霧計算：塑造智慧城市的未來

智慧城市正隨著技術(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(shè)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(shù)據(jù)都發(fā)送到云端，而是意味著數(shù)據(jù)將在邊緣設(shè)備上進行本地處理，因此有時也被稱為“邊緣計算”。而利用這種技術(shù)的城市技術(shù)系統(tǒng)則被稱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提供存儲、應用程序和數(shù)據(jù)。兩者之間的關(guān)鍵區(qū)別在于，霧計算的數(shù)據(jù)是在霧節(jié)點（例如工業(yè)控制器、交換機、路由器和視頻監(jiān)控攝像頭等分散式設(shè)備）中進行處理和分析的。這些設(shè)備在結(jié)構(gòu)上位于云和數(shù)據(jù)源之間，可以說更靠近地面。這就是名稱中使用“霧”一詞的原因。

根據(jù) Zion Market Research 的數(shù)據(jù)，到 2025 年，全球霧計算市場規(guī)模有望達到 7.68 億美元。Statista 等機構(gòu)的最新數(shù)據(jù)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(nèi)的使用率和重要性將持續(xù)增長，并將在能源和公用事業(yè)、醫(yī)療保健、交通運輸、制造業(yè)、智能辦公室和城市等眾多社會領(lǐng)域蓬勃發(fā)展。

霧計算通過提高網(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)，這意味著需要對霧計算進行全面投資。霧計算不僅有助于管理數(shù)據(jù)處理，為企業(yè)網(wǎng)絡(luò)安全帶來諸多益處，還能帶來顯著的經(jīng)濟效益。

將這些系統(tǒng)的決策權(quán)下放給環(huán)境中的設(shè)備，意味著云網(wǎng)絡(luò)無需管理大量過剩的數(shù)據(jù)。一方面，這最大限度地降低了存儲數(shù)據(jù)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站掃描數(shù)據(jù)。

獨立傳感器帶來的安全優(yōu)勢也不容忽視。當工作由系統(tǒng)中的多個不同節(jié)點完成時，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現(xiàn)，霧計算已成為當今智慧城市的一項激動人心的功能。

為什么智能城市中的霧計算變得如此普遍？

智慧城市持續(xù)面臨的更大挑戰(zhàn)之一是每天生成、捕獲和分析的海量信息。隨著物聯(lián)網(wǎng)自動化設(shè)備數(shù)量的不斷增加，收集的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)源之間傳輸如此海量的數(shù)據(jù)也既耗時又昂貴。

霧計算可以減少需要發(fā)送到云端處理的數(shù)據(jù)量，從而提高效率。智慧城市可以通過霧計算獲得以下好處：

霧計算的核心目標是使大數(shù)據(jù)更小、更易于管理。根據(jù)IDC 2019年的預測，到2025年，聯(lián)網(wǎng)設(shè)備捕獲的數(shù)據(jù)量將超過79ZB。霧計算能夠通過應用智能感知和過濾技術(shù)來精簡如此海量的數(shù)據(jù)，從而根據(jù)特定霧設(shè)備本地可用的知識，僅傳輸有用的信息。

霧節(jié)點能夠處理和加載數(shù)據(jù)，無需將數(shù)據(jù)發(fā)送到遠程云服務器并返回結(jié)果。這使得數(shù)據(jù)傳輸時間大幅節(jié)省，并能夠?qū)崟r接收響應。即時數(shù)據(jù)處理對于智慧城市系統(tǒng)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的情況下：例如，當緊急車輛穿過城市時，能夠突然將交通信號燈變?yōu)榫G色，從而挽救生命。

傳輸和處理數(shù)據(jù)需要大量帶寬，而云計算的帶寬可能會受到限制。然而，對于霧計算來說，這并非問題，因為所有數(shù)據(jù)都分布在本地設(shè)備之間，而非通過無線方式發(fā)送。這可以顯著降低網(wǎng)絡(luò)帶寬消耗。

數(shù)據(jù)安全是智慧城市將資源轉(zhuǎn)向霧計算的另一個關(guān)鍵驅(qū)動力。它使更敏感、更機密的數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)。霧計算能夠在惡意軟件和受感染文件的早期階段，在設(shè)備層面發(fā)現(xiàn)它們，甚至在它們有機會感染整個網(wǎng)絡(luò)之前。

有哪些智慧城市邊緣計算的例子？

智慧城市是廣泛實施霧計算的最佳環(huán)境之一，因為互聯(lián)城市中數(shù)萬甚至數(shù)百萬個事物正在生成有關(guān)道路交通、公共安全實施、廢物管理、空氣質(zhì)量等各個方面的異構(gòu)數(shù)據(jù)。

