智慧城市正隨著(zhù)技術(shù)創(chuàng )新和物聯(lián)網(wǎng)的普及而快速發(fā)展，幾乎滲透到城市生活的方方面面。十年前，城市中只有少量嵌入式傳感器，而如今它們已無(wú)處不在——從道路到恒溫器，甚至垃圾箱。這種連接、通信和遠程管理各種設備的能力催生了一種新趨勢——智慧城市中的霧計算。
什么是霧計算？
“霧計算”（Fog Computing）一詞由思科首次提出，指的是云計算向網(wǎng)絡(luò )邊緣的延伸。霧計算并非將所有收集到的數據都發(fā)送到云端，而是意味著(zhù)數據將在邊緣設備上進(jìn)行本地處理，因此有時(shí)也被稱(chēng)為“邊緣計算”。而利用這種技術(shù)的城市技術(shù)系統則被稱(chēng)為邊緣計算智慧城市。
人們普遍誤以為霧計算旨在取代云計算，因為這兩個(gè)概念是互補的。霧計算可以被視為混合云計算的一種，因為它們都為最終用戶(hù)提供存儲、應用程序和數據。兩者之間的關(guān)鍵區別在于，霧計算的數據是在霧節點(diǎn)（例如工業(yè)控制器、交換機、路由器和視頻監控攝像頭等分散式設備）中進(jìn)行處理和分析的。這些設備在結構上位于云和數據源之間，可以說(shuō)更靠近地面。這就是名稱(chēng)中使用“霧”一詞的原因。
霧計算：塑造智慧城市的未來(lái)
根據 Zion Market Research 的數據，到 2025 年，全球霧計算市場(chǎng)規模有望達到 7.68 億美元。Statista 等機構的最新數據顯示，各組織今年的云計算預算平均比2017年高出42%。這一趨勢反映出，智慧城市中的霧計算在全球范圍內的使用率和重要性將持續增長(cháng)，并將在能源和公用事業(yè)、醫療保健、交通運輸、制造業(yè)、智能辦公室和城市等眾多社會(huì )領(lǐng)域蓬勃發(fā)展。
霧計算通過(guò)提高網(wǎng)絡(luò )可靠性和速度，減輕了網(wǎng)絡(luò )負擔。任何智慧城市要想保持領(lǐng)先地位，都需要深入探索下一代物聯(lián)網(wǎng)，這意味著(zhù)需要對霧計算進(jìn)行全面投資。霧計算不僅有助于管理數據處理，為企業(yè)網(wǎng)絡(luò )安全帶來(lái)諸多益處，還能帶來(lái)顯著(zhù)的經(jīng)濟效益。
將這些系統的決策權下放給環(huán)境中的設備，意味著(zhù)云網(wǎng)絡(luò )無(wú)需管理大量過(guò)剩的數據。一方面，這最大限度地降低了存儲數據的成本，另一方面，也確保只處理最重要的信息，而不是大量的路燈錄像或火車(chē)站掃描數據。
獨立傳感器帶來(lái)的安全優(yōu)勢也不容忽視。當工作由系統中的多個(gè)不同節點(diǎn)完成時(shí)，網(wǎng)絡(luò )攻擊或中斷造成的損害可以最小化。鑒于5G連接仍需更久才能實(shí)現，霧計算已成為當今智慧城市的一項激動(dòng)人心的功能。
為什么智能城市中的霧計算變得如此普遍？
智慧城市持續面臨的更大挑戰之一是每天生成、捕獲和分析的海量信息。隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)自動(dòng)化設備數量的不斷增加，收集的數據量變得難以管理和跟蹤，需要強大的計算資源才能處理。在云端和數據源之間傳輸如此海量的數據也既耗時(shí)又昂貴。
霧計算可以減少需要發(fā)送到云端處理的數據量，從而提高效率。智慧城市可以通過(guò)霧計算獲得以下好處：
向云端發(fā)送最少量的數據
