一、定义
边缘计算是一种将计算和数据存储靠近数据源或用户的技术。而 AI 边缘计算是指在边缘设备(如物联网设备、边缘服务器等)上运行人工智能算法,使得数据在产生的边缘侧就能进行智能处理,而不是将所有数据都传输到云端数据中心进行处理。
二、背景和需求产生的原因
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数据量和带宽的挑战
- 随着物联网设备的大量增加,产生的数据量呈爆炸式增长。例如,一个智能工厂中可能有成千上万的传感器,它们每秒都在产生大量的数据。如果将所有这些数据都发送到云端进行处理,会对网络带宽造成巨大的压力。
- 而且在一些网络连接不稳定或者带宽有限的环境中,如偏远山区的环境监测设备,及时将大量数据传输到云端可能是不现实的。
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延迟要求
- 对于一些实时性要求很高的应用场景,如自动驾驶汽车。车辆在行驶过程中需要快速处理传感器(如摄像头、雷达等)的数据来做出决策,像紧急刹车或避让障碍物。如果数据要传输到云端处理,再返回决策指令,由于网络延迟可能会导致事故发生。所以需要在车辆本地(边缘)进行快速的 AI 计算来保障行车安全。
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数据隐私和安全
- 在医疗领域,患者的健康数据(如可穿戴设备收集的心电图、血压等数据)包含敏感信息。将这些数据全部发送到云端可能会带来数据泄露的风险。通过在边缘设备上进行 AI 计算,可以在本地处理部分数据,只将必要的汇总或者匿名化的数据发送到云端,从而提高数据的隐私性和安全性。
三、AI 边缘计算的优势
- 低延迟
- 如前面提到的自动驾驶场景,边缘计算能够在本地快速处理数据,将延迟降低到毫秒级甚至更低。在工业自动化领域,机器人手臂的精准控制也需要低延迟的计算,通过在边缘设备上运行 AI 算法可以快速对生产线上的产品状态进行识别和调整操作。
- 节省带宽
- 边缘设备可以对数据进行预处理,例如在监控系统中,边缘摄像头可以先对视频数据进行简单的目标检测,只将有目标出现的关键帧或者目标的特征信息发送到云端或者服务器,而不是将整个视频流传输,从而大大节省了网络带宽。
- 增强隐私和安全
- 边缘计算可以在本地设备进行数据加密、访问控制等安全措施。在智能家居场景中,家庭内部的智能设备可以在本地处理一些隐私相关的数据,比如语音助手在本地识别简单的指令(如开灯、关灯),而不用将语音数据全部发送到厂商的云端服务器,减少了用户隐私数据暴露的风险。
四、AI 边缘计算的应用场景
- 工业物联网(IIoT)
- 在智能工厂中,边缘设备可以实时监测生产设备的运行状态。例如,通过在电机等设备上安装传感器,利用边缘 AI 计算对传感器数据进行分析,预测设备故障,提前进行维护,减少停机时间,提高生产效率。
- 智能交通
- 除了自动驾驶汽车外,在智能交通管理系统中,路边的智能交通设备(如智能信号灯)可以通过边缘计算处理交通流量数据。根据实时的车辆和行人流量,自动调整信号灯的时长,缓解交通拥堵。
- 智慧城市
- 城市中的环境监测站可以利用边缘计算对空气质量、水质等数据进行现场分析。例如,在检测到空气质量超标时,可以及时发出警报,而不是等待数据传输到云端再进行处理和反馈。
- 智能家居
- 智能家电可以在本地进行一些简单的智能决策。比如智能冰箱可以通过内部的摄像头和边缘 AI 计算识别食物的种类和保质期,为用户提供饮食建议或者提醒用户食物即将过期。