边缘计算和 5G 网络正在改变物联网，增强跨多个领域的广泛应用的功能，并催生大量新兴应用。我们通过研究三个突出的用例来说明边缘计算的强大功能。

工业4.0智能工厂

工业 4.0 为制造商提供了基于灵活的工业环境提高生产力和盈利能力的愿景，该环境利用智能技术并且需要有限的人工干预。然而，这种转变受到有线以太网在复杂生产领域的主导地位的阻碍，有线以太网的实现是因为其经过充分验证的时间敏感网络 (TSN) 功能。

例如，现代装配线不再是线性的，而是根据容量自适应地在单元之间路由工作，或者依赖于自动导引车 (AGV) 的高效仓库。这些场景需要5G网络提供低延迟、高可靠性的无线网络连接。

通过取代现有的硬连线网络，5G 可在工厂车间实现广泛的灵活性，并带来边缘计算、软件定义网络 (SDN) 和专用网络等部署选项。

边缘计算和专用网络的结合满足了工业自动化的三个首要要求——数据本地性、可靠性和低延迟。随着世界各地的监管机构以合理的成本提供共享频谱，工厂运营商不再需要依赖云和公共共享基础设施来满足其网络需求。敏感的生产数据可以保留在工厂或工厂的本地。开放 RAN (O-RAN) 和 SDN 网络功能可实现功能强大的本地 5G 无线接入网络 (RAN) 的经济高效安装。这些小规模RAN网络可以灵活部署和配置，以满足特定工业流程的时延、可靠性和可用性要求。控制低延迟应用（例如电机、驱动器和执行器）的现有有线网络可以与 5G RAN 基础设施集成，将相关 TSN 功能映射到 5G，图 1。

图 1. 现有有线网络可以与 5G RAN 基础设施集成。

联网汽车在很多方面，联网车辆都可以被视为终极物联网边缘设备，它将多个高性能边缘计算节点与高带宽网络和数十个传感器相结合。复杂的硬件和软件架构正在兴起，以取代高端汽车中的多个电子控制单元 (ECU)。这些新架构基于集中式计算资源、基于高功率、多核SoC产品（例如NXP S32G车辆网络处理器）的面向服务的网关（SoG）。 SoG 与域控制器进行通信，域控制器负责车辆内的主要功能（图 2），并通过车载远程信息处理控制单元 (TCU) 提供通往云端的安全路径。

图 2.面向服务的网关架构。

SoG 的强大功能支持的车辆边缘处理是联网车辆发展的基础。车辆传感器每小时生成的数TB原始数据可以在本地进行处理，并可以根据传感器检测到的信息和异常情况实时做出决策。复杂的机器学习 (ML) 算法可以在车辆边缘运行，通过预测和响应各种驾驶条件来提高智能和自主水平。

SoG 还协调车辆范围内的软件、固件和机器学习模型的无线 (OTA) 更新，不断提高车辆的使用寿命，同时支持车辆 OEM 的增量创收服务。

5G 的推出被认为对于自动驾驶汽车的进一步发展至关重要，因为它的超低延迟与多路访问边缘计算 (MEC) 相结合，使云服务器远离数据中心，更靠近车辆网络边缘。由此将延迟减少至个位数毫秒，从而使数据中心的处理能力达到自动驾驶车辆所需的实时响应水平。

可穿戴设备

电子设备不断增加的功率和不断缩小的外形尺寸使得可穿戴设备用例的多样性和复杂性迅速扩大。可穿戴设备可以以植入式设备、健身追踪器、智能珠宝、手表、鞋子和服装的形式出现，新兴应用包括：

• 健康监测，包括运动和跌倒检测、紧急呼叫和生命体征报告（例如体温、氧气水平和心脏体征）
• 睡眠监测和治疗
• 膳食/卡路里追踪
• 听力增强
• 社交距离、接触者追踪和追踪

可穿戴设备中包含的计算能力以及外围设备和传感器的功能使它们能够充当真正的边缘处理设备。这些技术进步正在推动可穿戴设备与智能家居应用的融合，为消费者带来更高的便利性。智能手表现在可用于控制从照明系统到咖啡机的一切，还可以控制入口和安全系统。智能手表应用程序还与联网汽车工具集成，使用户能够访问天窗、座椅通风、温度和状态警报等控件。

电池寿命对于可穿戴设备至关重要；由于电池尺寸受物理空间限制，低功耗运行至关重要。可穿戴设备中的现代边缘处理器可以支持各种低功耗模式，使用各种低功耗设计技术来延长活动和睡眠模式下的电池寿命。

除了处理能力的提高之外，传感器和外围设备的发展还增强了可穿戴设备的功能，包括复杂的图形、定位、语音控制和运动传感。可穿戴设备的边缘计算功能还确保快速、安全地处理所生成的大量数据，减少对宽带处理的需求，降低功耗，从而延长电池寿命。

边缘处理正在消除云计算的限制

随着物联网的快速扩展，连接设备数量的增加暴露了其局限性，特别是经典云计算模型的高延迟。尽管边缘计算并不是一个新概念，但由于处理能力的提高和这些边缘设备中所包含电子设备的外形尺寸的缩小，边缘计算在嵌入式边缘设备中的应用已经成为可能。随着这些边缘设备的功能和复杂程度不断提高，现有应用程序将得到增强，新的应用程序将会出现。