霧計算的核心目標是使大數據更小、更易于管理。根據IDC 2019年的預測，到2025年，聯(lián)網(wǎng)設備捕獲的數據量將超過(guò)79ZB。霧計算能夠通過(guò)應用智能感知和過(guò)濾技術(shù)來(lái)精簡(jiǎn)如此海量的數據，從而根據特定霧設備本地可用的知識，僅傳輸有用的信息。
低數據延遲
霧節點(diǎn)能夠處理和加載數據，無(wú)需將數據發(fā)送到遠程云服務(wù)器并返回結果。這使得數據傳輸時(shí)間大幅節省，并能夠實(shí)時(shí)接收響應。即時(shí)數據處理對于智慧城市系統而言將變得更加重要，尤其是在需要快速做出決策或采取行動(dòng)的情況下：例如，當緊急車(chē)輛穿過(guò)城市時(shí)，能夠突然將交通信號燈變?yōu)榫G色，從而挽救生命。
減少帶寬
傳輸和處理數據需要大量帶寬，而云計算的帶寬可能會(huì )受到限制。然而，對于霧計算來(lái)說(shuō)，這并非問(wèn)題，因為所有數據都分布在本地設備之間，而非通過(guò)無(wú)線(xiàn)方式發(fā)送。這可以顯著(zhù)降低網(wǎng)絡(luò )帶寬消耗。
增強數據安全性
數據安全是智慧城市將資源轉向霧計算的另一個(gè)關(guān)鍵驅動(dòng)力。它使更敏感、更機密的數據遠離易受攻擊的公共網(wǎng)絡(luò )，從而防止任何網(wǎng)絡(luò )犯罪分子輕易獲取這些數據。霧計算能夠在惡意軟件和受感染文件的早期階段，在設備層面發(fā)現它們，甚至在它們有機會(huì )感染整個(gè)網(wǎng)絡(luò )之前。
有哪些智慧城市邊緣計算的例子？
智慧城市是廣泛實(shí)施霧計算的最佳環(huán)境之一，因為互聯(lián)城市中數萬(wàn)甚至數百萬(wàn)個(gè)事物正在生成有關(guān)道路交通、公共安全實(shí)施、廢物管理、空氣質(zhì)量等各個(gè)方面的異構數據。
霧計算可以快速處理和分析所有數據，從而更有效地運行這些系統。下面是一些智慧城市邊緣計算的示例：
道路交通管制
智慧城市利用各種各樣的傳感器來(lái)監測和調節道路交通。嵌入智能交通信號燈的傳感器可以檢測行人、騎行者和過(guò)往駕駛員；測量他們的速度和他們之間的相對距離；分析收集到的所有交通數據；并根據實(shí)時(shí)自動(dòng)駕駛汽車(chē)還能幫助駕駛員和行人在緊急情況下獲得幫助。收集到的數據隨后可上傳至云端，進(jìn)行更長(cháng)期、更深入的分析。
霧計算與智能交通信號燈的結合已被證明在緩解和減少交通擁堵方面非常有效。例如，華盛頓州貝爾維尤市的一個(gè)社區安裝了智能交通信號燈，可以實(shí)時(shí)響應交通狀況：在交通高峰期，綠燈亮的時(shí)間會(huì )更長(cháng)。市政府官員估計，這導致該市主干道的出行時(shí)間減少了36%，每年為駕駛員節省900萬(wàn)至1200萬(wàn)美元。
加州圣萊安德羅是另一個(gè)啟動(dòng)智能交通信號燈項目的城市，該項目實(shí)現了交通信號燈與網(wǎng)聯(lián)汽車(chē)的廣泛集成。該項目于2017年啟動(dòng)，已經(jīng)顯著(zhù)改善了交通信號燈的配時(shí)。
廢物管理
垃圾管理是城市面臨的一項極其普遍的挑戰，因為這一過(guò)程持續耗費大量的時(shí)間、金錢(qián)和資源。垃圾收集員通常會(huì )根據自己的日程安排，在每月的特定日期清理垃圾箱，但他們這樣做時(shí)卻沒(méi)有考慮到垃圾箱里有多少垃圾。從幾乎空的垃圾箱中收集垃圾效率極低，因為這會(huì )導致不必要的燃料消耗和人力浪費，而裝得太滿(mǎn)而無(wú)人收走的垃圾箱則會(huì )弄臟街道。這使得垃圾管理成為最可行的物聯(lián)網(wǎng)用例之一。
