a procesory jsou stavebními kameny zařízení IoT, které přinášejí inteligenci a funkčnost široké škále aplikací.

Závěr

Vestavěné procesory  hrají klíčovou roli v řízení revoluce internetu věcí a umožňují vzestup edge computingu. Jak se IoT zařízení stále rozšiřují, potřeba edge computingu je stále evidentnější. Edge computing, podporovaný vestavěnými procesory, umožňuje zpracování dat v reálném čase, sníženou latenci, zvýšenou bezpečnost a lepší nákladovou efektivitu. Přiblížením výpočetního výkonu a inteligence blíže k okrajům mohou zařízení IoT fungovat autonomně, přizpůsobovat se měnícím se podmínkám a rozhodovat se v reálném čase.

V tomto obsáhlém blogovém příspěvku jsme prozkoumali roli vestavěných procesorů v zařízeních IoT a edge computingu, ponořili jsme se do definice a aplikací vestavěných procesorů, konceptu a výhod edge computingu a výhod embedded systémů . Budoucnost IoT a edge computingu vypadá slibně, protože vestavěné procesory se neustále vyvíjejí a umožňují inovativní aplikace v oblastech, jako je zdravotnictví, doprava, zemědělství a další.

Když se ponoříte hlouběji do světa vestavěných procesorů a IoT, objevíte nekonečné možnosti a příležitosti pro inovace. Využijte sílu vestavěných procesorů, prozkoumejte sféry IoT a edge computingu a staňte se součástí transformativní cesty utvářející náš propojený svět.

@misc{linkedinRoleEmbedded,
	author = {},
	title = {{T}he {R}ole of {E}mbedded {P}rocessors in {I}o{T} {D}evices and {E}dge {C}omputing --- linkedin.com},
	howpublished = {\url{https://www.linkedin.com/pulse/role-embedded-processors-iot-devices/}},
	year = {},
	note = {[Accessed 11-03-2025]},
}