霧計算可以快速處理和分析所有數(shù)據(jù)，從而更有效地運行這些系統(tǒng)。下面是一些智慧城市邊緣計算的示例：

智慧城市利用各種各樣的傳感器來監(jiān)測和調(diào)節(jié)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(shù)據(jù)；并根據(jù)實時自動駕駛汽車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(shù)據(jù)隨后可上傳至云端，進行更長期、更深入的分析。

霧計算與智能交通信號燈的結(jié)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社區(qū)安裝了智能交通信號燈，可以實時響應交通狀況：在交通高峰期，綠燈亮的時間會更長。市政府官員估計，這導致該市主干道的出行時間減少了36%，每年為駕駛員節(jié)省900萬至1200萬美元。

加州圣萊安德羅是另一個啟動智能交通信號燈項目的城市，該項目實現(xiàn)了交通信號燈與網(wǎng)聯(lián)汽車的廣泛集成。該項目于2017年啟動，已經(jīng)顯著改善了交通信號燈的配時。

垃圾管理是城市面臨的一項極其普遍的挑戰(zhàn)，因為這一過程持續(xù)耗費大量的時間、金錢和資源。垃圾收集員通常會根據(jù)自己的日程安排，在每月的特定日期清理垃圾箱，但他們這樣做時卻沒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，因為這會導致不必要的燃料消耗和人力浪費，而裝得太滿而無人收走的垃圾箱則會弄臟街道。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?qū)崟r監(jiān)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接近填埋量，并在達到填埋量時立即向垃圾收集員發(fā)出警報。填埋量數(shù)據(jù)隨后可以發(fā)送到云端進行更深入的分析，從而優(yōu)化垃圾車的路線和調(diào)度。

霧計算可以實時監(jiān)測和分析相關(guān)環(huán)境參數(shù)以及城市自然資源。例如，智能水務系統(tǒng)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(jiān)管是技術(shù)與霧計算互聯(lián)互通的另一個應用領(lǐng)域，旨在改善環(huán)境的可持續(xù)性。實時收集和分析可操作數(shù)據(jù)，使市政府能夠了解溫室氣體排放的整體情況，從而及時采取適當措施減少排放。根據(jù)這些監(jiān)測結(jié)果，政府可以提醒市民在特定時間減少暖氣或熱水的使用，以幫助減少溫室氣體排放。

配備智能傳感器的視頻監(jiān)控系統(tǒng)對城市街道的安全保障貢獻良多。然而，這些系統(tǒng)會不斷生成大量信息，需要實時收集和分析，以確保對公共場所進行有效監(jiān)控。傳統(tǒng)的云端模型難以滿足這些需求，因為數(shù)據(jù)量巨大，延遲問題嚴峻，網(wǎng)絡(luò)可用性低，而且需要持續(xù)不斷地將數(shù)據(jù)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(jiān)控攝像頭收集的數(shù)據(jù)存儲在靠近邊緣計算智慧城市的霧節(jié)點中進行處理。其低延遲特性能夠有效監(jiān)控和檢測公共場所（例如繁忙的機場或當?shù)刭徫镏行模┲械娜魏伪┝π袨?。一旦發(fā)生事件，安保部門將收到警報，以便迅速采取行動，甚至追蹤在逃的罪犯。

霧計算：智慧城市的未來？

霧計算憑借其快速安全地處理各種數(shù)據(jù)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)等諸多城市活動的數(shù)據(jù)，從而確保一切高效運行，并為城市生活帶來可持續(xù)性。然而，過度依賴霧計算并非處理這些海量數(shù)據(jù)的理想方法，因此，云計算仍將在整個物聯(lián)網(wǎng)生態(tài)系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

此外，霧計算并不意味著基于云端的標準化物聯(lián)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)的終結(jié)。中心化數(shù)據(jù)幾乎總是更容易獲取，這反過來又為私營和公共部門提供了更多建立開放數(shù)據(jù)協(xié)議的途徑。這可以帶來更發(fā)達的創(chuàng)新形式和數(shù)字創(chuàng)造力。同時，存儲在云端的數(shù)據(jù)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。隨著這項技術(shù)不斷邁向一個計算機能夠像人一樣運作的系統(tǒng)，對于任何試圖保持領(lǐng)先地位的智慧城市來說，設(shè)備內(nèi)部的決策最終將變得越來越重要。

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