智能傳感器和霧計算的應用將能夠實(shí)時(shí)監測全市垃圾量，并提供一種更高效的垃圾管理方法。安裝在垃圾桶上的傳感器可以識別何時(shí)接近填埋量，并在達到填埋量時(shí)立即向垃圾收集員發(fā)出警報。填埋量數據隨后可以發(fā)送到云端進(jìn)行更深入的分析，從而優(yōu)化垃圾車(chē)的路線(xiàn)和調度。
環(huán)境控制
霧計算可以實(shí)時(shí)監測和分析相關(guān)環(huán)境參數以及城市自然資源。例如，智能水務(wù)系統能夠分析水質(zhì)并檢測任何異常情況，例如硝酸鹽或鐵含量過(guò)高。此外，它還能檢測漏水情況，并立即通知維護團隊需要堵塞或修復漏水。
溫室氣體的控制和監管是技術(shù)與霧計算互聯(lián)互通的另一個(gè)應用領(lǐng)域，旨在改善環(huán)境的可持續性。實(shí)時(shí)收集和分析可操作數據，使市政府能夠了解溫室氣體排放的整體情況，從而及時(shí)采取適當措施減少排放。根據這些監測結果，政府可以提醒市民在特定時(shí)間減少暖氣或熱水的使用，以幫助減少溫室氣體排放。
監控系統
配備智能傳感器的視頻監控系統對城市街道的安全保障貢獻良多。然而，這些系統會(huì )不斷生成大量信息，需要實(shí)時(shí)收集和分析，以確保對公共場(chǎng)所進(jìn)行有效監控。傳統的云端模型難以滿(mǎn)足這些需求，因為數據量巨大，延遲問(wèn)題嚴峻，網(wǎng)絡(luò )可用性低，而且需要持續不斷地將數據上傳至云端并返回，成本高昂。霧計算應運而生。
霧計算允許將視頻監控攝像頭收集的數據存儲在靠近邊緣計算智慧城市的霧節點(diǎn)中進(jìn)行處理。其低延遲特性能夠有效監控和檢測公共場(chǎng)所（例如繁忙的機場(chǎng)或當地購物中心）中的任何暴力行為。一旦發(fā)生事件，安保部門(mén)將收到警報，以便迅速采取行動(dòng)，甚至追蹤在逃的罪犯。
霧計算：智慧城市的未來(lái)？
霧計算憑借其快速安全地處理各種數據的能力，擁有成為智慧城市發(fā)展下一大趨勢的巨大潛力。它有助于收集從交通到公用事業(yè)等諸多城市活動(dòng)的數據，從而確保一切高效運行，并為城市生活帶來(lái)可持續性。然而，過(guò)度依賴(lài)霧計算并非處理這些海量數據的理想方法，因此，云計算仍將在整個(gè)物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統中發(fā)揮關(guān)鍵作用。
此外，霧計算并不意味著(zhù)基于云端的標準化物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò )的終結。中心化數據幾乎總是更容易獲取，這反過(guò)來(lái)又為私營(yíng)和公共部門(mén)提供了更多建立開(kāi)放數據協(xié)議的途徑。這可以帶來(lái)更發(fā)達的創(chuàng )新形式和數字創(chuàng )造力。同時(shí)，存儲在云端的數據也使其用途更加廣泛。
最終，霧計算必將在下一波智慧城市發(fā)展浪潮中扮演重要角色。隨著(zhù)這項技術(shù)不斷邁向一個(gè)計算機能夠像人一樣運作的系統，對于任何試圖保持領(lǐng)先地位的智慧城市來(lái)說(shuō)，設備內部的決策最終將變得越來(lái)越重要。
（素材來(lái)源：千家智能家居網(wǎng)）
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